بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک آنتن عایق تشدیدی چند باندی با قابلیت عبور باندهای مختلف در محدودهی 1/3 تا 5/7 گیگاهرتز پرداخته میشود. به منظور عبور باندهای مختلف از روش ایجاد شکاف و تغییر شکل در خط تغذیه و پچ تشعشعی و ایجاد محفظهی عایق تشدیدی برروی صفحهی پچ استفادهشدهاست. این آنتن برروی زیرلایه Rogers RT3010 و با ابعاد 90×90×1/27 میلیمتر و محفظهی تشدید بشکل مربع با با اضلاع 4 میلیمتر و ارتفاع 5,2 میلیمتر شبیهسازی شدهاست.
ساختار آنتن از یک صفحهی زمین مونوپل در پشت زیرلایه، خط تغذیه میکرواستریپ برروی زیرلایه، یک محفظه تشدیدی مربعی شکل برروی خط تغذیه و استفاده از یک ورق هادی بروی محفظهی تشدید تشکیل شدهاست. در آنتن طراحی شده به قسمت انتهایی خط تغذیه - زیر محفظه تشدید - یک صفحه مستطیلی مانند به خط تغذیه اضافه شده است. در ادامه طراحی برای بهبود کارایی آنتن از یک محفظه عایق تشدیدی بشکل مربع برروی خط تغذیه استفاده شدهاست. طراحی ساختار آنتن توسط نرم افزار عددی HFSS انجام شدهاست.
مقدمه
امروزه مخابرات بیسیم با سرعت هر چه تمامتر بسوی کوچکسازی سیستمهای خود پیش میرود که آنتنها نیز بعنوان جزئی از مجموعه از این قائده مستثنا نیستند. در مخابرات بیسیم استفاده از آنتن ساده، ارزان، کوچک و پهنباند، چند باندی از اهمیت ویژهای برخوردار است - نجاریانی و رضائی، . - 94 متاسفانه یکی از مشکلات آنتنهای عایق تشدیدی، بزرگ و جاگیربودن و همچنین پهنایباند کم است که در این مقاله سعی شدهاست این دو پارامتر در حد قابل توجهای بهبود یابد.
تشدیدهای عایق بعنوان آنتن توسط پروفسور لانگ پیشنهاد دادهشدهاست . - Denidni and Weng, 2009 - آنتنهای تشدید عایق - Dielectric Resonator Antenna - DRA از مواد عایق پایدار حرارتی ماکروویو و تلفات پایین تشکیل شدهاست و اتلاف فلزی ناچیزی دارند و هنگامی که در فرکانسهای میلیمتری موج کار میکنند بسیار کارآمد میباشند. در نتیجه یک تشدید عایق نسبتاً فلزی و یا با گذردهی بالا می تواند بعنوان یک آنتن با حجم کوچک در فرکانسهای ماکروویو کمتر عمل کنند - . - Varshney et al, 2014 فرکانس رزونانس DRA یک تابع از سایز، شکل و گذردهی میباشد. پهنایباند DRA به پارامترهایی ازقبیل شکل و ابعاد و ثابت عایق ماده DRA و روش تحریک بستگی دارد.
در دهههای گذشته تکنیکهای بهبود پهنایباند مختلفی برای DRA ها بوجود آمدهاست - . - Nannini et al, 2004 استفاده از مواد عایق بعنوان تشدید در مقایسه با سطوح رسانا در آنتن پاسخ آنتن را در فرکانس کاری آن بهبود میبخشد زیرا که استفاده از مواد عایق اجازه میدهد که از آنتن در فرکانسهای بالا یعنی در جایی که آنتنهای سطح رسانا محدودیت دارد استفاده نمود چون که در فرکانسهای بالاتر آنتنهای سطح رسانا با اتلافات موج سطحی محدود میشوند - - . استفاده از تشدید عایق - DR - مزایای دیگری نیز دارد و یکی از آنها وجود درجه آزادی انتخاب ابعاد آنتن برای یک فرکانس تکی میباشد به این معنا که طراح آنتن حفره چهارگوش در انتخاب ابعاد آنتن برای یک فرکانس قطع تکی خاص، آزادی عمل دارد.
ساختارهای زیادی برای آنتن عایق تشدیدی - DRA - وجود دارد که توسط محققین برای کاری مختلف طراحی شدهاست. ازقبیل DRA برای UWB با تکنیک تغذیه دوگانه و آنتن عایق تشدیدی باند باریک برای - Sulaiman et al, 2010 - WLAN و آنتن عایق تشدیدی پهنباند و غیره. همچنین مطالعات زیادی در آنتنهای عایق تشدیدی انجام شدهاست ازقبیل اثر شکاف در ساختار تزویج شده دهانه در DRA و اثر ثابتهای دی الکتریک محفظهی تشدید عایق در پهنای باند آنتن و همچنین اثر ضخامت لایه قطعه - Ammann .et al, - 2003 در این مقاله یک آنتن عایق تشدیدی با تغذیه میکرواستریپ با قابلیت عبور چند باند اصلی برای کاربرد در باندهای مهمی از قبیل WLAN ,WIMAX ,GPS,PCS,DCS و غیره طراحی شدهاست - صفری و همکاران، . - 95 مراحل طراحی و ساختار جزء به جزء آنتن طراحی شده در بخشهای بعدی آورده شدهاست.
افزایش پهنایباند آنتن میکرواستریپ عایق تشدیدی
رد آنتن عایق تشدیدی بعلت ساختار آنها، ذاتاً دارای ضریب کیفیت بالا هستند. برای رسیدن به پهنای باند مورد نظر تکنیکهای متفاوتی وجود دارد - نجاریانی و رضائی، . - 94 یکی از این تکنیکها که در این مقاله برای طراحی آنتن از آن استفاده میشود، ساختار زمین ناقص میباشد - نجاریانی و رضائی، . - 94 طبق رابطه 1 ضریب کیفیت با پهنای باند آنتن نسبت عکس دارد. بنابراین یکی از روشهای افزایش پهنایباند، کاهش ضریب کیفیت میباشد. از طرفی طبق رابط 2 ضریب کیفیت رابطهای عکس با توان تلفاتی دارد. لذا در روش زمین ناقص میتوان با ایجاد امکان تشعشع در صفحهی زمین ضریب کیفیت را کاهش داد که در نهایت منجر به افزایش پهنایباند آنتن خواهد شد.
طراحی ساختار آنتن
آنتن مورد نظر برروی یک زیرلایه با جنس RT3010 Rogersو با ابعاد 90×90 میلیمترمربع و ضخامت 1/27 میلیمتر و ثابت گذردهی نسبی 10/2 ساخته شدهاست و جنس محفظه عایق تشدیدی Rogers3010 بشکل یک مربع با اضلاع 4 میلیمتر با ارتفاع 2/5 میلیمتر و ثابت گذردهی 10/2 طراحی شدهاست و همچنین تغذیه این آنتن توسط خط میکرواستریپ انجام میشود. ساختار این آنتن توسط یک صفحهی زمین که بشکل مونوپل درآمده و خط تغذیه میکرواسرتیپ که در انتهای آن بشکل مستطیل در آمده، عایق تشدید به شکل مربع و یک ورق رسانای مسی مربعی که بر روی محفظهی تشدید قرار گرفته است. ابعاد آنتن طراحی شده در جدول 1 ارائه شدهاست.
