بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله یک آنتن با قابلیت پیکربندی مجدد و ساختاری ساده ، برای کاربرد های رادیو شناختگر ارائه شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که آنتن پیشنهادی از یک طرف محدوده فرکانسی فرا پهن باند - ultra wideband - را پوشش می دهد که برای حس کردن طیف فرکانسی - spectrum sensing - در سیستمهای رادیو شناختگر مناسب است. در این صورت این سیستم می تواند به طور هوشمندانه از باندهای خالی برای استفاده کاربران ثانویه بهره برداری کند . از طرف دیگر باتغییر حالت سوئیچ، یک باند حذف در بازه فرکانسی WLAN ایجاد می کند که از تداخل احتمالی با فرا پهن باند جلوگیری می کند.
-1 مقدمه
امروزه فناوری رادیو شناختگر در سیستم های مخابراتی این امکان را فراهم می کند تا از طیف های فرکانسی به صورت کاراتر بهره برداری شود آنتن به عنوان سخت افزار اجرای سیستم های رادیو شناختگر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. مفهوم و فرآیند عملکرد رادیوهای شناختگر بسیار نزدیک به فرآیندهای تعریف شده در هوش مصنوعی است. در این نوع شبکهها، هریک از اجزای شبکه به صورت کاملاً آگاهانه اطلاعات محیط پیرامون خود را استخراج نموده و پس از انجام فرآیندهای پردازشی، تصمیمگیریمیکند .[1] یکی از مهمترین ویژگیهای این سیستم که آن را از دیگر شبکههای مخابراتی فعلی متمایز میکند، قابلیت یادگیری اجزای این شبکههااست.
بنابراین، با نگاهی آیندهنگارانه میتوان این سیستم را به صورت یک مجموعه از عناصر پویا و هوشمند فرض نمود که در هر شرایط مکانی و زمانی قابلیت ارائه بهینهترین شاخصهای ارسال و دریافت را دارا میباشد. بدین ترتیب کاربر همواره بالاترین کیفیت سرویس را دریافت خواهد نمود. شناسایی و انتخاب بهینهترین کانال رادیویی یکی از مهمترین وظایف این سیستمها است که توان بالقوهای جهت از میان برداشتن محدودیتهای موجود از خود نشان داده است.[2]
تکنولوژی رادیو شناختگر به منظور بهبود کارایی طیفی پیشنهاد شده است؛ بدین صورت که رادیو های شناختگر به صورت فرصت طلبانه از باند فرکانسی استفاده نشده بهره میگیرند. شناسایی طیفی به عنوان کلیدی برای کارکرد شبکه های رادیویی شناختگر، محتاج به تشخیص دقیق سیگنال های ارسال شده توسط کاربر اولیه است تا ازتداخل مخرب جلوگیری کند.[3] سیستم های رادیو شناختگر نیاز به آنتن هایی دارند که محدوده فرکانسی وسیعی را تحت پوشش قرار می دهد.[4]
تکنولوژی فرا پهن باند از زمانی که US-FCCمحدوده 3/1 تا 10/6 گیگاهرتز را برای کاربردهای رادیویی پذیرفته است ، پرکاربرد ترین تکنولوژی در سیستمهای ارتباطی وایرلس می باشد. مزیت اصلی این تکنولوژی هزینه کمتر ، پیچیدگی کمتر، مصرف برق کمتر ، میزان انتقال داده و عمر بالا و غیره است.[5] تحقیقات بروی فراپهن باند هم در دانشگاه وهم در صنعت مخابرات مورد توجه قرار گرفته است. آنتن ها به عنوان اجزای کلیدی سیستم های فرا باند پهن تا به حال به طور گسترده توسط پژوهشگران زیادی مورد تحقیق واقع شده است.[6]
به هر حال طراحی آنتن های کارآمد فشرده برای کاربرد های فرا پهن هنوز مورد بحث است. یک آنتن کار امد نیاز به یک پهنای باند کافی برای پوشش کامل فرا باند پهن در امتداد ویژگی های تابشی ثابت نشان داده شده است اگر چه فرا باند پهن مجاز به کار کردن روی رنج 3/1 تا 10/6 گیگاهرتزاست، با این وجود چندین فرکانس باند باریک مختلف در سیستم های ارتباطی بی سیم وجود دارد مثلIEEE 802.a برایWLAN که قابل اجرا روی رنج 5/15 تا 5/825 گیگاهرتز و DSRC برای IEEE 802,11p که قابل اجرا روی رنج 5/5 تا 5/92 گیگاهرتز می باشد.
بنا براین پتانسیل این خطر وجود دارد که این پهنای باند باریک گفته شده با سیستم فرا باند پهن تداخل ایجاد کند.[5] بنا براین آنتن با ویژگی باند حذف بهترین گزینه برای کاهش تداخل بین سیستم های WLANوDSRC و فرا باند پهن است.[7] از طرف دیگر سیستم های رادیو شناختگر نیاز به آنتن هایی دارند که محدوده فرکانسی وسیعی را تحت پوشش قرار می دهد تا بتواند با حس کردن طیف فرکانسی باند خالی را پیدا کرده و بطور فرصت طلبانه فضا را برای استفاده کاربر ثانویه مهیا کند.
-2 طراحی آنتن
تکنیک ها و متد های مختلفی تا به حال برای طراحی آنتن های فرا باند پهن با ویژگی های باند حذف گزارش شده است، در برخی از طراحی های گزارش شده ویژگی های باند حذف با وارد کردن انواع مختلف صفحات یا اسلات ها روی پچ تابشی یا صفحه زمین بدست می آید.[9]-[8]برای طراحی این آنتن یک برد با زیرلایهای با ثابت دیالکتریک r=4,4 به ابعاد 18×18 میلیمتر و با ضخامت 1/6 میلی متر در نظر گرفته که در شکل 1 نشان داده شده است.
هدف از طراحی این آنتن بدست آوردن باند فرکانسی وسیع برای استفاده سیستم های رادیو شناختگر وهمچنین با تعبیه سوئیچ برروی آن ، یک باند حذف در رنج WLAN ایجاد کند تا از تداخل احتمالی باند WLANو فراپهن باند جلوگیری کند. همانطور که در شکل مشاهده می شود آنتن پیشنهادی دارای یک پچ دایروی با یک خط تغذیه و دارای طرح زمین ناقص است وهمچنین روی پچ دایروی المان تشعشعی T مانندی تعبیه شده که با تغییر حالت سوئیچ نقش تعیین کننده ای در بدست آوردن باند حذفی WLAN ایفا می کند که در بخش بعد به آن خواهیم پرداخت.
-3 نتایج شبیه سازی و بحث
ویژگی اصلی آنتن پیشنهادی ما ساده بودن و کوچک بودن آن است. همه شبیه سازی های انجام گرفته در این مقاله با نرم افزار HFSS صورت پذیرفته است . در ابتدا می خواهیم کاربرد آنتن پیشنهادی را در سیستم هاری رادیو شناختگر مورد بررسی قرار دهیم و در ادامه می خواهیم روشی را که در این مقاله برای بدست آوردن باند حذف WLAN مطرح شده را مورد بررسی قرار دهیم.تکنیک های رادیو شناختگر عبار ت است از:[10]
- 1 حس کردن طیف فرکانسی
- 2 مدیرت طیف فرکانسی
- 3 تحرک طیف فرکانسی
- 4 اختصاص دادن کاربر به طیف فرکانسی مورد نظر. همانطور که اشاره شد در ساختار آنتن یک سوئیچ تعبیه شده است. اکنون می خواهیم نتایجی که باتغییر وضعیت سوئیچ ایجاد می شود را مورد بررسی قرار دهیم. زمانی که سوئیچ در حالت خاموش قرار دارد، پهنای باند 3/4 تا 11/5گیگاهرتز بدست می آید. در شکل 2 نمودار افت برگشتی متناطر آن مشاهده می شود. همانطور که در شکل مشخص است، پهنای باند بدست آمده، مناسب برای حس کردن طیف فرکانسی در سیستم های رادیو شناختگر است. عملکرد این سیستم به این صورت است که با حس کردن طیف فرکانسی باند های خالی راپیدا کرده و بطور هوشمندانه این باند ها را به کاربران ثانویه اختصاص می دهد.
