بخشی از مقاله
چکیده -در این مقاله، یک آنتن میکرواستریپ جدید به کمک استفاده از ساختار فراسطح، زمین ناقص، و خازنهای شانهای طراحی شده است. این ساختار آنتنی، دارای یک سلول فراماده متشکل از خازنهای شانهای و حلقههای رزونانسیای است که به ترتیب بر روی پچ تشعشع کننده و صفحه زمین قرار گرفتهاند. ساختار آنتنی پیشنهادی سبب کاهش اولین فرکانس رزونانس از 7/56 GHz به 4/02 GHz میشود، به علاوه، عملکرد دو بانده را بدست میدهد. افزایش تعداد باندهای فرکانسی، به کمک طراحی مناسب یک ساختار فراسطح بدست آمده است. با افزودن فراسطح، یک آنتن چند بانده با قابلیت عملکرد در فرکانسهای 4/05 GHz، 5/10 GHz، 5/79 GHz، 6/48GHz، 6/99 GHz، و 7/62 GHz حاصل شده است. با مقایسه کوچکترین فرکانس رزونانس بدست آمده - 4/05 GHz - با 7/56 GHz، کوچک سازی به میزان %54 در ابعاد آنتن مشاهده میشود.
-1 مقدمه
در سال 1967 ، وسلاگو تئوری انتشار امواج الکترومغناطیسی در محیط چپگرد با ضرایب دیالکتریک ونفوذ پذیری مغناطیسی منفی را مطرح نمود و به بررسی انتشار موج در این محیطها پرداخت .[1] پس از آن، پندری در سال 1999 نشان داد که با استفاده از میله های موازی نازک میتوان به ضریب گذردهی منفی رسید .[3 ,2] در نهایت، همه اینها مادهای جدید و مصنوعی به نام فرامواد را معرفی کردند. به فرامواد با ضریب شکست منفی، مواد چپگرد نیز گفته میشود تا نحوهی انتشار امواج الکترومغناطیسی را در این مواد، توصیف کند. این امر بدین دلیل است که میدانهای الکتریکی و مغناطیسی و بردارهای فاز ثابت آنها، یک دستگاه چپگرد را تشکیل میدهند .[2]
از جمله روش های پیاده سازی فراماده با ضریب شکست منفی، ساختارهای فرامواد براساس خطوط انتقال است. خطوط انتقال فراماده بسته به فرکانس عملکرد، هر دو ویژگی چپگردی و راستگردی را دارا هستند، و به همین دلیل، چپگرد-راستگرد نامیده میشوند .[3] فرامواد، در واقع موادی مرکب با ساختاری مصنوعی هستند که میتوانند خواص الکترومغناطیسی متفاوتی را بوجود آورند. مقدار نفوذپذیری مغناطیسی و گذردهی الکتریکی این ساختارها، بیش از هر چیز، متاثر از سلول واحدشان است. امروزه از فرامواد برای بهبود مشخصات آنتن مانند کاهش ابعاد آن، افزایش بهره [5 , 4]، عملکرد چند بانده [6]، و افزایش پهنای باند آنتن [8 ,7] استفاده میشود.
در این مقاله، یک آنتن پچ فراماده میکرواستریپی پیشنهاد شده که بین صفحه زمین و فراسطح قرار داده شده است. ایجاد امواج سطحی بر روی فراسطح باعث ایجاد رزونانس های جدید و در نهایت، افزایش پهنای باند آنتن میشود. بعلاوه، ساختار آنتن پچ میکرواستریپی بر اساس یک سلول چپگرد-راستگرد طراحی شده است. این سلول چپگرد-راستگرد، شامل اتصال سری خازن شانه ای و حلقه های شکافدار رزونانسی است که از سطح زمین کم شده اند.
در ابتدا، آنتن پچ میکرواستریپی ساده را مورد بررسی قرار میدهیم و در مرحله بعدی خازن های شانهای را به آن اضافه میکنیم. پس از آن، حلقه های رزونانسی را به ساختار اضافه می-نماییم. در پایان، تاثیر فراسطح بر ساختار آنتن میکرواستریپ همراه با حلقه های رزونانسی و خازن های شانهای را بررسی می-نماییم. ایجاد فراسطح باعث افزایش باندهای فرکانسی و ایجاد رزونانسهای متعدد در فرکانسهای 4/05 GHz، 5/10 GHz، 5/79 GHz، 6/48GHz، 6/99 GHz و 7/62 GHz و کاهش ابعاد آنتن نسبت به آنتن پچ متداول شده است. همچنین، ماکزیمم بهره این آنتن نیز به مقدار 6/80 dBi می رسد.
-2 طرح کلی ساختار آنتن پچ متداول
در شکل1، طرح کلی ساختار آنتن پچ متداول نشان داده شده است. ابعاد این سلول واحد L=32.5 mm، W=32.5 mm، Lp=26 mm و Wp=26 mm است که بر روی زیر لایهای با ارتفاع 1.57 mm ازجنس تفلون - با ثابت دی الکتریک - 2/1 قرار گرفته است.
شمای کلی آنتن پچ متداول
نمودار ضریب بازتاب این ساختار، دارای یک رزونانس در فرکانس 7/56 GHz به همراه بهره متناظر 6/60 dBi است - شکل-های2 و . - 3 همچنین، الگوی تشعشعی متناظر با فرکانس رزونانس در صفحات E و H، در شکل 4 نمایش داده شده است. همانگونه که واضح است، رزونانس های جدیدی در فرکانس های پایین ایجاد شده است. در حال حاضر، تنها فرکانس رزونانس قابل قبول با توجه به حد S11<-10 dB، برابر با 6/96GHz است. در بخش بعد، تلاش خواهیم کرد تا با طراحی بهینه یک ساختار فراماده، عمق رزونانسهای جدید بدست آمده در فرکانسهای پایین را کاهش دهیم. لازم به ذکر است ساختار نشان داده شده در شکل 5 ، دارای پهنای باند فرکانسی 40 MHz در فرکانس 6/96 GHZ، و بهره متناظر 8/07 dBi است - شکل . - 7 به علاوه، الگوی تشعشعی متناظر با فرکانس رزونانس در صفحات E و H، در شکل 8 نمایش داده شده است.
