شکل ۳-۳ : ساختار کلی هندسه فرکتال مربعی پیشنهادی در این پروژه
۳-۵- تغذیه با خط مایکرواستریپ هم صفحه
دومین روش برای تغذیه یک آنتن مایکرواستریپ استفاده از خط هم صفحه می­باشد. ساختار کلی این نوع تغذیه در شکل (۳-۴) نشان داده شده است. از جمله مزایای اصلی این نوع روش تغذیه، عدم ایجاد اختلال در صفحه زمین و در نتیجه عدم تشعشع به عقب و صفحه­ای بودن کامل ساختار آنتن با تغذیه هم صفحه می­باشد. در کنار این مزایا معایب زیر مانع از استفاده این نوع تغذیه برای آنتن فرکتالی مربعی با کاربرد می­گردد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

درجه آزادی کمتر از ۳
ساختار تغذیه هم صفحه همانند روش تغذیه با کابل هم محور، دارای درجه آزادی کمی می­باشد. به عبارت دیگر با بهره گرفتن از این نوع تغذیه نیز نمی­ توان دوباند مورد نظر در آنتن دوبانده فرکتالی مربعی را هم­زمان تطبیق کرد.
تشعشع خط تغذیه
در روش تغذیه با خط مایکرواستریپ هم­صفحه، از آنجا که خط تغذیه و پچ تشعشع کننده در یک صفحه قرار دارند، تشعشع ناشی از خط تغذیه می ­تواند باعث ایجاد اثر مخرب در پترن تشعشعی آنتن گردد.
اشغال فضای بیشتر
مشکل سومی که تغذیه با خط مایکرواستریپ در مقایسه با تغذیه با کابل هم­محور دارد، اشغال فضای اضافی توسط سیستم تغذیه می­باشد. اگرچه این مورد در مقایسه با دو مشکل قبلی این روش تغذیه، مشکل بزرگی به حساب نمی­آید، اما در بعضی از کاربدرها که نیاز به آنتن با ابعاد بسیار کوچک است، این مورد می ­تواند طراحی را با چالش مواجه کند.
شکل ۳-۴ : ساختار کلی تغذیه با خط مایکرواستریپ هم صفحه [۱۴]
۳-۶- پلاریزاسیون دایروی در آنتن­های مایکرو استریپ مربعی
همانگونه که در فصل قبل اشاره شد، استفاده از سیستم در مکان­هایی با موانع زیاد با مشکلاتی همچون افزایش پدیده شکست و کاهش سطح توان دریافتی ناشی از تغییر پلاریزاسیون موج ارسالی همراه است. لذا به منظور کاهش اثرات مخرب فوق که ناشی از محیط انتشار می­باشد، در این پروژه از پلاریزاسیون دایروی برای آنتن برچسب و خواننده استفاده شده است.
اساساً پلاریزاسیون دایروی در یک آنتن مایکرواستریپ مربعی، ناشی از ایجاد دو مد تشعشعی با دامنه یکسان و با اختلاف فاز ۹۰ درجه در یک فرکانس می­باشد. ایجاد این دو مد تشعشعی در انتن مایکرواستریپ مربعی به دو روش کلی، استفاده از سیستم تک تحریکه و دو تحریکه تحقق می­یابد. ساختار کلی این دو روش در شکل (۳-۵) نشان داده شده است. همان­طور که در این شکل مشاهده می­کنید در روش دو تحریکه در آنتن مایکرواستریپ مربعی، دو مد متعامد و توسط دو تغذیه به صورت جداگانه با دامنه یکسان تحریک می­شوند. از جمله مزایای اصلی این روش، پهنای باند نسبتاً بالا برای پلاریزاسیون دایروی می­باشد. اما در کنار این مزیت، وجود مشکلاتی همچون افزایش هزینه ساخت، افزایش فضای اشغال شده توسط آنتن و نیاز به ساختارهایی همچون پیوننده خط شاخه­ای^[۳۳] جهت تحریک؛ استفاده از این نوع تحریک را به منظور دست­یابی به آنتن مایکرو استریپ با پلاریزاسیون دایروی، محدود کرده است. در طرف مقابل، در سیستم­های تک تحریکه ایده اصلی، تحریک دو مد متعامد و در دو فرکانس مختلف و ، با دامنه یکسان می­باشد. در این حالت همانطور که در شکل (۲-۱۶) مشاهده می­کنید، در فرکانس اختلاف فاز این دو مد برابر با ۹۰ درجه می­گردد. اذا آنتن در فرکانس دارای پلاریزاسیون دایروی می­باشد. به طور کلی به منظور ایجاد دو مد متعامد و در دو فرکانس مختلف در روش تک تحریکه برای یک پچ مربعی؛ از تکنیک­های ایجاد اختلال بر روی صفحه پچ استفاده می­ شود که نمونه ­ای از آن در شکل (۳-۵) نشان داده شده است. از جمله مزایا اصلی ایجاد پلاریزاسیون دایروی با روش تک تحریکه­، کاهش سطح اشغالی توسط آنتن در مقایسه هزینه ساخت می­باشد. اما در حالت کلی، پهنای باند پلاریزاسیون دایروی در این نوع انتن در مقایسه با روش قبل کمتر است. در این پروژه به منظور ایجاد پلاریزاسیون دایروی در آنتن فرکتالی مربعی در تکرار اول، از روش تک تحریکه استفاده شده است.
شکل ۳-۵ : آنتن پچ مربعی با پلاریزاسیون دایروی (الف) روش تک تحریکه، (ب) روش دو تحریکه [۱۴]
شکل ۳-۶ : دو مد تشعشعی در آنتن پچ مربعی با پلاریزاسیون دایروی در روش تک تحریکه
به عنوان نکته پایانی در این بخش، باید اشاره کرد که به منظور بررسی میزان دایروی بودن پلاریزاسیون یک آنتن، عموماً از پارامتری با نام نسبت محوری (AR^[34]) استفاده می­ شود. که در واقع نسبت بزرگترین به کوچکترین راستای بیضی معرف پترن پلاریزاسیون آنتن می­باشد. درحالتی که پلاریزاسیون کاملاً دایروی است مقدار AR برابر با ۱ (۰) می­باشد. علاوه بر این، پهنای باند پلاریزاسیون دایروی نیز به پهنای باند فرکانسی اطلاق می­گردد که در آن AR کمتر از (۳) باشد.
۳-۶-۱- آنتن فرکتالی مربعی با پلاریزاسیون دایروی
همان­طور که در بخش قبل اشاره شد، در این پروژه به منظور ایجاد پلاریزاسیون دایروی برای آنتن فرکتالی مربعی در تکرار اول، از روش ایجاد اختلالات جزئی استفاده می­ شود. با توجه به شکل (۳-۷)؛ به منظور ایجاد پلاریزاسیون دایروی در هر باند این آنتن، از چهار اختلال مستطیلی شکل با عرض یکسان و با طول متفاوت استفاده شده است.
شکل ۳-۷ : ساختار کلی پچ تشعشع کننده برای آنتن فرکتالی مربعی در تکرار اول با پلاریزاسیون دایروی
به عنوان نکته پایانی در این بخش باید اشاره کرد که، کلیه روابط (۳-۱) و (۳-۲) و (۳-۵) به منظور محاسبه فرکانس­های تشدید آنتن طراحی شده با ساختار کلی شکل (۳-۷)؛ همچنان برقرار می­باشند. تنها دو رابطه (۳-۲) و (۳-۳) که معرف طول مسیر جریان برای دو مد رزنانسی این آنتن می­باشند به صورت زیر تغییر می­ کنند:
۳-۷- طراحی اولیه برای آنتن فرکتالی مربعی با پلاریزاسیون دایروی
در این بخش نتایج شبیه سازی برای پارامترهای، تلفات بازگشتی و نسبت محوری (AR) آنتن فرکتالی مربعی در تکرار اول و با پلاریزاسیون دایروی ارائه می­گردد. ساختار کلی این آنتن در شکل (۳-۸) نشان داده شده است. مقادیر بهینه برای پارامترهای طراحی این آنتن به صورت زیر می­باشد.
ابعاد صفحه زمین : () ۵۵۵۵
ابعاد خط تغذیه : طول خط تغذیه ۵/۲۷ و عرض خط تغذیه ۴/۲
مشخصات زیرلایه :
- زیرلایه پایینی
- زیرلایه بالایی
ابعاد پچ تشعشع کننده (برحسب میلیمتر) (شکل (۳-۷)) :
نتایج شبیه سازی برای آنتن طراحی شده در شکل (۳-۸)، در شکل (۳-۹) تا (۳-۱۱) نشان داده شده است.
شکل ۳-۸ : آنتن فرکتالی مربعی در تکرار اول با پلاریزاسیون دایروی (طراحی اولیه)
شکل ۳-۹ : تلفات بازگشتی شبیه­سازی برای آنتن فرکتالی مربعی در تکرار اول با پلاریزاسیون دایروی
شکل ۳-۱۰ : نسبت محوری (AR) شبیه­سازی شده برای باند فرکانسی اول آنتن فرکتالی کربعی در تکرار اول
شکل ۳-۱۱ : نسبت محوری (AR) شبیه­سازی شده برای باند فرکانسی دوم آنتن فرکتالی مربعی در تکرار اول
همان­طور که در شکل (۳-۹) مشاهده می­کنید، علارغم استفاده از ساختار تغذیه دولایه، دو باند رزنانس اول و دوم دارای تطبیق قابل قبولی نیستند. برای رفع این مشکل و برقراری تطبیق مناسب در دوباند تشدید، از یک مدار تطبیق استفاده شده است که مشخصات آن در بخش بعد معرفی می­گردد.
۳-۸- طراحی نهایی برای آنتن فرکتالی مربعی با پلاریزاسیون دایروی
با توجه به نتایج شبیه­سازی انجام شده در بخش قبل، امپدانس ورودی آنتن در دو فرکانس ۴۵/۲ و ۸۰/۵ به ترتیب برابر با می­باشد. لذا به منظور تطبیق این دو امپدانس به امپدانس حقیقی ۵۰ اهم نیاز به مدار تطبیقی با حداقل ۴ درجه آزادی می­باشد. در این پروژه از مدار تطبیقی مطابق با شکل (۳-۱۲)استفاده شده است. این مدار تطبیق تشکیل شده است از دو خط اتصال باز و دو خط مبدل امپدانس . به منظور تطبیق دو امپدانس به امپدانس مشخصه ۵۰ اهم، طول و عرض خط­های بهینه شده ­اند. به منظور بهینه سازی این پارامترها از نرم­افزار ADS^[35] استفاده شده است. شکل (۳-۱۳) مدل شبکه تطبیق فوق را در محیط نرم­افزار برای تطبیق امپدانس نشان می­دهد. نتایج به دست آمده برای ابعاد بهینه خطوط عبارتند از (تمامی ابعاد برحسب میلیمتر می­باشد) :
شکل ۳-۱۲ : ساختار کلی شبکه تطبیق برای آنتن فرکتالی مربعی با پلاریزاسیون دایروی
(الف) مدل شبکه تطبیق برای امپدانس
(ب) مدل شبکه تطبیق برای امپدانس
شکل ۳-۱۳ : مدل شبکه تطبیق برای آنتن فرکتالی مربعی، در نرم­افزار ADS
با توجه به نتایج به دست آمده برای ابعاد شبکه تطبیق در شکل (۳-۱۲)، آنتن فرکتالی مربعی ارائه شده در بخش ۳-۷ به همراه شبکه تطبیق طراحی شده، مجدداً توسط نرم­افزار HFSS شبیه سازی شد. شکل زیر ساختار کلی آنتن نهایی طراحی شده را نشان می­دهد.
شکل ۳-۱۴ : آنتن فرکتالی مربعی در تکرار اول با پلاریزاسیون دایروی به همراه شبکه تطبیق
مقادیر به دست آمده برای پارامترهای طراحی آنتن فرکتالی در شکل (۳-۱۴) عبارتند از:
ابعاد صفحه زمین: () ۷۸۵۵
مشخصات زیرلایه :
- زیرلایه پایینی
- زیرلایه بالایی
ابعاد پچ تشعشع کننده (برحسب میلیمتر) (شکل (۳-۷)):
ابعاد شبکه تطبیق (برحسب میلیمتر) (شکل (۳-۱۲)):
ابعاد خط تغذیه : طول خط تغذیه ۵/۲۷ و عرض خط تغذیه ۴/۲
با توجه به پارامترهای طراحی فوق، نتایج به دست آمده برای آنتن فرکتالی در شکل (۳-۱۴)، به صورت زیر می­باشند.
شکل ۳-۱۵ : تلفات بازگشتی برای آنتن فرکتالی مربعی در شکل (۳-۱۴)
پهنای باند امپدانسی بدست آمده آنتن فوق برای باند رزنانسی اول ( ۴۵/۲) و باند رزنانسی دوم ( ۸۰/۵) به ترتیب برابر با ۹۱ (۷/۳%) و ۲۷۵ (۷/۴%) می­باشد.