موسسه غیرانتفاعی پویش قم
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مخابرات
گرایش سیستم
استاد راهنما :
دکتر جواد قالیبافان
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
امروزه از هندسه های فرکتالی در علوم زیادی استفاده می شود. بدون شک یکی از شاخه هایی که هندسه فرکتالی در آنها تاثیر زیادی گذاشته است، الکترومغناطیس و انتشار امواج است. وجود خواص ذاتی هندسههای فرکتالی باعث ایجاد ویژگیهای مناسبی در تششعکنندهها، و منعکسکنندهها و آنتنها میگردد که باعث میشود این ادوات عملکرد بهتری را در محیط داشته باشند.
در این پایاننامه ساختار فرکتالی چندبانده به عنوان یک آنتن مورد بررسی و خواص انتشاری این ساختار به صورت دقیق بررسی خواهد شد. در ابتدا مروری مختصر بر روی آنتنهای فرکتای اولیه شامل ساختارهای فرکتالی حلقوی، دوقطبی، چندبانده خواهیم داشت در ادامه به بررسی روشهای بهبود آنتن چندبانده خواهیم پرداخت این روشها شامل تکنیک هایی از جمله، ایجاد اختلال در صفحه زمین، تغییر مقایس آنتن در تکرارهای مختلف، ایجاد اتصالات بین پچ و صفحه زمین در مکانهای مشخص و استفاده از ساختار سرپینسکی دایرهای، میباشد و در فصل سوم یک ساختار فرکتالی مربعی معرفی شده و در انتهای این پایان نامه ساختار پیشنهادی بنده معرفی شده که نتایج شبیه سازی و اندازهگیری برای این آنتن در این پروژه ارائه شده است
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول : مقدمه ای بر آنتن فرکتال
فصل دوم : : آنتن های فرکتالی چند بانده بهبود یافته
2-2- آنتن سرپینسکی بهبود یافته با بازوهای تطبیق.. 7
2-2-1- خواص تشعشی و امپدانس ورودی.. 8
2-3- آنتن سرپینسکی بهبود یافته با مثلث داخلی. 13
2-3-1- آنتن سرپینسکی بهبود یافته مرتبه اول با مثلث داخلی. 13
2-3-2- آنتن سرپینسکی بهبود یافته مرتبه دوم با مثلث داخلی. 15
2-3-2-1- کنترل تشعشعی برای آنتن سرپینسکی بهبود یافته مرتبه دوم با مثلث داخلی.. 18
2-4- آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف ها 20
3-4-1-2- کنترل فرکانس آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف ها، در مرتبه دوم. 26
3-4-2- آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکافها، در مرتبه سوم 29
2-5- آنتن های سرپینسکی بهبود یافته چند لایه 30
2-6- آنتن های سرپینسکی بهبودیافته برش خورده 33
2-7- آنتن سرپینسکی دولایه، با لایه های مکمل. 36
2-9- آنتنهای سرپینسکی بهبودیافته دایروی. 48
2-10- آنتن فرکتالی آثولوئی. 51
2-11- آنتن فرکتالی سرپینسکی کوتاه شده 53
2-11-1- آنتن فرکتالی سرپینسکی کوتاه شده عمودی. 53
2-11-2- آنتن فرکتالی سرپینسکی کوتاه شده صفحه ای. 56
2-11-3- آنتن صفحه ای پارانی. 56
فصل سوم : آنتن فرکتالی مربعی
3-2- بررسی خاصیت چندبانده بودن ساختار فرکتالی مربعی. 62
3-5- تغذیه با خط مایکرواستریپ هم صفحه 67
3-6- پلاریزاسیون دایروی در آنتن های مایکرو استریپ مربعی. 68
3-6-1- آنتن فرکتالی مربعی با پلاریزاسیون دایروی. 70
3-7- طراحی اولیه برای آنتن فرکتالی مربعی با پلاریزاسیون دایروی. 71
3-8- طراحی نهایی برای آنتن فرکتالی مربعی با پلاریزاسیون دایروی. 73
فصل چهارم : طراحی و شبیه سازی آنتن فرکتالی چندبانده
4-2- طراحی و شبیه سازی آنتن مایکرواستریپ ساده. 80
4-4- پارامترهای طراحی آنتن مایکرواستریپ چندبانده. 85
مقدمه
به طور کلی با مشاهده طبیعت اطراف با بعضی از هندسههای خودمتشابهی برخورد میکنیم که از آنها میتوان به هندسه های فرکتالی یاد کرد. برای مثال، می توان به ساختار فرکتالی شاخه درختان، چشم انداز واقعی طبیعت غروب های خورشید، زمین های ناهموار، موج های روی دریاچه، خط ساحل، توپوگرافی بستر دریا و گیاهان و کوه ها اشکال مختلف ابرها اشاره کرد.
اولین بار ساختارهای فرکتالی توسط بنویت مندلبرت[1] در سال 1975 معرفی شدند، که این ساختارها دارای اشکالی بودند، که هر بخش از آنها ویژگی های کل ساختار را در یک مقیاس کوچکتر دارا بود. این تعریف یک خاصیت مهم این ساختارها را معرفی می کرد، که آن وجود طول نامحدود در حجم محدودی از این ساختارها بود. شکل (1-1) چند نمونه از ساختارهای فرکتالی ساده در طبیعت پیرامون ما را نشان می دهد، که مربوط به ساقه کاج، درخت و چشم انداز طبیعت می باشد. همان طور که در شکل های زیر مشاهده می کنید هر قسمت از این ساختارها از نظر خواص هندسی، همانند کل ساختار می باشند.
شکل 1-1 : چند نمونه ساختار فرکتالی
امروزه از هندسههای فرکتالی در علوم زیادی استفاده میشود. بدون شک یکی از شاخههایی که هندسه فرکتالی در آنها تأثیر زیادی گذاشته است، الکترومغناطیس و انتشار امواج است. وجود خواص ذاتی هندسههای فرکتالی، باعث ایجاد ویژگیهای مناسبی در تشعشعکنندهها، منعکسکننده ها و آنتنها میگردد که باعث میشود این ادوات عملکرد بهتری را در محیط داشته باشند.
در این پایاننامه انواع ساختارهای فرکتالی به عنوان یک آنتن بررسی میشوند و خواص انتشاری این ساختارها به صورت مجزا مورد بررسی قرار میگیرد. به طور کلی ساختارهای فرکتالی زیادی را میتوان جهت طراحی آنتن به کار برد.
در اینجا ما تمامی این ساختارها را در چند دسته کلی تقسیم میکنیم و خواص هر دسته را به تفصیل بیان می کنیم. ساختارهای فرکتالی که معمولاً در طراحی آنتن ها مورد استفاده قرار میگیرند به صورت قطعی[2] میباشند. به عبارت دیگر کلیه ساختارهای فرکتالی که در اینجا مورد بررسی قرار میگیرند خاصیت تصادفی نداشته و از یک رابطه جبری پیروی میکنند. به طوری که جهت ایجاد هر شکل فرکتالی میتوان از یک روش تکرارشونده مشخص استفاده کرد: نکته دیگر که در استفاده از هندسه فرکتالی جهت طراحی آنتن باید در نظر گرفت، روند تکرار هندسه فرکتالی پس از چندین تکرار میباشد. با توجه به اینکه در ساختارهای فرکتالی یک روند جبری به صورت تکرارشونده جهت انجام یک شکل فرکتالی استفاده میشود، باید توجه داشت که با توجه به محدودیتهای موجود در ساخت آنتن، نمیتوان تعداد تکرارها را از یک حد معینی افزایش داد. نقطه قطع تکرارها در ساختارهای مختلف فرکتالی، متفاوت میباشد و نمیتوان قانون کلی برای آن بیان نمود. باید توجه داشت که خواص آنتنهای فرکتالی با افزایش تعداد تکرارهای ساختار از یک حد معین، دیگر تغییر چندانی نکرده و خواص به حالت مشخصی همگرا میشوند.
به طور کلی آنتن های فرکتالی با استفاده از روش ممان[3] بررسی می شوند. در این فصل کلیه نتایج براساس شبیه سازی با استفاده از روش ممان بیان گردیده است.
شکل (1-2)، دسته بندی کلی آنتن های فرکتالی را نشان می دهد. آنتن های فرکتالی به سه ساختار کلی، آنتن های حلقوی، آنتن های دوقطبی و آنتن های فرکتالی چندبانده تقسیم بندی شده اند. آنتن های فرکتالی دوقطبی، آنتن های سیمی می باشند که در این شکل فقط یک بازوی آن نشان داده شده است، و بازوی دیگر به صورت قرینه این بازو نسبت به منبع تغذیه می باشد. از جمله مزایای آنتنهای فرکتالی دوقطبی در حالت کلی، کم شدن ارتفاع آنتن در مقایسه با آنتن دوقطبی معمولی، برای مقدار امپدانس ورودی ثابت میباشد. ساختارهای دوقطبی که در شکل زیر به آنها اشاره شده است، ساختار درختی[4] و ساختار کخ[5] میباشند. دسته دوم آنتنهای فرکتالی، آنتنهای حلقوی میباشند که استفاده از ساختار فرکتالی در این آنتنها سبب کاهش ابعاد آنتن و افزایش امپدانس ورودی میگردد.
شکل 1-2 : دسته بندی کلی آنتن های فرکتالی
دسته سوم آنتنهای فرکتالی که از نظر کاربرد و تنوع نسبت به دو دسته قبلی معروفیت بیشتری دارند، آنتنهای فرکتالی چندبانده میباشند. در این آنتنها وجود چندین بخش یکسان در مقیاسهای مختلف سبب می شود که آنتن در چندین باند فرکانسی مختلف، عملکرد یکسانی از لحاظ تشعشعی داشته باشد. به این آنتنها اصطلاحاً آنتن های خودمتشابه[6] میگویند. شکل فوق یک نمونه از این آنتنها را که به آنتنهای سرپینسکی[7] معروف هستند، نشان میدهد.
برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص ساختارهای فرکتالی مختلف می توان به مراجع [1] و [2] مراجعه کرد. همچنین در خصوص کاربرد ساختارهای فرکتالی در آنتنها میتوان به مرجع [3] مراجعه کرد. همچنین در مرجع [4] میتوان مروری بر مقالات چاپ شده در خصوص آنتنهای فرکتالی داشت. در مراجع فوق، آنتنهای فرکتالی در دو حالت تک المانی و آرایهای مورد بررسی قرار گرفته است.
به طور کلی برای تحلیل سیستمهای تشعشعی و آنتنها نیاز به ابزارهای شبیهسازی نیرومندی میباشد، که از آن جمله میتوان به روش ممان اشاره کرد. در این قسمت مروری بر روش ممان جهت تحلیل آنتنهای فرکتالی خواهیم داشت. روش ممان در واقع یک تکنیک عددی جهت حل معادلات انتگرالی حاکم بر آنتن می باشد که این معادلات انتگرالی از توزیع جریان بر روی بدنه آنتن به دست میآیند. در واقع معادلات انتگرالی که با استفاده از روش ممان حل میشوند، معادلات میدان الکتریکی میباشند. که این معادلات با فرض شرایط مرزی برای هادی الکتریکی کامل به دست میآیند. لذا در این روش جریانها از طریق شرط مماسی میدان الکتریکی بر روی سطح آنتن به دست می آیند، یعنی :
که در عبارت فوق میدان برخوردی، بیانگر میدان در حالت عدم وجود هادی الکتریکی می باشد. و میدان های پراکندگی نیز ناشی از جریان های القایی بر روی سطح آنتن می باشند. حال با استفاده از اصل هم ارزی و فرض جریان بر روی هادی به صورت زیر :
می توان معادلات انتگرالی حاکم بر آنتن را به دست آورد. توجه داشته باشید که در عبارت فوق، توابع پایه شناخته شده ای می باشند، که مجموعه آنها خاصیت متعامد بودن و کامل بودن[8] را امتناع می کنند.
در این فصل هدف بررسی بعضی از ساختارهای بهبود یافته آنتنهای فرکتالی چند بانده میباشد. این فصل را با معروفترین آنتن فرکتالی چند بانده، یعنی آنتن سرپینسکی [9](SG- MSA) شروع میکنیم.
امروزه با افزایش کاربرد آنتنهای فرکتالی چند بانده، با پهنای باند زیاد در سیستمهای مخابرات سیار و سایر سیستمهای مخابراتی مانند RFID[10]، روشهای متنوعی جهت افزایش پهنای باند و بهبود خواص چندبانده این آنتنها معرفی شده است. از جمله این روشها میتوان به پشتهسازی کردن[11] آنتنهای فرکتالی، ایجاد اختلال در صفحه زمین، تغییر مقیاس آنتن در تکرارهای مختلف، ایجاد اتصالات بین پیچ و صفحه زمین در مکانهای مشخص، استفاده از ساختارهای سرپینسکی دایرهای و چندین روش دیگر اشاره کرد که در ادامه این فصل مورد بررسی قرار میگیرند.
2-2- آنتن سرپینسکی بهبود یافته با بازوهای تطبیق[12]
یکی از روشهایی که به منظور بهبود خواص تشعشعی مانند پترن و تطبیق ورودی، برای آنتنهای سرپینسکی معرفی شده است، استفاده از آنتنهای سرپینسکی بهبود یافته با بازوهای تطبیق میباشد. ساختار کلی آنتن سرپینسکی مرتبه دوم که توسط روش فوق بهبود یافته است، در شکل (2-1) نشان داده شده است.
شکل 2-1 : ساختار کلی آنتن سرپینسکی مرتبه دوم، بهبودیافته با بازوهای تطبیق [1]
در ادامه ضمن بررسی خواص این ساختار، نتایج شبیهسازی این ساختار نرم IE3D بیان میگردد. نوع زیرلایهای که در این ساختار مورد استفاده قرار گرفته است، PTFE[13] میباشد که دارای 6/2 و 0018/0 ضخامت 1.2 میباشد. در این ساختار تغذیه از نوع کابل هممحور واقع در مرکز ساختار میباشد. محل تغذیه با F مشخص شده است. در این ساختار امپدانس ورودی دیده شده از محل تغذیه، توسط دو پارامتر که به ترتیب عرض هر بازو و زاویه انحراف بین دو بازو میباشد، قابل کنترل میباشد.
تعداد صفحه : 108
قیمت : 14700تومان
