دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش برق-مخابرات
با عنوان :تحلیل و شبیه‌سازی آنتن آرایه انعکاسی متامتریال در فرکانس‌های تراهرتز
پایان‌نامه كارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق مخابرات (گرایش میدان)
عنوان پایان‌نامه:
تحلیل و شبیه‌سازی آنتن آرایه انعکاسی متامتریال در فرکانس‌های تراهرتز
Analysis and Simulation of Metamaterial Reflectarray Antenna at Terahertz Frequencies
استاد راهنما:
دکتر علیرضا یاحقی
آذر ماه 1393
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
تحلیل و شبیه سازی آنتن آرایه انعکاسی متامتریال در فرکانس تراهرتز
به کوشش
سیده سپیده هاشمی
در سال‌های اخیر آنتن آرایه انعکاسی میکرواستریپ توجه زیادی را به خود جلب کرده و توسط بسیاری از محققان مورد مطالعه قرار گرفته است. به این دلیل که این آنتن ویژگی‌های برجسته آنتن آرایه و آنتن بازتابنده را ترکیب کرده است. ویژگی‌هایی مثل سطح مسطح، وزن کم و هزینه ساخت پایین، آنتن‌های آرایه انعکاسی میکرواستریپ را جایگزین خوبی برای آنتن‌های قدیمی انعکاس‌دهنده سهموی در کاربردهای راداری و سیستم ماهواره کرده است. اشکال آنتن‌های آرایه انعکاسی پهنای باند باریک است، که این پهنای باند باریک ناشی از طبیعت باند باریک رویه‌های میکرواستریپی و تفاوت شعاعی تاخیر فاز بین منبع تغذیه و عناصر در آرایه است.
طراحی آنتن‌های آرایه انعکاسی عمدتاً براساس منحنی فاز انعکاسی است. این منحنی نشان‌دهنده رابطه یک به یک فازها با پارامترهای هندسی عناصر است که فاز انعکاسی عناصر را کنترل می‌کند. تعداد زیادی عناصر رزونانسی برای بدست آوردن تغییرات فاز انعکاسی مطلوب به کار برده شده‌اند.
در این پایان‌نامه نیز، روش بهینه‌سازی تپه‌نوردی تصادفی برای طراحی عناصری که دارای منحنی فاز خطی و همچنین تلفات پایین باشند استفاده شده است. با ترکیب روش بهینه‌سازی و نرم‌افزارهای تجاری شکل مناسب هر سلول بدست آمد. در این ساختار بهینه‌شده، پهنای باند آنتن به طور قابل توجهی بهبود یافته است.
واژگان کلیدی: آنتن آرایه انعکاسی، الگوریتم تپه‌نوردی تصادفی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه……………………………………………………………………………..2
- آنتن آرایه انعکاسی……………………………………………………………….2
- فراماده……………………………………………………………………………..4
1-2-1- محدوده تراهرتز و فرامواد تراهرتز……………………………………5
1-2-2- سطوح فرکانس گزین…………………………………………………..8
- الگوریتم بهینه‌سازی تپه‌نوردی………………………………………………9
- پژوهش‌های پیشین و اهداف پژوهش……………………………………..10
فصل دوم: آنتن‌های آرایه انعکاسی………………………………………………….14
- مقدمه‌ای بر آنتن‌های آرایه انعکاسی……………………………………………14
- معرفی آنتن آرایه انعکاسی………………………………………………………14
- مزایای آنتن آرایه انعکاسی………………………………………………………16
- نقطه ضعف آنتن آرایه انعکاسی…………………………………………………18
2-4-1- محدودیت پهنای باند عناصر……………………………………..18
2-4-2- محدودیت پهنای باند با تاخیر فاز شعاعی تفاضلی…………….18
- تکنیکهای آنالیز آنتن…………………………………………………………..20
- بررسی تکنیکهای آنالیز………………………………………………………..24
فصل سوم: الگوریتم بهینه‌سازی تپه‌نوردی تصادفی…………………………28
- مقدمه و معرفی روش بهینه‌سازی تپه‌نوردی………………………….………………..28
- الگوریتم تپه‌نوردی…………………………………………..……………………….…..31
- فلوچارت تپه‌نوردی………………………………………………………………………..32
فصل چهارم: روش‌های افزایش پهنای باند و خطی شدن نمودار تغییرات فاز………………………………………………………………………………………………….34
- محدودیت پهنای باند توسط عناصر آرایه انعکاسی……………………………………34
- عناصر شیفت‌دهنده فاز پهن‌باند………………………………………………….…….38
- رویه‌های تزویج روزنه‌ای…………………………………………………………………38
- رویه‌های انباشته با ابعاد متغیر………………………………………………………….43
- عناصر آرایه انعکاسی دیگر برای بهبود پهنای باند…………………………………….47
فصل پنجم: معرفی ساختار و روش انجام تحقیق و نتایج………………………………51
- اصول طراحی……………………………………………………………………………..51
- رویه و ویژگی‌هایش………………………………………..…………………………….52
- طراحی و شبیه‌سازی آرایه انعکاسی…………………………………………………….56
- افزایش پهنای باند عنصر آرایه انعکاسی با بهره گرفتن از روش چندلایه کردن…………59
- طراحی سطوح فرکانس گزین برای هر یک از عناصر…………………………………60
- نتایج………………………………………………………………………………………..64
- رویه‌های با ابعاد متغیر………………………………………………………………64
- رویه‌های با ابعاد یکسان……………………………………………………………..69
فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات…………………………………………..73
- نتیجه‌گیری………………………………………………………………………………..74
- پیشنهاد برای کارهای آتی……………………………………………………………….75
فهرست منابع………………………………………………………………………………76
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل 1‑1- آنتن آرایه انعکاسی 4
شکل 1‑3- چند سلول فراماده تراهرتز 7
شکل 2‑1- پیکربندی آنتن آرایه انعکاسی 14
شکل 2‑3- آرایه انعکاسی با بهره گرفتن از عناصر رویه چاپی با خطوط تأخیر با طول متغیر 15
شکل 2‑4- تاخیر فاز شعاعی تفاضلی آرایه انعکاسی 19
شکل 2‑5- هندسه آنتن آرایه انعکاسی چاپی 22
شکل 3‑1- فلوچارت تپه‌نوردی 32
شکل 4‑3- نمای جانبی آرایه انعکاسی قرار گرفته بر روی یک انعکاس‌دهنده سهموی 37
شکل 4‑4- عنصر آرایه انعکاسی تزویج روزنه‌ای. (a) نمای گسترده (b) تاخیر فاز بر حسب طول خط 39
شکل 4‑5- نمودار تاخیر فاز بر حسب طول خط عنصر آرایه انعکاسی تزویج روزنه‌ای شبیه‌سازی شده 40
شکل 4‑6- سلول واحد بر اساس خط تاخیر تزویج روزنه‌ای U شکل 40
شکل 4‑7- نمودار فاز بر اساس طول دو قطبی برای حالت U شکل 41
شکل 4‑8- نمودارهای بدست آمده از شبیه‌سازی برای حالت U شکل 42
شکل 5‑4- نمودار فاز سلول شبیه‌سازی شده بر حسب طول رویه در فرکانس THz1 برای زیرلایه به ضخامت µm15 56
شکل 5‑9- نمونه‌ای از نسبت دادن کد دودویی برای ایجاد ساختار 62
شکل 5‑10- نمودار فاز بر حسب طول رویه‌ها برای مقادیر مورد انتظار 66
شکل 5‑11- نمودار فاز بدست آمده از بهینه‌سازی بر حسب طول رویه 67
شکل 5‑12- نمودار دامنه انعکاسی بدست آمده حاصل از بهینه‌سازی بر حسب طول رویه 68
شکل 5‑13- شکل‌های سطوح فرکانس گزین بدست آمده از روش رویه‌های متغیر 69
شکل 5‑14- نمودار فاز انعکاسی بر حسب شماره سلول برای توابع شایستگی متفاوت 70
شکل 5‑15- نمودار دامنه انعکاسی بر حسب شماره سلول برای توابع شایستگی متفاوت 71
شکل 5‑16- نمودار فاز و دامنه انعکاسی بر حسب شماره سلول برای تابع شایستگی بند (ه) 72
شکل 5‑17- شکل رویه‌های بدست آمده از بهینه‌سازی برای تابع شایستگی بند (ه) 73
شکل 5‑18- نمودار فاز انعکاسی بر حسب شماره سلول در فرکانس‌های مختلف. 74
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 5‑1-مقادیر مورد انتظار برای طراحی سطوح فرکانس گزین با ابعاد متغیر 65
جدول 5‑2- کدهای بدست آمده حاصل از بهینه‌سازی برای هر سلول 66
جدول 5‑3- مقادیر فاز بدست آمده برای رویه‌های با طول متفاوت 67
جدول 5‑4- مقادیر دامنه انعکاسی بدست آمده برای رویه‌های با طول متفاوت 68
جدول 5‑5- مقادیر فاز بدست آمده برای هر سلول با بهره گرفتن از تابع‌های شایستگی متفاوت 70
جدول 5‑6- مقادیر دامنه بدست آمده برای هر سلول با بهره گرفتن از تابع‌های شایستگی متفاوت 71
فصل نخست:
مقدمه
فصل 1- مقدمه
امروزه با پیشرفت بیشتر ارتباطات، بشر توانسته است که از طیف الکترومغناطیسی که خارج از محدوده نور مرئی است، برای ارتباطات بی‌سیم استفاده کند. آنتن‌ها به عنوان ساختاری جهت ارسال و دریافت امواج الکترومغناطیس ساخته شدند. طراحی آنتن در چند دهه‌‌ی اخیر پیشرفت‌های زیادی کرده است. بدلیل افزایش محبوبیت سیستم‌های ارتباطی راه دور و ادوات بی‌سیم سیار، توسعه طراحی انواع آنتن‌های بدیع، تداوم یافت. از رادیوهای قدیمی و سیستم‌های پخش تلویزیونی تا سیستم‌های ماهواره‌ای پیشرفته و شبکه‌های محلی بی‌سیم، مخابرات بی‌سیم به قسمتی جدایی‌ناپذیر از زندگی روزانه مردم تبدیل شد. آنتن‌ها بزرگترین نقش را در پیشرفت دستگاه‌های مخابرات بی‌سیم جدید اعم از تلفن‌های همراه تا هدایتگرهای GPS قابل حمل، و ازکارت‌های شبکه بی‌سیم لبتاپ‌ها تا گیرنده‌های ماهواره‌های تلویزیونی بازی می‌کنند. یک دسته از ملزومات طراحی، از جمله ابعاد کوچک، پهنای باند عریض، و ویژگی‌های متعدد دیگری، باعث به چالش کشیدن محققان آنتن و توسعه آنتن‌های جدید شده است.
1-1- آنتن آرایه انعکاسی
در بسیاری از کاربردهای مایکروویوی، یک آنتن جهتی که پرتو اصلی آن در راستای خاصی جهت‌گیری شده مورد نیاز است. برای رسیدن به چنین ویژگی‌هایی یک تحریک[1] روزنه‌ای با فاز جلورونده مورد نیاز است. دو راه اصلی برای انجام این کار، منعکس کننده‌ها[2] و آرایه‌ها می‌باشد.
در آنتن‌های منعکس‌کننده، برای ایجاد فاز مناسب در روزنه‌ها[3]، از تفاوت مکانی جایگیری روزنه‌ها استفاده می‌شود، در حالی که در آنتن آرایهای از عناصر متمایز تغذیه شده با فاز جلورونده استفاده می‌شود. آنتن‌های منعکس‌کننده پهنای باند بزرگ و تلفات کمی دارند. نقطه ضعف اصلی منعکس‌کننده‌ها محدودیت هندسی در طراحی است. منعکس‌کننده سهموی که معروف‌ترین انعکاس‌دهنده می‌باشد، نیز میزان قطبش متقاطع[4] بالایی دارد.
فناوری آنتن چاپی افق‌های جدیدی برای آنتن‌های فضایی باز کرده است. آنتن‌های آرایه مایکرواستریپ دارای اندازه‌ای کوچک، هزینه ساخت پایین و وزن کم هستند و قطبش متقاطع پایینی دارند و هندسه مسطح این آنتن‌ها اجازه می‌دهد تا برای استقرار در فضا مناسب باشند. علاوه بر این آرایه‌های مایکرواستریپ قابلیت دستیابی به سرعت بالا در اسکن الکترونیکی را دارا می‌باشند. با این حال، نقطه ضعف عمده آنتن چاپی پهنای باند کوچک و تلفات نسبتا بزرگ است. با وجود نقطه ضعف مورد اشاره، طراحی آنتن‌ها برای رسیدن به پرتو اسکن شده با بهره بالا، با چالش مواجه می‌شود [1]. بنابراین ترکیب ویژگی‌های انعکاس‌دهنده‌ها و آرایه‌ها می‌تواند مفید باشد.
آنتن‌های آرایه انعكاسی[5]، از آرایهای از عناصر انعكاس‌دهنده تشكیل شده است كه با وجود برخورداری از سطحی بدون انحنا، هر عنصر در آرایه طوری طراحی می‌شود كه تغییر فاز مناسب را در موج انعكاسی نسبت به موج تابشی ایجاد كند تا در نهایت یک سطح هم‌فاز مسطح در جهت مطلوب شكل گیرد. عناصر انعكاس‌دهنده رایج در این نوع آنتن‌ها، رویه‌ها[6] هستند که روی یک لایه دی‌الکتریک زمین شده در سطح انعكاس‌دهنده جای می‌گیرند [2].
آنتن‌های گین بالا برای ساخت شبکه‌های بی‌سیم و یا سیستم‌های تصویربرداری مورد نیاز است. همچنین آنتن‌های آرایه انعکاسی تراهرتز با تلفات پایین مزایای جالبی در تنظیم تابش تراهرتز دارند.
1-2- فراماده
فراماده‌ها[7] مواد مصنوعی ساخته دست بشر هستند. فراماده ماده‌ای با خواص ویژه می‌باشد که عملکرد آن هم ناشی از ساختار سلول‌ها و هم ناشی از ترکیبات شیمیایی آن است. به عبارت دیگر می‌توان گفت که آنها مواد مصنوعی هستند که طوری طراحی می‌شوند که خواصی را داشته باشند که ممکن است این خواص در طبیعت یافت نشوند. فرامواد از مواد معمولی میکروسکوپی مختلفی مانند فلزات و یا پلاستیک، و معمولاً به صورت پریودیک ایجاد می‌شوند. بیشتر فرامواد برای کاربردهای مربوط به الکترومغناطیس و اپتیک مانند هدایتگرهای پرتو، مدولاتورها، فیلترها، لنزها، و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. با بکارگیری فراماده در ساخت آنتن‌ها، با توجه به خصوصیات فراماده، بسیاری از ویژگی‌های مطلوب آنتن از جمله کاهش ابعاد آن، بهبود عملکرد انعکاسی و عملکرد چندباندی آن میسر می شود. [3]
[1] illumination
[2] Reflectors
[3] apertures
[4] Cross polarization
[5] Reflectarray antenna
[6] patches
[7] metamaterials
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 و با فرمت ورد موجود است
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
تعداد صفحه :113
قیمت : 14700 تومان
