پایان نامه برق-مخابرات:طراحی و بهینه سازی فیلتر میان نگذر دوبانده مایکروویو با سطوح انتخابگر فرکانس

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش برق-مخابرات

با عنوان :طراحی و بهینه سازی فیلتر میان نگذر دوبانده مایکروویو با سطوح انتخابگر فرکانس

طراحی و بهینه سازی فیلتر میان نگذر دوبانده مایکروویو با سطوح انتخابگر فرکانس

استاد راهنما

دکتر میرصالحی

تیر   1391

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکیده

در این پروژه طراحی فیلتر دو بانده مایکروویو با دو ساختار متفاوت با سطوح انتخابگر فرکانس بررسی و معایب و مزایای این دو ساختار بیان شده است. در ساختار اول از دو لایه سطح انتخابگر فرکانس با عنصر حلقه دایروی و در ساختار دوم از یک لایه سطح انتخابگر فرکانس با دو عنصر حلقه دایروی ادغام شده، استفاده شده است. در بخش اصلی پروژه طراحی یک فیلتر دوبانده میان­نگذر مایکروویو با ساختار نوع دوم در باند فرکانسی GHz 7 – 3 برای کاربردهایی مثل عایق­های تداخل الکترومغناطیس انجام شده و نشان داده شده است که پاسخ فرکانسی فیلتر طراحی شده نسبت به تغییرات زاویه تابش و قطبش موج تابشی پایدار است. از ویژگی­های این فیلتر کم حجم بودن و مقرون به صرفه بودن آن می­باشد. چون فرمول دقیقی برای بدست آوردن مشخصات مناسب این فیلترها وجود ندارد، تاثیر پارامترهای یک سلول واحد از هر کدام از فیلترها به وسیله نرم­افزار CST بررسی شد. این پارامترها شامل دوره تناوب ساختار (p)، شعاع متوسط حلقه دایروی (r) و ضخامت حلقه دایروی (w) می­باشند. از شبیه­سازی­های انجام شده، نتایج زیر حاصل شد:

• مهمترین عامل برای تغییر پهنای باند فیلتر، تغییر w است.
• حساسیت فرکانس تشدید فیلتر به پارامترهای r و p نسبت به w بیشتر است.
• تاثیر پارامتر r در تغییر فرکانس تشدید ناشی از زوایای تابش صفر و 60 درجه، بیشتر از پارامترهای دیگر (r وw) است.

کلمات کلیدی: سطوح انتخابگر فرکانس، فیلتر دوبانده، فیلتر میان­نگذر مایکروویو، تئوری فلوکه

فهرست مطالب

فصل اول-مقدمه                                                                                                                         1

فصل دوم-سطوح انتخابگر فرکانس                                                                                           4

2-1 معرفی سطوح انتخابگر فركانس   5

2-1-1 چگونگی کنترل پاسخ فرکانسی سطوح انتخابگر فرکانس   6

2-1-1-1 شکل سطوح انتخابگر فرکانس   6

2-1-1-2 ضریب هدایت اجزاء   7

2-1-1-3 زیر لایه دی الکتریک   8

2-1-1-4 زاویه تابش موج مسطح   9

2-1-2 جلوگیری از لوب ساینده   10

2-2 تحریک سطوح انتخابگر فرکانس   11

2-3 آرایه های مکمل   11

2-4 چگونگی تشکیل منحنی تشدید   12

2-4-1 سطوح متناوب پیاپی بدون دی الکتریک                                                                                         13

2-4-2 یک سطح متناوب با لایه های دیالکتریک   13

2-5 کاربردهای سطوح انتخابگر فرکانس   14

2-5-1 کاهش تداخلات الکترومغناطیسی   14

2-5-2 فیلترهای چند بانده   15

2-5-2-1 استفاده از چند سطح انتخابگر فرکانسی پیدرپی   16

2-5-2-2 استفاده گروهی از عناصر در یک سلول واحد   17

2-5-2-3 استفاده از چند عنصر ادغام شده در هم   18

2-5-2-4 استفاده از اجزاء مشدد حلقوی مربعی   19

فصل سوم-تئوری پایه­ای ساختارهای متناوب فضایی                                                               22

3-1 سری فلوکه و توابع مدی فلوکه   23

3-2 مودهای قابل انتشار ومیرا شونده فلوکه   26

فصل چهارم-طراحی فیلتر یک بانده مایکروویو                                                                        31

4-1 طراحی فیلتر میان نگذر برای کاربردهای باند مایکروویو                                                     32

4-1-1 شکل جزء   35

4-1-1-1 تاثیر ابعاد عنصر   37

4-1-1-1-1 پارامترهای تعیین کننده ابعاد عنصر   39

4-1-2 تاثیر دی الکتریک        49

فصل پنجم-طراحی فیلتر دو بانده مایکروویو                                                                       53

5-1 استفاده از دولایه سطح انتخابگر فرکانس پی درپی   55

5-2 استفاده از یک لایه سطح انتخابگر فرکانس با دو عنصر ادغام شده[27]   58

فصل ششم-نتیجه ­گیری و پیشنهادها                                                                                    62

6-1 نتیجه گیری   63

6-2 پیشنهادها   64

مراجع                                                                                                                                    66

فهرست شکل­ها

شکل 2-1 ساختارهای سطح انتخابگر فرکانس: (الف) آرایه­ای از تکه­ها، (ب) آرایه­ای از پنجره­ها [1]                  5

شکل 2-2 چهار نوع فیلتر سطح انتخابگر فرکانس . مواد هادی با رنگ سیاه نشان داده شده اند [2]                6

شکل 2-3 انواع اجزاء [1]                                                                                                                                 7

شکل 2-4 تاثیر مقاومت بر عملکرد سطح انتخابگر فرکانس با اجزای حلقوی مربعی…                                       8

شکل 2-5 سطح انتخابگر فرکانس (الف) در داخل و (ب) روی لایه دی الکتریک [2]                                          9 شکل 2-6 فاصله طراحی شده بین اجزا با یک سیگنال تابشی مایل [2]                                                           9

شکل 2-7 انتشار لوب ساینده در جهت _gη [1]                                                                                                 10

شکل 2-8   ساختارهای متناوب هادی­ها با (الف ) حالت غیرفعال، (ب) حالت فعال [1]                                       11

شکل 2-9 ساختار متناوب پیاپی [1]                                                                                                              13

شکل 2-10   ساختار صفحه متناوب با دو لایه دی الکتریک و منحنی انتقال این ساختار [1]                             13

شکل 2-11 تضعیف دیواربا ضخامت 35 سانتی متر، با انواع متفاوت مواد : سیمان، آجر…                                  15

شكل 2-12 الف) نمای بالای سلول واحد، ب) نمای سه بعدی سلول واحد[7]                                                    16

شكل 2-13 نتایج شبیه سازی و اندازه ­گیری فیلتر دوبانده[7]                                                                          17

شکل2-14 ساختار فیلتر سطح انتخابگر فرکانس با عناصر چند گانه[5]                                                           17

شكل 2-15 نتایج شبیه سازی فیلتر دوبانده با یك گروه از عناصر در یك سلول واحد[5]                                18

شکل 2-16 الف) شكل سلول واحد، ب) مدار معادل سلول واحد[13]                                                              19

شکل2-17 پاسخ فرکانسی فیلتر سه بانده[13]                                                                                               19

شکل 2-18 ساختار مشدد حلقوی مربعی [18]                                                                                                20

شکل2-19 ساختار فیلتر دوبانده با بهره گرفتن از عنصر مشدد حلقوی مربعی[19]                                               20

شکل 2-20 نتایج شبیه سازی فیلتر دوبانده با بهره گرفتن از عناصر مشددهای حلقوی مربعی[19]                         21           شکل 3-1 یک ارائه مسطتیلی با تناوب های a و b ]20[                                                                                  23

شکل 3-2 تابش یک موج تخت به سطح یک آرایه متناوب [20]                                                                     27

شکل 3-3 مکان هندسی مود‌های منتشر شونده [20]                                                                                       29

شکل4‑1 نمای سلول واحد در شبیه سازی با مودهای فلوکه                                                                           33

شکل4‑2 دو مود پورت فلوکه[ 21]                                                                                                                 34

شکل 4-3 نمای سلول واحد در شبیه سازی درون موجبری                                                                             34

شکل 4-4 ابعاد اجزاء حلقه دایروی                                                                                                                  36

شکل 4-5 پاسخ فرکانسی FSS1 با 1= _rε و °60 تا °0= θ برای دو قطبش TE و TM                                   37

شکل 4-6 پاسخ فرکانسی FSS2 با 1= _rε و °60 تا °0= θ برای دو قطبش TE و TM                                   38

شکل 4-7 تغییرات پهنای باند ( dB20) با افزایش دوره تناوب ساختار (p)                                                    40

شکل 4-8 تغییرات فرکانس تشدید با افزایش دوره تناوب ساختار (p) در تابش عمودی (°.=θ)                     40

شکل 4-9 میزان تغییرات فرکانس تشدید در قطبش TE به ازای تغییر زاویه تابش از صفر تا 60 درجه…         41

شکل 4-10 میزان تغییرات فرکانس تشدید در قطبش TM به ازای تغییر زاویه تابش از صفر تا 60 درجه…        41

شکل 4-11 تاثیر تغییر پارامتر p (با ثابت نگه داشتن دیگر پارامترها) بر پاسخ فرکانسی FSS2 با 1= _rε …       42

شکل 4-12 تغییرات پهنای باند ( dB20) با تغییر شعاع متوسط حلقه دایروی (r)                                           43

شکل 4-13 تغییرات فرکانس تشدید با تغییر شعاع متوسط حلقه دایروی (r)                                                  43

شکل 4-14 میزان تغییرات فرکانس تشدید در قطبش TE به ازای تغییر زاویه تابش از صفر تا 60 درجه …       44

شکل 4-15 میزان تغییرات فرکانس تشدید در قطبش TM به ازای تغییر زاویه تابش از صفر تا 60 درجه…     44

شکل 4-16 تاثیر تغییر پارامتر r (با ثابت نگه داشتن دیگر پارامترها) بر پاسخ فرکانسی FSS2 با 1_r=ε…       45

شکل 4-17 تغییرات پهنای باند ( dB20) با تغییر ضخامت حلقه دایروی (w)                                                    46

شکل 4-18 تغییرات فرکانس تشدید با تغییر ضخامت حلقه دایروی (w)                                                        46

شکل 4-19 میزان تغییرات فرکانس تشدید در قطبش TE به ازای تغییر زاویه تابش از صفر تا 60 درجه…     47

شکل 4-20 میزان تغییرات فرکانس تشدید در قطبش TM به ازای تغییر زاویه تابش از صفر تا 60 درجه…     47

شکل 4-21 تاثیر تغییر پارامتر w (با ثابت نگه داشتن دیگر پارامترها) بر پاسخ فرکانسی FSS2 با 1= _rε …     48

شکل 4-22 تاثیر دی الکتریک بدون تلقات بر پاسخ فرکانسی الف) FSS1 و ب) FSS2                                  49

شکل 4-23 تاثیر دی الکتریک تلفاتی بر پاسخ فرکانسی الف) FSS1 و ب) FSS2                                         50

شکل 4-24 پاسخ فرکانسی FSS1 با زیرلایه دی الکتریک اعمال شده در دو طرف ساختار                               51

شکل 4-25 پاسخ فرکانسی FSS1 با زیرلایه دی الکتریک اعمال شده در یک طرف ساختار                             51

شکل 4-26 پاسخ فرکانسی FSS1 با زیرلایه دی الکتریک اعمال شده دردو طرف ساختار                              52

شکل 4-27 پاسخ فرکانسی شبیه سازی شده برای FSS1 با زیرلایه دی الکتریک اعمال شده در یک …         52

شکل4-28 تغییرات ثابت دی الکتریک موثر FSS2 بر حسب ضخامت زیرلایه                                                53

شکل 5-1 نمای یک سلول واحد از ساختار فیلتر دوبانده با دولایه سطح انتخابگر فرکانس                              56

شکل 5-2 پاسخ فرکانسی فیلتر دوبانده با 38/3= _rε و °60 تا °0= θ برای دو قطبش TE و TM                 57

شکل 5-3 نمای یک سلول واحد از ساختار فیلتر دوبانده با یک لایه سطح انتخابگر فرکانس با دو …               58

شکل 5-4 تلفات تغبیه فیلتر دوبانده با سلول واحد نشان داده شده در شکل 5-3 …                                     59

شکل 5-5 تلفات تغبیه فیلتر دوبانده با تغییر ابعاد سلول واحد نشان داده شده در شکل 5-3 …                 60

فهرست جدول­ها

جدول شماره 2-1 عملکرد سطح انتخابگر فرکانس ها با اشکال متفاوت (یک سطح انتخابگر فرکانس…         7

جدول 4-1 ابعاد عنصر حلقه دایروی و فرکانس­های تشدید دو سطح انتخایگر فرکانس با تابش عمود         36

جدول 4-2 تغییرات فرکانس تشدید (F_r) و پهنای باند (BW) در زاویه تابش عمود، تغییرات…                 39

جدول 4-3 تغییرات فرکانس تشدید (F_r) و پهنای باند (BW) در زاویه تابش عمود، تغییرات…                 42

جدول 4-4 تغییرات فرکانس تشدید (F_r) و پهنای باند (BW) در زاویه تابش عمود، تغییرات…                45

جدول 4-5 تغییر ثابت دی الکتریک موثر با ضخامت زیرلایه برایFSS2                                                    53

جدول 5-1 ابعاد عنصر حلقه دایروی و فرکانس­های تشدید دو سطح انتخایگر فرکانس در تابش عمود         56

جدول 5-2 تغییر ابعاد سلول واحد فیلتر دوبانده برای رسیدن به فرکانس­های تشدید مد نظر …               60

فهرست اختصارات

فصل اول

مقدمه

سطوح انتخابگر فرکانس^[1] ساختارهای متناوب مسطحی هستند که معمولا از تکه[2]‌های هم اندازه یا پنجره‌هایی از جنس هادی که به صورت متناوب در یک یا دو بعد تکرار می‌شوند، تشکیل شده‌اند. قدیمی­ترین مرجع در مورد سطوح متناوب به ثبت اختراع مارکونی[3] و فرانکلین[4] در سال 1919 برای ساخت انعکاس دهنده سهموی[5] برمی­گردد. بررسی ساختارهای متناوب تا سال 1960 که در آن زمان توانایی این ساختارها در کاربردهای نظامی کشف شد، پی­گیری نشد. از سال 1960 به بعد، سطوح انتخابگر فرکانس به طور گسترده­ای در زمینه طراحی آنتن­ها، رادار، فیلترهای فضایی، قطبی­کننده، ردوم و غیره مورد استفاده قرار گرفت. در بیشتر کاربردها، مثل مخابرات ماهواره­ای سطوح انتخابگر فرکانسی برای طراحی آنتن­های بازتابنده دوگانه[6] استفاده می­شوند. ساخت چنین ساختارهایی در طول موج­های مایکروویو و در طراحی آنتن ها ساده است ولی در طول موج های مادون قرمز و نوری به این علت که اندازه اجزاء به کار رفته در ساختار باید در حد میکرومتر و حتی کوچکتر باشد، مشکل است و نیاز به روش­های لیتوگرافی پیشرفته دارد[1].

سطوح انتخابگر فرکانس بسته به شکل اجزاء به کار رفته در ساختار و زیرلایه، دارای پاسخ‌های فرکانسی متفاوتی می­باشند. این سطوح به صورت فیلترهای الکترومغناطیسی­ای عمل می­ کنند که پاسخ فرکانسی آنها علاوه بر فرکانس به زاویه تابش و قطبش موج تابشی بستگی دارد. وقتی یک موج الکترومغناطیسی به این سطوح برخورد می­ کند در یک طیف فرکانسی موج را عبور می­ دهند و در طیف فرکانسی دیگر موج را منعکس می­ کنند؛ بنابراین می­توان آنها را به عنوان فیلترهای بالا گذر، پایین گذر، میان گذر و میان نگذر طراحی کرد.

در این پایان نامه در فصل 2 شرح مختصری در مورد سطوح انتخابگر فرکانس و عوامل موثر در طراحی این ساختارها داده می­شود و در ادامه این فصل کاربردهای این ساختارها در بازه­های مختلف فرکانسی بررسی می­شوند. یکی از این کاربردها، طراحی فیلترهای چندبانده مایکروویو است که در این فصل ساختارهای متفاوتی که در سالهای گذشته پیشنهاد شده، بررسی ­می­شود.­ در فصل 3 تئوری پایه­ای ساختارهای متناوب فضایی بررسی می­شود. در فصل 4 فیلترهای یک بانده مایکروویو طراحی شده و با نرم­افزار CST شبیه­سازی­های مربوطه انجام می­شود. در این فصل پارامترهای مهم برای رسیدن به مشخصات مطلوب فیلتر یک بانده میان­نگذر بررسی شده است. در فصل 5 دو روش برای طراحی فیلتر میان­نگذر دوبانده تحلیل و بررسی شده و نتایج طراحی با بیان معایب و مزایا آورده شده است و سرانجام در فصل 6 نتایج و پیشنهادها برای ادامه پروژه ارائه خواهد شد.

1 Frequency selective surface (FSS)

[2] Patch

[3] Marconi

[4] Franklin

[5] Parabolic reflector

[6] Dual-reflector

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 :96

قیمت : 14700 تومان

—-

پشتیبانی سایت :       *       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

—  — —