وبلاگ

امروزه شاهد سرعت توسعه ارتباطات بی سیم با پهنای باند بزرگ که مورد نیاز بوده، طوری که کاربردهای مختلفی با یک آنتن پوشش داده می شود. یک آنتن که دارای پهنای باندی در رنج فرکانسی وسیعی از 800MHz تا 11GHz و یا حتی بیشتر از آن، که شامل سیستم های ارتباطی بی سیم نظیر 800 AMPC و 900 GSM و 1800 GSM و 1900 PCS و WCPMA/UMTS و UNII و DECT و ISM و WLANS و UWB (از 3/1GHz تا 10/6GHz). علاوه بر سیستم های بی سیم اشاره شده در بالا، تکنولوژی بی سیم UWB اغلب برای بسیاری از کاربردهایی که سرعت اطلاعات بالا دارند و سیستم های ارتباطی بی سیم رنج کوچک، کد گذاری برای امنیت و به صورت قابل حمل رد کردن اثر چند مسیره، سیستم های رادار پیشرفته و… کاربرد دارند.
این تکنولوژی پهنای باند وسیعی به اندازه 7/5GHz که از 3/1GHz تا 10/6GHz است را به کار می برد. چشم انداز آینده فناوری بی سیم ایجاد یک بستر مشترک ارتباطی است که خدمات سه گانه صوتی، تصویری و دیتا را به صورت یکجا ارائه می دهد. در این فناوری از امواج الکترومغناطیسی با طول موج های بسیار کوچک در حد چند میلیمتر تا چند سانتیمتر استفاده می گردد. از بخش های عمده این فناوری به کار بردن آنتن مناسب در دوسوی فرستنده و گیرنده است به نحو مطلوبی که بتواند نیازهای بی سیم را فراهم نماید. آنتن هایی که برای هریک از فناوری های مذکور طراحی می شود باید پهنای باند امپدانسی تعیین شده را پوشش دهند و در عین حال در کل پهنای باند امپدانسی مزبور پترن تشعشعی و گین ثابت و مناسب داشته و حداقل تأخیر زمانی را به سیگنال ورودی اعمال کنند. سیستم های مخابراتی عموما به دو دسته آنتن های ایستگاه پایه و آنتن های قابل حمل نیاز دارند. از جمله آنتن های ایستگاه پایه می توان به آنتن های TEM horn و Vivaldi اشاره کرد. در مقابل، می توان گفت که موفقیت روزافزون شبکه های بی سیم مدیون آنتن های قابل حمل در ابعاد کوچک بوده که عملکرد مطلوبی داشته و به راحتی با سایر اجزای مدارات MMIC مجتمع می شوند.

یکی از انواع آنتن های قابل حمل، آنتن های تک قطبی چاپی و صفحه ای عمودی که کاندیدای خوبی برای کاربرد در تکنولوژی بی سیم UWB به دلیل پهنای امپدانسی وسیع و پترن تشعشعی همه جهته و پارامترهای طراحی زیاد، می باشند. از سال 1973 تا به امروز ساختارهای مختلفی از انواع آنتن های تک قطبی معرفی و تحلیل شده اند. در عین حال ساختار سه بعدی آنتن های تک قطبی عمودی و صفحه زمین بزرگ آنها که باعث حذف نصف پترن تشعشعی این آنتن هاست، باعث عدم انتخاب این آنتن ها برای استفاده در شبکه های بی سیم شده است. از سوی دیگر، آنتن های تک قطبی چاپی را می توان به همراه سایر قطعات مدارات RF روی یک زیرلایه مشترک به کار برد. البته قابل ذکر است که آنتن های تک قطبی چاپی (PMAs) دقیقا صفحه ای و دارای الگوهای تشعشعی که مشابه آنتن دیپل است می باشند.

این آنتن ها اغلب بر روی زیرلایه RF4 با قیمت ساخت پایین و تانژانت تلفاتی مناسب قرار گرفته، صفحه زمین نیز از زیرالمان تشعشع کننده حذف می شود و با این کار فاکتور کیفیت در رزوناتور کاهش یافته و پهنای امپدانسی بالا در VSWR<2 حاصل می شود. این رزوناتور از طریق خط میکرواستریپ 50 اهم و یا cpw تغذیه می شود. در صورتی که المان تشعشع کننده ساختار دایروی و یا بیضوی داشته باشد، به علت تقارن همه جانبه ساختار، چندین مد جریانی که از نوع توابع بسل نوع اول هستند، به صورت همزمان در پچ تشعشعی امکان وجود پیدا کرده و لذا می تواند پهنای امپدانسی بالاتری را نسبت به سایر ساختارهای تک قطبی چاپی پوشش دهد.
مسأله دیگر امکان همپوشانی امواج تشعشعی آنتن های تک قطبی UWB با سایر دستگاه های RF بی سیم است که در باندهای فرکانسی مختلف کار می کنند. لذا نیاز به فیلترهایی با باندهای قطع بسیار باریک و تیز هستیم که با این آنتم ها ترکیب شوند و از همپوشانی های ناخواسته جلوگیری شود.
هدف از این پایان نامه در حالت کلی، مطالعه و بررسی آنتن های تک قطبی بیضوی است. این مطالعه شامل قسمت های مختلفی است که در فصل های جداگانه آورده شده اند. در فصل اول ی بر تاریخچه و انواع آنتن های UWB صورت می گیرد. در فصل دوم، روش عمومی برای تحلیل و طراحی آنتن های تک قطبی چاپی آمده است و مطالعه سیستماتیک روی ساختار یک آنتن تک قطبی بیضوی برای تفسیر نحوه عملکرد پارامترهای مختلف این ساختار، صورت گرفته است. در ادامه این فصل سایر روش های طراحی و بهبود عملکرد آنتن های تک قطبی بیضوی که در مجلات معتبر علمی به چاپ رسیده، مورد بررسی قرار گرفته اند. هدف از این بخش مطالعه تکنیک های مختلفی است که تاکنون برای بهبود عملکرد آنتن اولیه اعم از بهبود پهنای باند امپدانسی، تطبیق امپدانسی، گین، پترن و سایر مشخصات آنتن معرفی شده و با استفاده از روش های تحلیلی، نرم افزاری و یا تجربی به اثبات رسیده اند. در فصل سوم به بررسی تکنیک های مختلف مطرح شده در منابع علمی معتبر، جهت حذف سیگنال های متداخل در باند فرکانسی UWB می پردازیم. و در نهایت در فصل چهارم، یک ساختار تک قطبی شبه بیضوی جدید معرفی شده اند که در آنها از تکنیک های نو برای بهبود عملکرد آنتن اولیه استفاده شده است. این ساختارها با استفاده از نرم افزار HFSS تحلیل شده و جواب های حاصل با نتایج به دست آمده از تست عملی با دستگاه تحلیل گر شبکه Agilent8722es مقایسه گردیده اند که برای استفاده در شبکه WLAN/WMAN براساس تکنولوژی Wi-Fi/WiMAX طراحی شده اند.