طراحی و تحلیل آرایه آنتن تک قطبی مسطح پهن باند

سیستم های فوق پهن باند به سبب کاربردهای متفاوتی که دارند، توجه بسیاری را درسال های اخیر به خود جذب نموده اند. این سیستم ها به آنتن هایی با پهنای باند زیاد، نمودار تشعشعی پایدار و همه جهتی نیاز دارند. در میان انواع مختلف آنتن که برای رسیدن به این خواسته ها معرفی شده اند، آنتن های تک قطبی صفحه ای کاربرد فراوانی داشته و بسیار مورد توجه قرار گرفته است. آنتن های تک قطبی صفحه ای پهن باند، به سبب حجم کم و ساخت آسان جایگزین مناسبی برای آنتن های سیمی می باشند. روش های بسیاری برای افزایش پهنای باند این آنتن معرفی شده است که شامل اریب کردن، اتصال نوار کوتاه، تا کردن صفحه، جابه جایی تغذیه و تغذیه چندگانه می باشد. در این روش ها به دلیل آنکه آنتن ها از ساختاری متقارن در فضای سه بعدی برخوردار نیستند، نمودار تشعشعی آنها در صفحه افقی با افزایش فرکانس، ویژگی همه جهتی خود را از دست می دهد. با بررسی توزیع جریان آنتن تک قطبی صفحه ای می توان به یک مدل خط انتقال برای این آنتن دست یافت و با استفاده از روش های افزایش پهنای باند خط انتقال مانند چند بخشی نمودن و باریک شوندگی می توان آنتن را پهن باند نمود. دست یابی به ساختار آنتنی پهن باند در دو روش اریب کردن و تا کردن صفحه با استفاده از این مدل صورت پذیرفته است. در این پایان نامه روش جدیدی برای پهن باند نمودن مدل خط انتقال آنتن ارائه شده است که در آن با اضافه نمودن یک شاخه ی خط انتقال موازی به مدل خط انتقال آنتن تک قطبی ساده، ساختار پهن باند می گردد. بر اساس این مدل، در ساختار آنتنی لبه های عمودی صفحه ی انتشاری آنتن تک قطبی ساده با یک جفت صفحه موازی بار می شوند. در واقع این صفحات نقش شبکه ی تطبیق آنتن را در فرکانس های بالا بر عهده گرفته و با انتخاب طول و عرضی مناسب، فرکانس بالای پهنای باند آنتن را به طور چشم گیری افزایش می دهند. در این پایان نامه ویژگی های دو نوع آنتن با صفحات بار شده ی مستطیلی (r-plpm) و استوانه ای (c-plpm) در دو حوزه فرکانس و زمان مورد بررسی قرار گرفته است. پهنای باند آنتن r-plpm برابر با 9/2 – 7/16 گیگاهرتز و برای آنتن c-plpm 9/2 – 9/17 گیگاهرتز است. هر دو ساختار در سراسر پهنای باند کاری خود دارای نمودار تشعشعی همه جهتی می باشند. منحنی یکنواختی، نمودار تابع انتقال آنتن و تاخیر گروهی و پارامتر ضریب همبستگی برای هر دو آنتن بدست آمده و مقایسه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده آنتن r-plpm به دلیل سادگی در ساختار، یکنواختی بیشتر، بهره ی بالاتر و اعوجاج در سیگنال کمتر، انتخاب بهتری نسبت به آنتن c-plpm می باشد. ابعاد کوچک ساختار آنتن r-plpm و پهنای باند زیاد آن، این آنتن را گزینه ای مناسب برای یک آنتن داخلی گوشی های تلفن همراه قرار می دهد. بیشتر آنتن های داخلی کنونی فقط می توانند چندین بازه ی فرکانسی محدود را که مورد استفاده ی سیستم های موبایل و بی سیم قرار می گیرد پوشش دهند. در مرحله بعد از این پایان نامه، برای گوشی های تلفن همراه آنتنی داخلی طراحی می گردد که اندازه ای مناسب داشته و پهنای باند 66/1 تا 35/7 گیگاهرتزی آن قابلیت پوشش باندهای dcs، pcs، umts، wlan 2.4/5.2/5.8 و wi-max را دارا می باشد. از آن جا که آنتن r-plpm نسبت به آنتن تک قطبی صفحه ای ساده از بهره ی بالاتری برخوردار است، این آنتن می تواند برای کاربردهای ابر سمتگرایی مورد استفاده قرار گیرد. در آخرین مرحله از این پایان نامه یک آرایه ی ابر سمتگرای دو عنصری پهن باند از آنتن r-plpm طراحی شده است. فاصله بین عناصر 20 میلی متری بوده و عناصر با دامنه یکسان و اختلاف فاز ?135 تحریک می گردند. ارزش سمتگرایی این آرایه در پهنای باند 3 تا 8 گیگا هرتز بین db 64/7 تا db 1/10 متغیر بوده و برای فرکانس های 3 تا 7 گیگا هرتز، بیشتر از db 9 است. نمونه ای از تمامی آنتن ها و آرایه ی ابر سمتگرا ساخته شده و در مرکز تحقیقات مخابرات ایران آزمایش گردیده است.