رشد سریع سیستم های بی سیم و همچنین دسترسی به منابع (توان و پهنای باند و ...) که دارای مقدار معین و محدودی می باشند، نیاز ما را به سیستم های مخابراتی بی سیم که دارای نرخ داده ای نزدیک به ظرفیت کانال و دارای بازدهی طیفی مناسبی می باشند، دو چندان کرده است. همچنین سیستم های بی سیم جهت تطبیق با شرایط کانال و فراهم کردن سرویس هایی با نرخ ارسال متفاوت نیاز به نرخ ارسال تطبیقی دارند که می توان بوسیله مدولاسیون و کدینگ تطبیقی این نیاز ها را برآورده کرد. سیستمofdm دارای تداخل بین سمبلی برابر با صفر است که می توان در زیر حامل های آن از کدینگ و مدولاسیون به صورت تطبیقی استفاده کرد، ضمناً برای کاهش میزان نرخ خطای بیت در کانال های فیدینگ باند پهن می توان از کدینگ توربو استفاده کرد. در اینجا یک فرم بسته برای نرخ خطای بیت این نوع کدینگ در سیستم مبتنی بر ofdm پیشنهاد شده که دارای دقت خوبی در حالت تک کاربره و چند کاربره می باشد. در ادامه به منظور بهبود عملکرد لایه فیزیکی از یک سیستمofdm/sdma که دارای مدولاسیون و کدینگ تطبیقی می باشد، استفاده می کنیم. جهت پیدا کردن سطوح سوئیچینگ برای مدولاسیون تطبیقی و همچنین استفاده از کدینگ تطبیقی به اطلاعات کانال نیازمندیم. لذا عملکرد تکنیک sdma و کدینگ توربو به تخمین کانال وابسته خواهد بود. بنابراین به بررسی تخمین کانال پرداخته و روش جدیدی را برای حل مشکلات تخمین کانال که از درونیابی همراه با برونیابی استفاده می کند، بدست آورده ایم. تخمین کانال در حالت سهیم کردن زیرحامل ها دارای اختلاف زیادی با حالت دارای درونیابی و برونیابی می باشد و تاثیر زیادی بر انتخاب سطوح آستانه در مدولاسیون تطبیقی دارد ولی زمانی که شرایط کانال نامساعد باشد و کانال دارای تغییرات شدید باشد، حالت سهیم کردن زیر حامل ها تاثیر زیادی بر عملکرد سیستم و سطوح آستانه در مدولاسیون تطبیقی ندارد.

در این پایان نامه، انواع آنتن های مایکرواستریپ و روشهای تحلیل آن مورد بررسی قرار گرفته است. از میان آنتن های مایکرواستریپ، آنتن های تک قطبی مایکرواستریپ به دلیل داشتن پارامترهای بیشتری برای طراحی و هم چنین برخی مزیت های مهم،در این پایان نامهبررسی شده اند.سپس در ادامه، آنتن های تک قطبی مایکرواستریپ پهن باند توضیح داده شده و در فصل سوم، سه نوع مختلف آنتن تک قطبی مسطح جدید با تغذیه ریزنوار برای کاربردهای فراپهن باند را پیشنهاد داده ایم. اولین آنتن پیشنهادی، یک آنتن تک قطبی ریزنوار حلقه ای با تغذیه دوگانه است. این آنتن از دو سطح تشعشعی حلقوی دایروی شکل و یک خط تغذیه دوگانه با صفحه زمین ناقص شده تشکیل شده است که پهنای باند بیشتر از 135% را برای vswr<2 ارائه می کند. دومین آنتن پیشنهادی، یک آنتن تک قطبی چاپی جدید با ویژگی حذف باند می باشد. این آنتن از سطح تشعشعی مستطیلی شکل تشکیل شده، که پهنای باند بیشتر از 118 % (5/11-3 گیگاهرتز) را برای vswr<2 ارائه می کند. باند حذف شده، باند 5 گیگاهرتز wlanرا پوشش می دهد، که با استفاده از دو عدد شکاف? شکل اصلاح شده در صفحه زمین، به جای تغییر سطح تشعشعی یا شکل های خط تغذیه آنتن فراهم شده است. نهایتا سومین آنتن پیشنهادی، یک آنتن تک قطبی چاپی جدید دیگر و با ویژگی حذف باند می باشد. آنتن مورد بحث از یک سطح تشعشعی شبه دایروی با دو گام تیپر شده و یک صفحه زمین ناقص شده تشکیل شده است که پهنای باند بیشتر از 131 % (7/14-5./3 گیگاهرتز) را برای vswr<2 ارائه می کند. باند حذف شده، باند 5 گیگاهرتز wlanرا پوشش می-دهد، که با استفاده از یک شکاف دایروی شکل در سطح تشعشع کننده و یک عنصر پارازیتی t- شکل در قسمت پشتی زیرلایه استفاده شده است. تمامی نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزار hfssصورت گرفته است. سپس آنتن مورد نظر در مرکز تحقیقات مخابرات ایران تست شده است. پارامترهای آنتن از قبیل vswrو پترن تشعشعی آنتـن هم با نرم افزار hfssو هم از طریق اندازه گیری با دستگاه network analyserدر آزمایشگاه آنتن در پایان آورده شده است که تمامی این نتایج تطابق خوبی با طراحی و تحلیل انجام شده دارند.

آنچه در سیستم‎های مخابرات سیار تا کنون مرسوم بوده، این است که در ایستگاه پایه، از آنتن‎های همه جهته و یا از تکنولوژی قطاع‎بندی سلول، استفاده کنند. این روش کار منجر به هدر رفتن توان می‎شود چرا که توان در جهات دیگری، غیر از جهت مورد نظر فرستاده می‎شود. اما در روشهای جدید، با استفاده از آنتن‎های هوشمند، و الگوریتم‎های خاصی که در قسمت پردازشی آنها به کار گرفته می‎شود، می‎توان جهت ورود سیگنال (doa) را شناسایی کرده سپس آرایه آنتن را طوری تنظیم نمود، که پترن آن در جهت مورد نظر قرار گیرد. الگوریتم های زیادی برای تشخیص زاویه ی ورود سیگنال مطرح شده اند، که هر یک ویژگی ها و امتیازات خاص خود را دارا هستند یکی از مشهورترین روش های تخمین doa، روش music است که مبنای مطالعات در این پایان نامه می باشد. اگر چه این روش دارای قدرت تفکیک بالائی است، اما محدودیتهائی دارد. برای غلبه بر مسائل و محدودیت های الگوریتم فوق، الگوریتم های فرعی زیادی مطرح شده اند، که از جمله ی آنها می توان به الگوریتم mmusic اشاره کرد. این الگوریتم که ابتدا برای آرایه های خطی مطرح شد وسپس برای آرایه های دایروی مناسب تشخیص داده شد ، خاصیتش این بود که در مقادیر سیگنال به نویز کم و نیز در تعداد نمونه های پایین بهتر از الگوریتم music عمل می کرد. در این پایان نامه علاوه بر تحلیل و شبیه سازی دقیق این الگوریتم ثابت شده است که می توان از آن برای تمام ساختارهای غیرخطی با تقارن مرکزی استفاده کرد، طوری که خطای تخمین آن برای تمام این ساختارها از خطای تخمین الگوریتم music کمتر باشد. در این پایان نامه روی ارتباط ساختار هندسی آرایه و دقت تخمین توسط هر دو الگوریتم music و mmusic مطالعاتی صورت گرفته است و درنهایت ساختاری مناسب که خطای تخمین الگوریتم های فوق را کمتر نماید معرفی شده و در مورد نحوه ی چینش آنتن ها روی سطح آرایه ایده هایی مطرح گشته است. در این پروژه رابطه ای برای الگوریتم music استخراج شده که ارتباط میانگین مربعات خطا را با ساختار آرایه، نسبت سیگنال به نویز، تعداد نمونه ها و تعداد المانها نشان می دهد و به واسطه این رابطه ثابت شده است که در یک محیط مشخص هرچه آنتن ها به لبه محیط نزدیک تر باشند، خطا کمترمی شود. همچنین اثبات شده است که اگر تعداد آنتنها ثابت باشد و مساحت را نیز بدون تغییر در نظر بگیریم ، آرایه مستطیلی خطای کمتری از آرایه دایروی دارد و این موضوع در هر دو الگوریتم صادق است. تزویج متقابل بین آنتنهای آرایه در نظر گرفته شد ، و مشخص شد که در این حالت نیز ساختار مستطیلی خطای کمتری نسبت به ساختار دایروی ایجاد می کند.

به کارگیری آنتن های جهتی می تواند مزایایی همچون کاهش تداخل، افزایش رنج تحت پوشش و استفاده مجدد از فضا را به همراه داشته باشد. با این حال، استفاده از آن ها در عملکرد زیر لایه mac شبکه های بی سیم، مشکلاتی همچون مشکل نقطه مخفی، مشکل نقطه منع شده، مشکل ناشنوایی و مشکل بی عدالتی در توزیع امکانات شبکه ایجاد می کند. در پایان نامه حاضر ابتدا این مشکلات بررسی شده و راه حل کاهش یا رفع آن ها به دست آمده است و سپس بر اساس این راه حل ها روش atb-dmac ارایه شده است که در آن برای رفع مشکلات فوق، از یک مجموعه تون کمکی استفاده شده است. در ادامه با استفاده از دو زنجیره مارکوف سه حالته و چهارحالته وضعیت نقاط شبکه در این روش مدل شده است. پس از آن عملکرد این روش بر اساس مدل های فوق مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی عملکرد روش ارایه شده، آن را با روش rts/cts based dmac مقایسه کرده ایم. نتایج به دست آمده نشان می دهند که روش ارایه شده نه تنها در شبکه های با تعداد نقاط بالا و یا احتمال ارسال بالا عملکرد بهتری دارد، بلکه این روش در شبکه های با تعداد نقاط پایین و یا احتمال ارسال پایین نیز می تواند مفید باشد. همچنین نتایج به دست آمده نشان می دهند که زنجیره مارکوف چهارحالته این روش را بهتر مدل می کند. در نهایت پیشنهادهایی برای ادامه کار روی این روش ارایه شده است.

امروزه با توجه به تقاضای روز افزون برای برقراری ارتباطات بیسیم و نیاز به انتقالِ حجم بالای اطلاعات با سرعت و کیفیت مناسب، محدود بودن پهنای باند فرکانسی مشکلی بزرگ محسوب می شود. برای حل این مشکل تکنولوژی آرایه تطبیقی با قابلیت فیلترینگ فضایی برای افزایش ظرفیت در نسل آینده سیستم های ارتباط سیار بدون نیاز به پهنای باند بیشتر مطرح شده است. این سیستم ها با استفاده از پردازشگرهای دقیق سیگنال قادرند پترن آرایه را به دقت شکلدهی کرده و باعث کاهش سطح سیگنال های تداخلی و درنتیجه افزایش ظرفیت ارتباط بیسیم در یک پهنای باند مشخص شوند. با توجه به استفاده از آنتن های آرایه ای در این سیستم و لزوم دقت بالا در پرتوسازی برای دستیابی به ظرفیت مناسب، مسئله کوپلینگ متقابل بین المان های آرایه و تاثیر آن بر عملکرد آرایه تطبیقی مسئله ای مهم و قابل بررسی است. در بخش اول این پایان نامه ابتدا به معرفی سیستم های آنتن هوشمند می پردازیم. سپس روش های بدست آوردن کوپلینگ متقابل در یک آنتن آرایه ای توضیح داده می شوند. بعد از مدل کردن دقیق کوپلینگ، با استفاده از روش های جبرانسازی، اثر کوپلینگ در آرایه تطبیقی را به حدقل می رسانیم. در بخش بعد به بررسی اثر کوپلینگ در ساختارهای مختلف آرایه حلقوی پرداخته شده، و میزان اثرکوپلینگ متقابل موجود بین المان ها در هر کدام از آرایه ها تعیین می شود. در ادامه تاثیر خطاهای فیزیکی محتمل در ساخت آنتن آرایه ای بر عملکرد کلی سیستم آرایه تطبیقی بررسی می شود. ملاک سنجش در این بررسی ها نسبت سیگنال به تداخل است. در انتها نیز با توجه به نتایج بدست آمده ساختار آرایه قابل اطمینان از نظر میزان کوپلینگ و حساسیت کمتر نسبت به خطاهای فیزیکی برای کاربرد در آرایه های تطبیقی ارائه شده است.

محدوده فرکانسی برای سیستم های فراپهن باند، بین 1/3 تا 6/10 گیگاهرتز، باعث ایجاد تداخل با سیستم های بی سیم موجود، از قبیل سیستم های dedicated short range communication (dsrc) و wlan می شود. dsrc، یک فن آوری ارتباط بی سیم با برد کوتاه است که ایجاد ارتباط بین وسایل نقلیه و همچنین وسیله نقلیه و تجهیزات ارتباطی کنار جاده ها را میسر می سازد. باند فرکانسی 850/5 تا 925/5 گیگاهرتز به این سیستم ها اختصاص دارد. بنابراین آنتن فراپهن باند با عملکرد حذف باند مورد نیاز می باشد. در این پایان نامه، آنتن های تک قطبی مسطح با تغذیه ی ریزنوار برای کاربرد های uwb بررسی شده اند، و پس از مطالعه روش های موجود برای افزایش پهنای باند و ایجاد توقف باند، یک ساختار ساده و کوچک از این نوع آنتن با مشخصه حذف باند پیشنهاد شده است. آنتن پیشنهادی شامل یک صفحه زمین ناقص شده و یک سطح تشعشعی با پله کمانی شکل می باشد که دو مربع از پایین آن حذف شده است. خاصیت حذف باند که باند فرکانسی سیستم های dsrc و wlan را در بر می گیرد با استفاده از ساختار زمین ناقص به دست آمده است. پترن تشعشعی همه جهته در صفحه h و مشخصات امپدانسی مناسب از ویژگی های مهم این آنتن می باشد که با طراحی لبه های پایین سطح تشعشعی به صورت پله کمانی شکل به دست آمده است. آنتن طراحی شده دارای اندازه کوچک 15×18میلیمتر مربع بوده و روی باند فرکانسی 1/3 تا 14 گیگاهرتز برای vswr کوچکتر از 2 کار می کند درحالی که باند فرکانسی 13/5 تا 1/6 گیگاهرتز فیلتر می شود.

در سال های اخیر، سیستم های ارتباطی خودرو به خودرو (vtv) مورد توجه ی زیادی قرار گرفته اند چرا که تعداد خودروها و بنابراین مشکلات ترافیکی و امنیتی افزایش یافته است. در این پروژه، ضمن معرفی سیستم های برد کوتاه اختصاصی (dsrc)، با استاندارد ieee 802.11p، حاکم بر شبکه های dsrc، آشنا شده و به مدلسازی معین انتشار در محیط های خارج ساختمان می پردازیم. مدل های کانال خودرو به خودرو ارائه شده در مقالات شامل مدل های تصادفی، تصادفی برمبنای هندسه و معین می باشند. در روش های تصادفی کانال بصورت مجموعه ای از اشعه های متفاوت مدل می شود که توزیع متغیرهای تصادفی نظیر زاویه ورود، خروج و زمان ورود بر اساس داده های اندازه گیری تعیین می شود یا از بعضی توزیع های متداول بصورت پیش فرض استفاده می شود. برای توصیف شرایط non-wssus که اغلب در محیط های خودرویی وجود دارد، از مدل های تصادفی بر مبنای هندسه استفاده می شود. پاسخ ضربه این مدل ها از المان los، المان های گسسته ناشی از تعامل با اشیاء متحرک و ساکن، و پراکندگی از اشیاء پخش شده تشکیل شده است. در مدل های معین، معادلات ماکسول تحت شرایط مرزی در یک محیط مشخص حل می شوند. یکی از کاربردی ترین روش های معین مدلسازی کانال که تطابق خوبی با اندازه گیری های انجام شده در محیط های مختلف داشته است، روش ردگیری اشعه سه بعدی می باشد که مبتنی بر نورهندسی و ترکیب آن با تئوری هندسی پراش می باشد. برای مدلسازی انتشار در محیط های بزرگ از نظر الکتریکی، مثل سناریوهای ترافیکی، روش مناسب انتخابی، روش ردگیری اشعه (rt) انتخاب شده است. برای بدست آوردن نتایج مناسب، پدیده های مختلف انتشار مانند انعکاس، پراش، پراکندگی، مکانیزم های مختلف تلف و دیگر اثرات باید به خوبی مدل شود. برای این منظور مدل های تجربی مطالعه و بررسی شده اند. از آنجا که فعالیت های محدودی برای بدست آوردن مشخصات انتشار در ارتباطات خودرو به خودرو صورت گرفته است، در این پروژه، یک نرم افزار برمبنای روش ردگیری اشعه دو و نیم بعدی برای مدلسازی انتشار در محیط خودرویی ارائه شده است. این نرم افزار قابلیت استخراج پارامترهای کانال را برای محیط ها یا فرکانس های جدید دارد. همچنین روش ردگیری پرتو دو و نیم بعدی برای مدلسازی تلف مسیر در شهر اوتاوا بکار رفته است و نتایج مناسب حاصل شده است. ضمناً تأثیر پدیده های انتشاری پراش و پراکندگی از سطوح ناصاف روی تلف مسیر، طیف داپلر-تأخیر و rms گسترش تأخیر بررسی شده است.

هدف اولیه ی این پایان نامه بیان این موضوع است که تحلیل مدی ساختارهای الکترومغناطیسی چگونه می تواند روند طراحی را جهت مند نماید. تئوری مدهای مشخصه یکی از روش های تحلیل مدی می باشد و ما در این پایان نامه از آن استفاده نمودیم. نشان داده خواهد شد که استفاده از این تئوری چه دید وسیعی را می تواند در پیش روی طراح قرار دهد. تئوری مدهای مشخصه برای اولین بار توسط آقای گارباکز در سال 1968 مطرح شد و اندکی پس از آن توسط آقایان هرینگتون و مائوتز در سال 1971 مورد بررسی دوباره قرار گرفت. در گذشته از این تئوری برای محاسبه ی بهترین نقطه ی قرار گیری بخش تشعشعی یک ساختار برروی خودش، کنترل پراکندگی میدان از اجسام به کمک بارگذاری غیرفعال، و یا سنتز شکل آنتن استفاده شده است. این امر در شرایطی می باشد که پس از آنکه خانم کابدو و آقای والرو در سال 2007 این تئوری را دوباره مورد بررسی قرار دادند، توجه زیادی به سمت آن معطوف شد. به طور کلی مدهای مشخصه مدهای حقیقی جریان برروی ساختار می باشند که از حل معادله ی مقدار ویژه ی توصیف-گر تشعشع ساختار حاصل می آید. این جریان های مشخصه هر یک منجر به شکل خاصی از پترن تشعشعی می شوند که در فضا بریکدیگر متعامد می باشند. در راستای واضح تر شدن بحث، به موازات معرفی این تئوری، یک آنتن دوقطبی سیمی مورد تحلیل مدی قرار گرفته است. در رابطه با نتایج به دست آمده بحث هایی انجام شده و پس از آن تحلیل را به ساختارهای دوبعدی تعمیم داده ایم. این بخش در واقع پایه ی اصلی این پایان نامه می باشد که با اتمام آن در فصل سوم دید کاملی از تئوری یاد شده برای خواننده مهیا می گردد. و به نوعی علت استفاده از این تئوری در طراحی آنتنی مناسب برای سیستم های چند ورودی- چند خروجی مشخص می گردد. همچنین در این فصل روشی برای معادل سازی دو ساختار تشعشعی از دید فرکانس به کمک تئوری مدهای مشخصه پیشنهاد شده است. کانال های چند ورودی- چند خروجی بحث بعدی ما می باشد و در کنار بحث در رابطه با مشخصات کلی آن، چگونگی افزایش ظرفیت به کمک این نوع کانال ها را نیز محاسبه نموده ایم. پیشنهاد ساختاری تشعشعی، مناسب برای استفاده در این نوع کانال ها به کمک تئوری مدهای مشخصه هدف اصلی ما می باشد که در فصل چهارم با جزئیات کامل توضیح داده شده است. ایده ی اصلی استفاده از تئوری مدهای مشخصه در این نوع سیستم ها از همان بحث تعامد در پترن مطرح شده می باشد. ساختار پیشنهادی تشکیل شده است از یک ورقه ی مثلثی و دو خط انتقال مایکرواستریپ به عنوان تحریک که برروی زیرلایه ای به ارتفاع mm787/0 از جنس rogers rt/duroid5870 چاپ شده است. هر کدام از دو خط یاد شده منجر به تحریک یکی از مدهای جریان (و به تبع آن میدان) ساختار می گردد که بر دیگری عمود می باشد و نتیجه ی آن ایجاد چندگانگی در پترن می باشد. ضریب همبستگی سیگنال های دریافتی دو پورت در فرکانس کاری ghz4/4 کمتر از 02/0 می باشد که منجر شده است آنتن مناسب برای سیستم های mimo باشد. آنتن مذکور ساخته شده و در اتاق تست، پارامترهای آن اندازه گیری شده است. نتایج اندازه گیری آنتن با شبیه سازی هم خوانی قابل قبولی دارد. نشان داده شده است که تئوری مدهای مشخصه به چه نحوی توانسته است طراحی آنتن یاد شده را هدفمند نماید. در نهایت یک ساختار تک قطبی ذوزنقه ای شکل نیز توسط تحلیل مدی بررسی شده است و با تحریک دو مد مختلف جریان برروی ساختار توسط چهار خط انتقال، دو پترن تشعشعی متعامد مربوطه ایجاد شده است. ساختاری برای تغذیه ی آن پیشنهاد شده است که بتوان به کمک آنتن یاد شده ساختاری با پیکربندی مجدد ایجاد نمود.

پدیده مالتی پکتور ، رزونانس الکترون در میان صفحات موجبر است که در توان های بالا و فشار گاز پایین رخ می دهد. این پدیده هنگامی اتفاق می افتد که الکترون های ثانویه در فشار گاز پایین، متناسب با میدان الکتریکی اعمالی از سطح المان مایکروویوی خارج شده و تحت میدان اعمالی تشدید می کند و می تواند باعث افزایش نویز، بازتاب سیگنال ورودی و تخریب ادوات مایکروویو شود. از این رو این پدیده در ادوات مایکروویو نظیر فیلتر ها و سوئیچ های موجبری، دپلکسر ها و ... که در توان بالا و بعد از طبقات تقویت کننده توان قرار دارند اهمیت زیادی داشته و باید اطمینان کامل از عدم رخداد این پدیده حاصل گردد. شبیه سازی پدیده مالتی پکتور در سال های اخیر با استفاده از روش های مونته کارلو و pic بسیار مورد توجه قرار گرفته است و این کار برروی انواع موجبرها بررسی شده است اما تاکنون این پدیده در فیلترهای دی الکتریک رزوناتوری موجبری مورد بررسی قرار نگرفته است. فیلترهای موجبری مود دوتایی که به متداول در شبکه های ورودی/خروجی ماهواره های مخابراتی استفاده می شوند، معمولاً بشکل استوانه ای می باشدو بلوک اصلی فیلتر کانال باند ku، رزوناتور دی الکتریک استوانه ای است. در این تحقیق شبیه سازی مالتی پکتور با استفاده از روش مونته کارلوکه یک روش آماری است، در فیلتر دی الکتریک رزوناتور استوانه ای انجام می شود و آستانه شروع مالتی پکتور به ازای دامنه میدان الکتریکی اعمالی محاسبه می شود. بنا به وابستگی این پدیده به فرکانس و ابعاد آستانه شروع در فرکانس های مختلف مایکروویو و ابعاد مختلف محاسبه شده و همچنین نتایج بدست آمده از آستانه مالتی پکتور با نتایج آستانه موجبر دو صفحه موازی مقایسه می شود. کلید واژه: شکست مالتی پکتور, رزوناتور دی الکتریک, مونته کارلو, فیلتر موجبری

استفاده از سیستم های mimo به عنوان یک شیوه ی ارزشمند برای افزایش توان عملیاتی و ظرفیت سیستم-های بی سیم در محیط های با پراکندگی زیاد، امری شناخته شده است. کم بودن میزان همبستگی بین پورت های آنتن و همچنین کم بودن میزان کوپلینگ بین پورت ها از مهم ترین ویژگی های آنتن هایی است که در سیستم-های mimo استفاده می شوند. با توجه به خواص مد های مشخصه یعنی تعامد میدان دور آن ها، اگر بتوان مجموعه ای از آنتن ها را طراحی کرد که در آن هر آنتن مد مشخصه ی منحصر به فردی در میان مدهای مشخصه ی ممکن برای ساختار را تحریک کند، تعامد میدان دور برقرار خواهد شد و بنابراین با ایجاد چندگانگی در پترن ضریب همبستگی بین هر دو زوج آنتن صفر خواهد شد. علاوه بر این اگر این مدها ی تحریک شده پلاریزاسیون های متفاوتی داشته باشند، چندگانگی در پلاریزاسیون نیز ایجاد می شود. از آنجا که ممکن است با تحریک هر پورت علاوه بر یک مد، مدهای دیگر نیز هرچند به میزان کم تشعشع داشته باشند، بدین ترتیب از طریق ایجاد چندگانگی در پلاریزاسیون نیز همبستگی بین آنتن ها کاهش خواهد یافت. در این پروژه با ایجاد چند گانگی در پترن و پلاریزاسیون به کمک آنالیز مدی، میزان همبستگی بین پورت ها را کاهش داده ایم و به این ترتیب ساختاری مناسب برای کاربرد های mimo طراحی کرده ایم. در ابتدا طراحی یک ساختار تشعشعی با استفاده از دو پچ مربعی که به روش اسلات کوپل و با استفاده از اسلات ضربدری شکل تغذیه شده است را به همراه نتایج شبیه سازی و ساخت، ارائه خواهیم داد. سپس با طراحی ساختار تشعشعی فوق با استفاده از دو پچ دایره ای نشان خواهیم داد که می توان این شیوه ی طراحی را در ساختارهای دیگر نیز مورد استفاده قرار داد. در آخر طراحی یک ساختار تشعشعی با استفاده از یک پچ مربعی و دو پورت را که منجر به کوچک شدن ساختار می شود، ارائه خواهیم داد.

ارتباط میان خودرو ها با دنیای خارج و ارتباط میان خودروها در هنگام حرکت، رویای قدیمی بشر بوده است و تاریخچه ی نخستین تلاش ها برای تحقق این رویا به بیش از چهل سال برمی گردد. در آن زمان با نصب یک آنتن روی خودروهای خاصی مانند خودرو های پلیس یا اورژانس و تنظیم کردن آنتن ها روی یک فرکانس خاص در یک محدوده جغرافیایی، سعی می کردند یک ارتباط رادیویی و شبه تلفنی را ایجاد کنند. تله ماتیک یکی از این فناوری های پیشنهاد شده در شبکه حمل و نقل خودرویی است که می تواند کمک شایانی به صنعت حمل ونقل، صنعت بیمه خودرو، مدیریت جاده ای و بهبود بهره وری نهادهای مربوطه داشته باشد. در این پایان نامه با بررسی و مطالعه ی آنتن های مایکرواستریپ و آنتن های چاپی، ساختاری برای کاربردهای چند بانده ی تله ماتیک خودرو ارائه می شود که در این ساختار برای داشتن پلاریزاسیون دایروی از اسلات هلالی و صلیبی شکل استفاده شده است. برای تغذیه این آنتن از خطوط مایکرواستریپ استفاده شده است که برای کاهش هزینه آنتن مورد نیاز از یک زیرلایه ی fr4 مربعی شکل با گذردهی نسبی 4/4 و با ضخامت زیر لایه ی 8/0 استفاده شده است. برای داشتن قطبش دایروی و ایجاد باند های لازم با پلاریزاسیون دایروی، از ترکیب اسلات های هلالی و صلیبی روی قسمت زمین آنتن استفاده شده است. با افزودن اسلات های مستطیلی و f-شکل در گوشه ی آنتن، توانستیم باندهای فرکانسی مورد نیاز برای این نوع کاربرد خاص را بدست آوریم. تغییر فرکانس تشدید مورد نیاز از طریق تغییر طول اسلات های ایجاد شده در گوشه و مرکز پچ حاصل می شود و نیز با جابجایی زاویه شعاع اسلات هلالی شکل بین محورهای x وy ، می توان قطبش بین دایروی و خطی را تغییر داد. این آنتن در شش باند فرکانسی؛ 900/1800 mhz برای کار در باندهای gsm/dcs با پلاریزاسیون خطی،1.575/1.625 ghz برای کار در باندهای gps/iridium با پلاریزاسیون دایروی و باندهای 3.55 ghz ,3.25ghz, 2.6 ghz برای کار در باندهای wimax/bluetooth /wlan عمل می کند که به ترتیب با پهنای باندهای 37 %، 19% در gsmوgps و در باند های wlan/bluetooth /wimax به ترتیب با پهنای باند بیش از 20 mhz , 40 mhzتشدید می کنند. پهنای باند این آنتن در بعضی از باندها به طور قابل توجهی بهبود یافته است و نیز از همه مهمتر برای اولین بار طراحی این آنتن با تک فید sma طراحی، ساخته و تست شده است. در طراحی این آنتن سعی شده است علاوه بر ایجاد باندها و پلاریزاسیون های مختلف برای این نوع کاربرد خاص، آنتن مورد نیاز با حجم کم و هزینه پایین در نظر گرفته شود تا بتوان این آنتن را در صنعت خودروسازی داخل مورد استفاده قرار داد.

در این پایان نامه در فصل دوم به صورت کامل به توصیف روش های تحلیل آنتن میکرواستریپ اعم از مدل خط انتقال ، مدل حفره و تکنیک قطعه قطعه سازی خواهیم پرداخت و سعی کردیم که به تحلیل پچ مستطیلی با این روش ها بپردازیم. در ادامه به فعال کردن مود های مختلف در این ساختار ها به تفکیک نوع مود آنها خواهیم پرداخت و در آخر به بررسی تاثیر هر یک از این مود ها فعال شده در پارامتر های آنتن پچ مستطیلی خواهیم پرداخت. در فصل سوم با کمک مدل های طراحی ارائه شده در فصل دوم ، به طراحی یک پچ مستطیلی ساده می پردازیم و با شبیه سازی به وسیله نرم افزار hfss در ادامه نشان دادیم که با آرایه سری از پچ مستطیلی با اندازه های مختلف و در نظر گرفتن مود های فعال در هر یک از پچ ها به صورت مستقل و نزدیک کردن این فرکانس های تشدید(با تغیییر اندازه های پچ) در یک بازه فرکانسی مناسب به هم می توانیم به پهنای باند قابل قبولی دست پیدا کنیم. که نشان دادیم با چهار عنصر تشعشعی پچ مستطیلی که به صورت آرایه سری قرار گرفتند توانستیم به پهنای باند امپدانسی در حدود 32% در فرکانس مرکزی 8 گیگا هرتز دست پیدا کنیم. در فصل چهارم به علت اینکه شباهت زیاد بین آنتن های میکرواستریپ به موجبر های پر شده از دی الکتریک است و همچنین با توجه به آنکه آرایه سری از پچ های مستطیلی که در فصل سوم به آن اشاره شد را می توان به صورت یک موجبر دارای ناپیوستگی فرض نماییم و برای اینکه بتوانیم مود های فعال که دارای دامنه مناسبی بودند را در ساختار آرایه ای پچ مستطیلی بیابیم با استفاده از مدل حفره و روش مودال و همچنین روش قطعه قطعه سازی به ارائه روشی پیشنهادی برای تحلیل این نوع آنتن های آرایه سری با عناصر متقارن می پردازیم. که توانستیم میدان های زیر پچ را که متشکل از مود های مختلف بودند با استفاده از این روش محاسبه نماییم و نشان دادیم که در این آنتن سری به علت نوع قرار گرفتن پچ ها و همچنین اندازه متفاوت هر یک از عناصر تشعشعی بعضی از مود ها دارای دامنه بزگتری نسبت به بقیه مودها هستند و در ادامه نشان دادیم که این مود های که دارای دامنه بزرگتری هستند از نظر فرکانسی نیز در محدوده پهنای باند ما قرار می گیرند که نشان می دهد که در این آرایه سری به همین علت است که به پهنای باند مورد نظر دست پیدا نمودیم. یعنی با استفاده از این روش می توانیم وقوع مود های مختلف را در یک ساختار پیچیده که دارای ناپیوستگی های زیادی است پیش بینی نماییم. نتایج میدان های بدست آمده در زیر پچ را با نتایج بدست آمده در فصل سوم (که نرم افزار hfss است) تقریبا مشابه بودند.

فهرست مطالب فصل اول- مقدمه 10 1-1) پیش گفتار 17 1-2) پیشینه تحقیق (تاریخچه) 17 1-3) مراحل انجام پایان نامه 19 فصل2- مفاهیم بنیادی آرایه های آنتن 21 2-1) مقدمه 22 2-2)آرایه های آنتن و انواع آن 23 2-3)آنتن های آرایه ای صفحه ای 27 2-4) ضریب آرایه و پردازش فضایی آنتن های آرایه ای 28 2-5) ضریب آرایه و انواع آن 33 2-5-1) ضریب آرایه خطی 35 2-5-2) ضریب آرایه دایروی 39 2-5-3) ضریب آرایه صفحه ای 42 فصل3- روش های وزن دهی (استخراج ضرائب وزن) در آرایه های آنتن 46 3-1) مقدمه 47 3-2) روش فاز-تیپرینگ 47 3-3) روش پلی نومیال-شلخانف 49 3-4) روش دلف-چبی شف 51 فصل4- بهینه کردن وزن ها و موقعیت عناصر آرایه صفحه ای جهت حداقل نمودن لوب جانبی 56 4-1) مقدمه 57 4-2) وزن دهی آرایه های خطی جهت حداقل لوب جانبی 57 4-2-1) روش بهینه سازی linear programing 57 4-2-2) روش بهینه سازی convex optimization 60 4-2-3) وزن دهی آرایه خطی متقارن جهت حداقل لوب جانبی: 63 4-3) آرایه های متقارن دو بعدی 67 4-4) وزن دهی آرایه های دوبعدی(بابیم هدایت شده به پهلو) جهت حداقل نمودن لوب جانبی 68 4-5) وزن دهی پهن باند در آرایه های صفحه ای با بیم هدایت شده به پهلو 72 4-6) وزن دهی آرایه های دوبعدی اسکن شده به زاویه دلخواه جهت حداقل نمودن لوب جانبی 77 4-7) وزن دهی پهن باند در آرایه های صفحه ای اسکن شده به زاویه دلخواه 96 4-8) شبیه سازی و مقایسه 110 4-8-1) استخراج وزنهای بهینه برای آرایه های دوبعدی اسکن شده به زاویه (?d ,??d) 110 4-8-2) استخراج وزنهای بهینه برای آرایه های دوبعدی پهن باند اسکن شده به زاویه (?d ,??d) 126 4-9) خلاصه مطالب و نتیجه گیری 139 فصل5- بهینه نمودن موقعیت عناصر آرایه ها با استفاده از الگوریتم های تکاملی و هوش جمعی 141 5-1) مقدمه 141 5-2) الگوریتم ازدحام ذرات pso 142 5-3) الگوریتم ژنتیک genetic algoritm 151 5-4) ترکیب الگوریتم ژنتیک و ازدحام ذرات 152 5-5) شبیه سازی و مقایسه 153 5-6) خلاصه مطالب و نتیجه گیری 160 فصل6- جمع بندی و پیشنهادات 161 6-1) جمع بندی 162 6-2) پیشنهاد 162 مراجع 163

اهمیت استفاده از آنتن های آرایه ای برکسی پوشیده نیست. لذا هر روزه روش های نوین جهت سنتز آنتن های آرایه ای ارائه می گردد تا بتواند پارامترهای این نوع از آنتن ها را بهبود ببخشد. بسیاری از روش های تحلیلی سعی بر طراحی وزن های عناصر آرایه دارند تا بهترین پاسخ را دریافت نمایند و همچنین برخی از روش های بهینه سازی این وزن ها را به بهترین شکل ممکن ارائه می کنند بنابراین در این پایان نامه با انتخاب نوع خاصی از آرایه های آنتنی بر آن شدیم تا روش سنتز این نوع از آرایه ها را ارتقاء دهیم. در اکثر شبکه های مورد استفاده در آنتن های آرایه ای نوع چینش عناصر در آرایه به صورت مستطیلی و یا به صورت مثلثی می باشند و روش های سنتز در مواجهه با چنین توپولوژی از مزیت متناوب بودن مکان عناصر بهره می برند. بسیاری از روش های تحلیلی با انجام محاسبات کمی قادر به سنتز آرایه هایی با تعداد عناصر کم هستند. اما آرایه های دایره ای متحدالمرکز نوع خاصی از آنتن های آرایه ای هستند که در رادارهای تعقیب کننده و یا سیستم های آکوستیک مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع از آرایه ها در صفحه دارای تناوب خطی نیستند و در واقع عناصر روی دایره های متحدالمرکز قرار گرفته اند. لذا بسیاری از روش های سنتز که مبتنی بر تناوب خطی عناصر بوده اند در انجام محاسبات سنتز این نوع آرایه ناتوان و یا در مواجهه با دشواری محاسبات حاصل هستند. همچنین تعداد عناصر در این نوع آرایه ممکن است بسیار زیاد باشد و حتی به چندین هزار عنصر در آرایه برسد که انجام محاسبات طراحی را بسیار دشوار و وقت گیر خواهد نمود. لذا در این پایان نامه سعی شده است تا با استفاده از روش نمونه برداری غیریکنواخت و استفاده از تکنیک تغذیه قسمت بندی شده تا حد بسیار چشمگیری نواقص و پیچیدگی های مذکور را کاهش دهد. با تغذیه قسمت بندی شده در واقع هر آرایه را به صورت زیرآرایه های کوچکتری تقسیم می کندکه باعث می شود تا کنترل بیشتری روی ضریب آرایه بوجود بیاید. همچنین استفاده از این روش تغذیه باعث سنتز پترن های نامتقارن با استفاده از این نوع آرایه ها می شود. در این پایان نامه نتایج شبیه سازی نشان می دهد که استفاده از روش تغذیه قسمت-بندی شده پارامترهای مورد نظر را در حد مطلوب حفظ می نماید و کنترل را روی سطح گلبرگ کناری افزایش می دهد. نحوه انجام محاسبات به شکلی است که با استفاده از این تکنیک قادر به سنتز آرایه هایی با تعداد عناصر در حد چند هزار خواهیم بود چرا که زمان های محاسبه شده بسیار کمتر از روش های مشابه هستند. در انتها در چند پارامتر تکنیک ارائه شده مورد مقایسه قرار گرفته است.

در این پایان نامه به بررسی شبکه هایdscr پرداخته شد. انواع مدلسازی ها بررسی شد و با توجه مزیتهای ذکر شده برای روش gscm در فصل اول، این روش را برای مدلسازی کانال خودرو به خودرو انتخاب شد. روش gscm را به طور کامل برای حالت los شرح داده شد ودر انتهای فصل دوم دو روش دیگر برای بدست آوردن aoa ارائه شده است و دو روش با هم مقایسه شد. در فصل آخر یک نمونه سیستم خودرو به خودرو با فرض وجود los درهمه نوع پراکنده کننده ها، در بزرگراهی شرح داده شده است. پاسخ ضرب? کانال خودرو به خودرو در منطقه ای در شهر لوند سوئد شبیه سازی شده است و با استفاده از پاسخ ضربه کانال نمودار تلف مسیر کانال بدست آمده است و با نتایج بدست آمده از اندازه گیری های تجربی در همین منطقه در[22] مقایسه شده است و تطابق نسبتاً خوبی بین نمودارها مشاهده شده است که نشان دهنده صحت نتایج شبیه سازی است. بررسی نتایج بدست آمده نشان می دهد که تلفات مسیر در محیط بزرگراه به فاصله فرستنده از گیرنده و تعداد و چیدمان پراکنده کننده های اطراف خودروها بستگی دارد. یعنی در هنگامی که دو خودرو گیرنده و فرستنده در فاصل? کمی از یکدیگر می باشند تعداد خودروهای ساکن و متحرک و همچنین پراکنده کننده های ساکن گسسته که شامل علامت ها و تابلوهای کنار جاده ای میباشند روی تلف مسیر اثر مستقیم می گذارد و باعث افزایش این پارامتر میشود. ولی در فاصله های بیشتر از 20 متر اثر این پراکنده کننده ها کم میشود و تنها خودروهای متحرک که در سمت یا خلاف جهت فرستنده و گیرنده حرکت می نمایند روی تلفات مسیر اثر می گذارند و دیگر پراکنده کننده ها اثری کمرنگ دارند. در حرکت دو خودرو در جهت یکدیگر یا مخالف یکدیگر نیز در فاصله های کم تلف مسیر اختلاف دارد که این اختلاف بهdbm 10 نیز رسیده است ولی در همچنان هنگامی که فاصله زیاد میشود این اختلاف کم میشود. پیشنهاد میشود برای تخمین بهتر کانال پارامترهای دیگر کانال نیز در این سناریو بررسی شود و جهت دستیابی به نرم افزاری جامع پیشنهاد میشود، محیط های خودرویی دیگر مثل مناطق شهری، حومه شهری و روستایی مورد اندازه گیری قرار گیرند و با استفاده از نرم افزار مدلسازی شوند و تاثیر پراکنده کنده های متحرک و ساکن و موارد دیگر روی پارامترهای انتشار در سیستم های dsrc بررسی شود.

تا کنون در زمینه آنتن های پهن باند، با زاویه پویش وسیع به طور مستقل کارهای زیادی انجام شده است، اما عنصر آنتنی که هر دو ویژگی را به طور همزمان داشته باشد کمتر مورد بررسی قرار گرفته است که علت عمده آن حجم بسیار بزرگ ساختار است. بنابراین داشتن آنتنی کم حجم، پهن باند و با زاویه پویش وسیع بسیار مورد توجه است. امواج سطحی مهمترین دلیل محدود کردن زاویه پویش است که آنتن اتصال کوتاه شده با پست این مشکل را تا حد زیادی حل کرده است، اما تا کنون در مورد پهنای¬باند این نوع آنتن بحث نشده و پهنای باندهای در حد یکی دو درصد ارائه شده است. در این پایان نامه برای آنتن میکرواستریپ تغذیه شده با پروب، حالت های مختلف قرارگیری تک پست و دو پست اتصال کوتاه به عنوان سلول واحد آنتن آرایه فازی مورد بررسی قرار گرفته است. برای تنظیم این سلول های واحد، یک روش داده کاوی جهت رسیدن به زاویه پویش وسیع و پهنای باند بالا معرفی شده است. این روش بر اساس ایجاد یک پایگاه داده از نتایج شبیه سازی مکان های قرارگیری تک پست و دو پست و سپس خوشه بندی آن ها بنا گردیده است. مزیت این روش در رسیدن به تمام حالت های ممکن، بدون شبیه سازی همه ی حالت ها است. در ضمن این روش محدود به ساختار خاصی از آنتن ها نبوده و قابل تعمیم به آنتن های دیگر و ترکیب با روش های دیگر نیز می باشد.

در این پایان نامه، انواع آنتن های مایکرواستریپ و روشهای تحلیل آن مورد بررسی قرار گرفته است. از میان آنتن های مایکرواستریپ، آنتن های تک قطبی مایکرواستریپ به دلیل داشتن پارامترهای بیشتری برای طراحی و هم چنین برخی مزیت های مهم،در این پایان نامهبررسی شده اند.سپس در ادامه، آنتن های تک قطبی مایکرواستریپ پهن باند توضیح داده شده و در فصل سوم، سه نوع مختلف آنتن تک قطبی مسطح جدید با تغذیه ریزنوار برای کاربردهای فراپهن باند را پیشنهاد داده ایم. اولین آنتن پیشنهادی، یک آنتن تک قطبی ریزنوار حلقه ای با تغذیه دوگانه است. این آنتن از دو سطح تشعشعی حلقوی دایروی شکل و یک خط تغذیه دوگانه با صفحه زمین ناقص شده تشکیل شده است که پهنای باند بیشتر از 135% را برای vswr<2 ارائه می کند. دومین آنتن پیشنهادی، یک آنتن تک قطبی چاپی جدید با ویژگی حذف باند می باشد. این آنتن از سطح تشعشعی مستطیلی شکل تشکیل شده، که پهنای باند بیشتر از 118 % (5/11-3 گیگاهرتز) را برای vswr<2 ارائه می کند. باند حذف شده، باند 5 گیگاهرتز wlanرا پوشش می دهد، که با استفاده از دو عدد شکاف? شکل اصلاح شده در صفحه زمین، به جای تغییر سطح تشعشعی یا شکل های خط تغذیه آنتن فراهم شده است. نهایتا سومین آنتن پیشنهادی، یک آنتن تک قطبی چاپی جدید دیگر و با ویژگی حذف باند می باشد. آنتن مورد بحث از یک سطح تشعشعی شبه دایروی با دو گام تیپر شده و یک صفحه زمین ناقص شده تشکیل شده است که پهنای باند بیشتر از 131 % (7/14-5./3 گیگاهرتز) را برای vswr<2 ارائه می کند. باند حذف شده، باند 5 گیگاهرتز wlanرا پوشش می-دهد، که با استفاده از یک شکاف دایروی شکل در سطح تشعشع کننده و یک عنصر پارازیتی t- شکل در قسمت پشتی زیرلایه استفاده شده است. تمامی نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزار hfssصورت گرفته است. سپس آنتن مورد نظر در مرکز تحقیقات مخابرات ایران تست شده است. پارامترهای آنتن از قبیل vswrو پترن تشعشعی آنتـن هم با نرم افزار hfssو هم از طریق اندازه گیری با دستگاه network analyserدر آزمایشگاه آنتن در پایان آورده شده است که تمامی این نتایج تطابق خوبی با طراحی و تحلیل انجام شده دارند.

چکیده ندارد.

مشخصه های آنتن های آرایه ای پرتوساز در مخابرات بی سیم عمدتا توسط توانایی گیرنده و فرستنده تعیین و محدود می گردد. پردازش سیگنال در باند پایه از دیدگاه سیستمی اکثرا بدون توجه به المان های آنتن و تاثیر عوامل غیرخطی و تداخل ناشی از زنجیره ‏‎rf/if‎‏ صورت می پذیرد.برای افزایش ظرفیت همچنین جهت بهبود کیفیت مخابره نیاز به تحلیل و ملاحظه عوامل مخرب این زنجیره احساس می گردد. با انتخاب میکسر به عنوان کلیدی ترین عنصر این مجموعه دو هدف مهم در طول پایان نامه مورد نظر قرار خواهد گرفت. در ابتدا خاصیت غیرخطی میکسر با استفاده از مهمترین مدل مورد استفاده در بحث مدارات مایکروویو مورد شناسایی قرار داده می شود . آنگاه دقت شبیه سازی را یک مرتبه ارتقا می دهیم. مدل مورد نظر ترکیبی از دو تکنیک هارمونیک بالانس و سری ولترا است. در ادامه میزان تاثیر خاصیت غیرخطی شناسایی شده روی پارامترهای یک آرایه آنتن (تابع همبستگی سیگنال دریافتی) مورد ارزیابی قرار داده می شود.