فهرست:
فصل اول آنتنهای میکرواستریپ، تعریف و ساختار آن
تعریف آنتن میکرواستریپ ....................................................................................................................1
مزایا و معایب آنتنهای میکرواستریپ ................................................................................................... 1
انواع آنتنهای میکرواستریپ ................................................................................................................. 2
آنتنهای پچ میکرواستریپ ...........................................................................................................3
آنتنهای دوقطبی میکرواستریپ................................................................................................... 4
آنتنهای اسلات میکرواستریپ.......................................................................................................4
آنتنهای میکرواستریپ موج رونده.................................................................................................5
کاربردهای آنتنهای میکرواستریپ..........................................................................................................7
انواع روشهای تغذیه آنتنهای میکرواستریپ..........................................................................................8
خط میکرواستریپ.........................................................................................................................8
پروب کواکسیال............................................................................................................................9
تزویج مجاورتی ..........................................................................................................................10
تزویج روزنه ای...........................................................................................................................12
تغذیه موجبری...........................................................................................................................13
روشهای تحلیل آنتن میکرواستریپ..................................................................................................13
مدل خط انتقال...........................................................................................................................14
اثرات لبهای.....................................................................................................................................14
تاثیر طول موثر در فرکانس رزونانس.................................................................................................16
طراحی آنتن میکرواستریپ............................................................................................................. 17
مدل محفظه................................................................................................................................18
ب
آرایش میدانها (مدها)- .................................................................................................... 19
چگالی جریانهای معادل...................................................................................................................23پارامترهای مهم در بررسی عملکرد آنتن های میکرواستریپی.................................................................27
پهنای باند فرکانسی (امپدانسی) .................................................................................................27
پترن تشعشعی............................................................................................................................28
سمتگرایی و بهره .......................................................................................................................28
امپدانس ورودی درآنتن میکرواستریپ.........................................................................................29
افزایش پهنای باند آنتنهای میکرواستریپ.............................................................................................30
فصل دوم معرفی آنتنهای اسلات میکرواستریپ و تک قطبی چاپی
آنتن اسلات..........................................................................................................................................33
معرفی آنتن اسلات........................................................................................................................ 33
روشهای تغذیهی آنتنهای اسلات میکرواستریپ............................................................................34
طراحی آنتن اسلات تغذیه شده با خط میکرواستریپ.......................................................................36
روشهای پهن باند کردن آنتنهای اسلات میکرو استریپ.................................................................36
معرفی انواع آنتنهای اسلات میکرواستریپ......................................................................................37
آنتن اسلات حلقه مربعی.................................................................................................................37
آنتن اسلات حلقوی دایروی............................................................................................................38
آنتن اسلات باریک شونده...............................................................................................................39
آنتن تک قطبی...................................................................................................................................40
معرفی و ساختار آنتن تک قطبی...................................................................................................40
روشهای افزایش پهنای باند آنتنهای تکقطبی چاپی...................................................................43
روشهای بهبود مشخصات تشعشعی آنتنهای تکقطبی چاپی...................................................... 47
نتیجه گیری ......................................................................................................................................50
ت
فصل سوم انواع آنتنهای ترکیبی تک قطبی- شکافدار(Monopole – Slot Antenna)
مقدمه ................................................................................................................................................52
آنتن نوع اول......................................................................................................................................53
ساختار اول: شکاف مستطیلی........................................................................................................53
ساختار دوم: شکاف L شکل با سه حالت مختلف برای تغذیه...........................................................54
ساختار سوم: شکاف T شکل با خط تغذیه افقی..............................................................................57
ساختار چهارم: دو شکافL با دو تغذیه ترکیبی عمودی- مورب......................................................58
آنتن نوع دوم .....................................................................................................................................58
آنتن نوع سوم ....................................................................................................................................61
نتیجه گیری .......................................................................................................................................67
فصل چهارم آنتن میکرواستریپ شبه تکقطبی با دو باند وسیع و قابلیت کنترل پاسخ فرکانسی
چکیده.................................................................................................................................................68
مقدمه ...............................................................................................................................................69
طراحی آنتن و مطالعه پارامتری............................................................................................................70
4-3-1 طراحی ونتایج عملی آنتن میکرواستریپ شبه تکقطبی با دو باند وسیع..........................................70
4-3-2 طراحی و نتایج عملی آنتن میکرواستریپ شبه تکقطبی با دو باند وسیع و قابلیت کنترل پاسخ فرکانسی
..................................................................................................................................................................82
فصل پنجم نتیجه گیری کلی و پیشنهادات برای مطالعات آتی
4-4 نتیجه گیری کلی...............................................................................................................................85
4-5 پیشنهادات برای مطالعات آتی.............................................................................................................86
مراجع .......................................................................................................................................................87
ث
فهرست اشکال
فصل اول آنتنهای میکرواستریپ، تعریف و ساختار آن
شکل 1- 1 پیکربندی آنتن میکرو استریپ ساده..............................................................................................1
شکل 1-2 اشکال مختلف برای پچ میکرواستریپ........................................................................................... 3
شکل 1-3 آنتن دوقطبی با تغذیه مجاورتی....................................................................................................4
شکل 1-4 چند نمونه از ساختارهای آنتن اسلات (شکاف دار) میکرواستریپی.................................................. 5
شکل 1-5 انواع آنتن های میکرواستریپی موج رونده.......................................................................................6
شکل 1-6 تغذیه به روش خط میکرو استریپ به فرم لبه و مدار معادل آن.......................................................9
شکل 1-7 تغذیه به روش خط میکرو استریپ از طریق شکاف و مدار معادل آن...............................................9
شکل 1-8 آنتن با تغذیه به روش کابل کواکسیال: (الف) شمای آنتن.(ب) مدارمعادل تغذیه ...........................10
شکل 1-9 آنتن با تغذیه کوپلاژالکترومغناطیسی: (الف) شمای آنتن. (ب) مدارمعادل تغذیه.............................11
شکل 1-10 آنتن با تغذیه روزنهای: (الف) شمای آنتن. (ب) مدارمعادل تغذیه.................................................12
شکل 1-11 آنتن با تغذیه به روش موجبری.................................................................................................13
شکل 1-12 خط مایکرواستریپ و خطوط میدان الکتریکی مربوط به آن..........................................................15
شکل 1-13 ثابت دی الکتریک موثر بر اساس فرکانس برای زیرلایههای متداول...............................................16
شکل 1-14 طول فیزیکی و موثر آنتن مایکرواستریپ مستطیلی.....................................................................16
شکل 1-15 توزیع بار و تشکیل چگالی جریان روی پچ مایکرواستریپ.............................................................18
شکل 1-16 هندسه آنتن پچ مایکرواستریپ مستطیلی..................................................................................20
شکل 1-17 هندسه آنتن پچ مایکرواستریپ مستطیلی.................................................................................23
شکل 1-18 چگالی جریان معادل در چهار طرف آنتن پچ به همراه و بدون زمین مسطح..................................24
شکل 1-19 شیارهای تشعشعی در آنتن مایکرواستریپ مستطیلی و چگالیهای جریان مغناطیسی معادل.........26
شکل 1-20 پترن متداول در صفحات E وH مربوط به هر یک از شیارهای تشعشعی و مجموع هر دوی آنها.26
ج
شکل 1-21 چگالی جریان روی شیارهای غیر تشعشع کننده در آنتن مایکرواستریپ مستطیلی.....................27
شکل 1-22 منحنی تغییرات رزیستانس و راکتانس یک آنتن میکرواستریپ برحسب فرکانس.........................29
شکل1-23 اثر تغییر در ضخامت و ثابت دی الکتریک روی پهنای باند امپدانسی VSWR<2و کارایی تشعشعی.32
فصل دوم معرفی آنتنهای اسلات میکرواستریپ و تک قطبی چاپی
شکل2-1 توزیع میدان روی اسلات ............................................................................................................34
شکل2-2 آنتن اسلات با تغذیه خط میکرواستریپ: (الف) شمای آنتن و روش انتهای اتصال کوتاه.(ب) روش انتهای اتصال باز............................................................................................................................................35
شکل2-3 روشهای کاهش مقاومت تشعشعی دیده شده توسط تغذیه خط میکرواستریپ..............................35
شکل2-4 پارامترهای مهم در طراحی آنتن اسلات. ......................................................................................36
شکل2-5 آنتن اسلات حلقه مربعی..............................................................................................................37
شکل2-6 آنتن اسلات حلقه مربعی با نمودار منحنی تلفات برگشتی حاصل از پارامترهای بهینه آنتن..............38
شکل2-7 آنتن اسلات حلقه مربعی فرکتالی به صورت شبه جزیره ای و منحنی تلفات برگشتی آن.................38
شکل2-8 آنتن اسلات حلقوی. ...................................................................................................................39
شکل2-9 آنتن اسلات باریک شونده. ...........................................................................................................40
شکل2-10 انواع آنتهای باریک شونده.( الف) Vivaldi(ب) LTSA( ج) CWSA .......................................40
شکل2-11 ساختار آنتن تکقطبی چاپی میکرواستریپی با پارامترهای تعریف کننده آن.................................41
شکل2-12 آنتن تک قطبی چاپی با پهنای باند افزایش یافته با استفاده از شکافهایی در پچ تشعشعی وصفحه زمین ............................................................................................................................................................44
شکل2-13 نمودار S11 برای مقادیر مختلف L1 ( = 1 W1میلیمتر) .............................................................45
شکل2-14 نمودار S11 برای مقادیر مختلف L2 ( = 6 W2 میلیمتر) ...........................................................46
شکل2-15 نمودار S11 برای مقادیر مختلف W2 ( = 1 L2 میلیمتر) .........................................................47
شکل2-16 آنتن تک قطبی چاپی با تغذیه سه شاخهای................................................................................49
ح
شکل2-17 نتایج اندازهگیری و آنالیز رایانهای پارامتر VSWR برای آنتن تکقطبی ارائه شده در[27]........... 49
شکل2-18 پترنهای تشعشعی اندازهگیری شده در H-plane برای آنتن تک قطبی ارائه شده در[27]، برای فرکانسهای: الف) 3 گیگا هرتز، ب) 7 گیگا هرتز، ج) 11 گیگا هرتز و د) 15 گیگا هرتز ...................................50
فصل سوم انواع آنتنهای ترکیبی تک قطبی-شکافدار (Monopole – Slot Antenna)
شکل3-1 آنتن تک قطبی- شکافدار با شکاف مستطیلی روی برد FR4: (الف) ساختار آنتن و (ب) نمودار تلفات برگشتی آن ...................................................................................................................................................53
شکل3-2 نمودار تلفات برگشتی آنتن تک قطبی-شکافدار با شکاف مستطیلی روی زیرلایه با ثابت دی الکتریکی برابر با 5/2 و تلفاتی بسیار پایین ....................................................................................................................54
شکل3-3 ساختار آنتن شکافدار با شکاف L شکل و سه حالت مختلف برای خط تغذیه میکرواستریپی............55
شکل3-4 پارامتر تلفات برگشتی برای سه حالت مختلف شکل 3-3...............................................................56
شکل3-5 پارامتر تلفات برگشتی برای شکل 3-3-الف با زیرلایهای با ثابت دی الکتریک 5/2و تلفات ناچیز .................................................................................................................................................................... 56
شکل3-6 آنتن شکافدار با شکاف T شکل و خط تغذیه افقی: الف) ساختار آنتن. ب) نمودار تلفات برگشتی برای زیرلایه FR4 و ج) نمودار تلفات برگشتی برای زیرلایه با ثابت دی الکتریک 5/2 و تلفات پایین..........................57
شکل3-7 آنتن شکافدار با دو شکاف L شکل و یک زوج خط تغذیه ترکیبی عمودی-مورب............................58
شکل3-8 آنتن ترکیبی تک قطبی-شکافدار مرجع [30]: الف) ساختار آنتن (نمایش از بالا). ب) ساختار آنتن (نمایش از کنار آنتن) و ج) ابعاد و موقعیت قرارگیری دو شکاف مستطیلی و L شکل روی صفحه زمین آنتن. ....59
شکل3-9 نمودار تلفات برگشتی آنتن در شکل 3-8 با ابعاد مشخص شده در آن شکل برای حالات اندازه گیری و شبیه سازی. ................................................................................................................................................60
شکل3-10 نمودار تلفات برگشتی آنتن شکل 3-8 و مقایسه آن با حالاتی که فقط هریک از شکاف ها در یک زمان وجود دارند. ...........................................................................................................................................61
شکل3-11 ساختار آنتن پیشنهادی نوع سوم.................................................................................................62
شکل3-12 تلفات بازگشتی آنتن در شکل 3-11.........................................................................................62
خ
شکل3-13 تلفات بازگشتی در سه حالت مختلف(بدون زائده T شکل) .........................................................63
شکل3-14 توزیع میدان الکتریکی در داخل شکاف(بدون زائده T شکل)در : (الف) فرکانس تشدید اصلی شکاف کوچکتر:1620مگاهرتز.(ب) فرکانس تشدید ناشی از اتصال کوتاه کاذب:2200مگاهرتز(نمای پشت آنتن)............64
شکل3- 15 جریان سطحی روی زمین آ نتن در باندهای: (الف) .GSM900(ب) .DCS(ج) PCS................ 64
شکل3-16 نمودار تلفات بازگشتی آنتن برای طول های مختلف صفحه زمین.................................................65
منبع:
[1] Ramesh Garg, Prakrash Bhartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon, "Microstrip Antenna Design
Handbook," Artech House, 2000
[2] James, J. R., and P. S. Hall, Handbook of Microstrip Antennas, vol.1, London: Peter Peregrinus Ltd., 1989.
[3] Lee, H. F., and W. Chen, Advances in Microstrip and Printed Antennas, New York: John Wiley & Sons, 1997.
[4] James, J.R., and P.S. Hall (Eds.), Handbook of Microstrip Antennas, peter peregrines, London, UK,1989.
[5] Dubost,G., Flat Radiating Dipoles and Applications to Array, Research Studies Press, Newyork,1981.
[6] Jianxin Liang, "Antenna study and design for ultra wideband communication applications," A thesis submitted to the University of London for the degree of Doctor of Philosophy, July 2006.
[7] C. A. Balanis, "Antenna Theory Analysis and Design," 2005, John Wiley & Sons, INC.
[8] Girish Kumar and K.P. Ray, "Broadband microstrip antennas,"2003, ARTECH HOUSE, INC.
[9] R. Garg, P. Bahartia, I. Bahl and A. Itripiboon, "Microstrip Antenna Design Handbook," 2001.
[10] Menzel, W., and W. Grabeherr, "A Microstrip Patch Antenna with Coplanar Line Feed"IEEE Microwave and Guided Wave Lett., vol.1, 1991, pp.340-342.
[11] Smith, R., and J.T .Williams, "Coplanar Waveguide Feed for Microstrip Patch Antennas, Electron.lett" vol.28, 1992.pp.2272-2274.
[12] F. Yang and Y. Rahmat-Samii, "Patch antennas with switchable slots (PASS) in wireless communications: concepts, designs and applications," IEEE Antennas Propag. Mag., vol.47, no. 2, pp.13–29, Apr.2005.
[13] P. K. Agrawal and M. C. Bailey, "An Analysis Technique for Micnistrip Antennas," IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol.25, no.6, pp.756-759, November 1977.
[14] M. C. Bailey and M. D. Deshpande, "Integral Equation Formulation of Microstrip Antennas," IEEE Trans. Antennas Propagat, vol.30, no.4, pp.651-656, July 1982.
[15] Y.T. Lo, D. Solomon, and W.F. Richards, "Theory and Experiment on Microstrip Antennas," IEEE Trans. Antenna Propagat., vol.AP-27, no.2, pp.137-145, March 1979.
[16] K. R. Carver and J.W. Mink, "Microstrip Antenna Technology, "IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-29, no.1, pp.2-24, January 1981.
[17] R. J. Mailloux, J.F. Mcllvenna, and N.P Kernweis, "Microstrip Array Technology Antennas," IEEE Trans. Antennas Propagat, vol. AP-29, no.1, pp.25-27, January 1981.
[18] پایان نامه کارشناسی ارشد –مخابرات سال 1390 دانشگاه ارومیه ، آسیه حبشی
[19] W. F. Richards, "Microstrip Antennas," Chapter 10 in Antenna Handbook: Theory, Applications and Design (Y. T. Lo and S. W. Lee. eds.).Van Nostrand Reinhold Co., New York, 1988.
[20] J. William and R. Nakkeeran,"CPW- Fed UWB Slot Antenna with Cross like Tuning Stub" IEEE conference, 2010.
[21] H. Ghali and T. Moselhy, "Broad-band and circularly polarized space-filling-based slot antennas," IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol.53, no.6, pp. 1946–1950, Jun.2005.
[22] پایان نامه کارشناسی ارشد –مخابرات سال 1376 دانشگاه ارومیه ، رضا ذاکر
[23] K. Chung, S. Hong, and J. Choi, "Ultrawide-band printed monopole antenna with band-notch filters," IET Microw. Antennas Propag., vol.1, no.2, pp.518–522, Apr.2007.
[24] T. Edwards, "Foundations for Microstrip Circuit Design," 2nd Ed. New York: Wiley, 1992.
[25] C. Y. Hong, C. W. Ling, I. Y. Tarn, and S. J. Chung, "Design of a planar ultrawideband antenna with a new band-notch structure," IEEE Trans. Antennas Propag., vol.55, no.12, pp.3391–3396,Dec,2007.
[26] J. Jung, W. Choi, and J. Choi, "A small wideband microstrip-fed monopole antenna," IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 15, no. 10, pp. 703–705, Oct. 2005.
[27] Q. Wu, R. Jin, J. Geng, and M. Ding, "Printed omni-directional UWB monopole antenna with
very compact size," IEEE Trans. Antennas Propag., vol.56, no.3, pp.896-899, Mar.2008.
[28] K.L. Wong and Y. Chi, "Internal multiband printed folded slot antenna for mobile phone application," Microwave Opt Technol Lett, vol.49, no.8, pp.1833-1837, 2007.
[29] S.I. Latif, L. Shafai, andS. K. Sharma, "Bandwidth enhancement and size reduction of microstrip slot antennas," IEEE Trans. Antenna Propag., vol.53, no.3, pp.994–1003, Mar.2005.
[30] Ch. –I. Lin, K. –L. Wong, and Sh. -H. Yeh, "Printed Monopole Slot Antenna for Multiband
Operation in the Mobile Phone" IEEE Conference, 2007.
[31] مقاله مرتضی رضایی،جواد نوری¬نیا، چنگیز قبادی،"طراحی یک آنتن تک قطبی شکاف¬دار برای کاربرد در گوشی تلفن همراه برای باندهای GSM850/900/DCS/PCS/UMTS/WLAN2.4، " هفدهمین کنفرانس مهندسی برق ایران داننشگاه علم و صنعت ایران، جلد پنجم مخابرات، صفات 62-67 ،22-24. اردیبهشت 1388.
[32] N. Behdad and K. Sarabandi, "A wide-band slot antenna design employing a fictitious short circuit concept," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 53, no.1, pp.475-482, 2005.
[33] P. S. Hall, P. Gardner, J. Kelly, E. Ebrahimi,M. R. Hamid, F. Ghanem, F. J. Martínez, and D. Vargas, "Reconfigurable antenna challenges for future radio systems," in Proc. EuCAP, 2009, pp. 949–955.
[34] P.Y.Qin,A.R.Weily,Y.J.Guo, T. S. Bird, and C. H. Liang, "Fre quency reconfigurable quasi-Yagi folded dipole antenna," IEEE Trans. Antennas Propag.,vol.58, no.8, pp.2742–2747, Aug.2010.
[35] T.Wu,R.L.Li,S.Y.Eom,S.S.Myoung, K. Lim, J. Laskar, S. I. Jeon, andM.M.Tentzeris, "Switchable quad-band antennas for cognitive radio base station applications," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 58, no.5, pp.1468–1476, May 2010.
[36] Y. Yu, J. Xiong, H. Li, and S. He, "An electrically small frequency re- configurable antenna with a wide tuning range," IEEE Antennas Wire- less Propag. Lett., vol.10, pp.103–107, 2011.
[37] M.N.M.Kehn, Ó.Q.Teruel,and E.R.Iglesias,"Reconfigurable loaded planar inverted-F antenna using varactor diodes," IEEE An- tennas Wireless Propag. Lett., vol.10, pp.466–469, 2011.
[38] M.R.Hamid,P.Gardner,P. S. Hall, and F. Ghanem, "Switched-band Vivaldi antenna, "IEEE Trans. Antennas Propag., vol.59, no.5, pp.1472–1480, May 2011.
[39] A.P.Saghati, M.Azarmanesh, and R. Zaker, "A novel switchable single- and multifrequency triple-slot antenna for 2.4-GHz Bluetooth, 3.5-GHz WiMAX and 5.8-GHz WLAN," IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol.9, pp.534–537, 2010.
[40] F.Mirzamohammadi, J.Nourinia and Ch.Ghobadi, "A Novel Dual-Wideband Monopole-Like Microstrip Antenna with Controllable Frequency Response," IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol.11, pp.289–291, 2012.