سطخ پلاریزاسیون Cross
کم
بسیارکم
آنتن انتها- آتش
۳۳
غیرممکن
خوب
خطوط اسلات[۳۱] به عنوان یک ساختار انتقال پیشنهادی برای استفاده در MIC محسوب میشوند که برای اولین بار در سال ۱۹۶۸ توسط Cohn معرفی شده است و این ساختار شامل یک زیر لایه دی الکتریک با یک اسلات (شکاف) باریک در سطح فلزی چسبیده به یک طرف زیر لایه میباشد. طرف دیگر اسلات فلز کاری نشده است. ساختار آن بطور مسطح[۳۲] بوده و مد انتشار TEM خالص نمی باشد. در این ساختار به علت ترکیب اسلات و خط استریپ درجه بیشتری از آزادی برای طراحی آنتن بدست میآید. مد انتشاری آن تقریبا از نوع شبه TEM (quasi-TEM) است، بطوریکه تعداد خیلی کمی از مولفههای میدان در راستای حرکت توزیع جریان بوده و اکثریت آنها در جهت عمود برمسیر حرکت میباشند. توزیع میدان برای یک خط اسلات در شکل ۲-۱ نشان داده شده است.
شکل ۲-۱: توزیع میدان روی اسلات[۱]..
۲-۱-۲ روشهای تغذیهی آنتنهای اسلات میکرواستریپ
در فصل قبل به انواع روشهای تغذیه آنتنهای میکرواستریپ اشاره شد، اما در مورد آنتنهای اسلات میکرواستریپ عموما از تغذیه به روش خطوط میکرواستریپ و خط کوپلانر استفاده می شود که در ادامه شرح مختصری از آنها آورده شده است. این آنتن شامل یک اسلات بریده شده در صفحه زمین خط میکرواستریپ است که عمود بر هادی استریپ می باشد و میدانهای خط میکرواستریپ اسلات را تحریک می کند. برای تحریک موثر اسلات، همانطور که در شکل ۲-۲ نشان داده می شود، هادی استریپ بصورت اتصال کوتاه با لبه اسلات و یا بصورت یک زائده اتصال باز زیر لبه اسلات قرار میگیرد. طول زائده Lm مدار باز تقریباً یک چهارم طول موج ( ۴/) میباشد تا یک اتصال کوتاه موثر در لبه خروجی اسلات ایجاد کند. اگر خط استریپ دقیقاً از مرکز اسلات عبور کند، آنتن اسلات مقاومت تشعشعی بالایی خواهد داشت ونیاز به یک شبکه تطبیق برای تطبیق آنتن با امپدانس مشخصه خط میکرواستریپ میباشد[۱].
۳۴
شکل ۲-۲: آنتن اسلات با تغذیه خط میکرواستریپ: (الف) شمای آنتن و روش انتهای اتصال کوتاه. (ب) روش انتهای اتصال باز[۱].
برای یک اسلات مشخص، مقاومت دیده شده توسط خط تغذیه به سه روش کاهش مییابد. روش اول این است که خط تغذیه از مرکز اسلات عبور نکند (off-center slot). روش دوم تنظیم زائده آنتن اسلات میباشد که تقریبا همان بطوریکه طول Lm کمی بزرگتر از یک چهارم طول موج میباشد [۱]. در این حالت تنظیم استاب باعث ایجاد بار راکتیو(غیررزونانسی) آنتن شده و لذا فرکانس رزونانس تغییر می کند که در این فرکانس رزونانس جدید، مقاومت ورودی قابل مقایسه با مقاومت خط میکرواستریپ می شود. روش سوم چرخاندن اسلات حول خط میکرواستریپ است آنچنانکه استریپ بر اسلات عمود نباشد. این سه روش به ترتیب در شکل ۲-۳( الف) ، ( ب) ، ( ج) [۱] ارئه شدهاند.
شکل ۲-۳: روشهای کاهش مقاومت تشعشعی دیده شده توسط تغذیه خط میکرواستریپ[۱].
۳۵
۲-۱-۳ طراحی آنتن اسلات تغذیه شده با خط میکرواستریپ
نخستین مرحله در طراحی مشخص کردن طول فیزیکی اسلات رزونانسی است. مطابق شکل ۲-۴، طول رزونانسی آنتن اسلات Lr با فرض تحریک مد غالب است. در این رابطه، طول معادل اندوکتانس صفرنشده در دو انتهای اتصال کوتاه اسلات است(مشابه با گسترش انتهای باز آنتنهای پچ میکرواستریپ). مرحله دوم طراحی تغذیه است، بطوریکه مقاومت سری اسلات با امپدانس تغذیه تطبیق پیدا کند. بدین منظور از یکی از سه روش گفته شده برای کاهش مقاومت تشعشعی استفاده می شود [۱]. میدانهای تشعشعی یک آنتن اسلات با بهره گرفتن از روش پتانسیل برداری وتوزیع میدان الکتریکی در اسلات محاسبه می شود.
شکل ۲-۴: پارامترهای مهم در طراحی آنتن اسلات[۱].
۲-۱-۴ روشهای پهن باند کردن آنتنهای اسلات میکرو استریپ
روش های مختلفی برای پهن باند کردن آنتنهای میکرواستریپ در [۱] ذکر شده است که برخی از آنها عبارتند از :
۱) با توجه به فرمول ضریب کیفیت (Q) در رابطه (۱-۳۸ ) اگر مقاومت تشعشعی افزایش یابد، Q کم شده و پهنای باند افزایش می یابد.
۲) استفاده از تکنیک Multimoding با این تعریف که اگر چند رزوناتور که هر کدام مد رزونانسی متفاوتی را تشعشع می کنند در کنار یکدیگر قرار گیرند ترکیب این رزوناتورها با یکدیگر تشکیل یک آنتن با پهنای باند امپدانسی بالایی را خواهد داد [۱].
۳۶
۳) در انواع روش های تغذیه آنتن، معمولا روشهای تغذیهی تزویج روزنهای و تزویج مجاورتی پهنای باند بیشتری نسبت به روش های دیگر تغذیه دارند.
۴) انتخاب نوع و اندازه زیر لایه بکار گرفته شده نیز در پهنای باند موثر خواهد بود، هر گاه کاهش یابد و ضخامت افزایش پیدا کند، پهنای باند افزایش پیدا خواهد کرد.
۲-۱-۵ معرفی انواع آنتنهای اسلات میکرواستریپ
آنتنهای اسلاتی که با یک خط استریپ تحریک میشوند، معروف به آنتنهای اسلات میکرواستریپ میباشند. ترکیب خط میکرواستریپ و اسلات درجه آزادی بالاتری را در طراحی آنتن میکرواستریپ فراهم میسازد. در ادامه برخی از این آنتنها که تغذیه آن ها به روش خط میکرواستریپ میباشد را مطالعه کرده و به خصوصیات آنها اشاره مختصری میکنیم.
جهت دانلود متن کامل پایان نامه به سایت azarim.ir مراجعه نمایید.
آنتن اسلات حلقه مربعی
این آنتن از یک حلقه مربعی تشکیل شده که در صفحه زمین زیر لایه ایجاد می شود و با یک خط میکرواستریپ تغذیه میگردد. شکل ۲-۵ ساختار این آنتن را نشان میدهد. مدل دیگری از آنتن اسلات در شکل ۲-۶ مشخص شده است که باند فرکانسی وسیع از ۸/۴ گیگاهرتز تا ۸/۱۲ گیگاهرتز را پوشش میدهد [۲۰]. همچنین با بهره گرفتن از منحنیهای شبه جزیره[۳۳] میتوان ساختار آنتن اسلات را تغییر داده و آنتن را پهن باند کرد (شکل ۲-۷) [۲۱].
شکل ۲-۵: آنتن اسلات حلقه مربعی
۳۷
شکل ۲-۶: آنتن اسلات حلقه مربعی با نمودار منحنی تلفات برگشتی حاصل از پارامترهای بهینه آنتن [۲۰].
شکل ۲-۷: آنتن اسلات حلقه مربعی فرکتالی به صورت شبه جزیره ای و منحنی تلفات برگشتی آن[۲۱].
آنتن اسلات حلقوی دایروی
این آنتن شامل یک اسلات دایروی در روی صفحه زمین یک زیر لایه دی الکتریک میباشد و همانطور که در شکل ۲-۸ نشان داده می شود، توسط یک هادی میکرواستریپ تغذیه می شود. هندسه این نوع شکاف از این جهت دارای اهمیت است که باعث تشعشع در زوایای ارتفاع کم میگردد، لذا می تواند در ارتباطات موبایل در آنتنهای وسایل نقلیه مورد استفاده قرار بگیرد. چون در ارتباطات موبایل شهری، عموما امواج با زوایی کمتر از ۳۰ درجه نسبت به افق به ایستگاه مخابراتی میرسند]۱٫ [
۳۸
شکل ۲-۸: آنتن اسلات حلقوی[۱].
آنتن اسلات باریک شونده [۳۴]
یک آنتن اسلات باریک شونده، همانطور که در شکل ۲-۹ مشاهده می شود. عموما شامل یک اسلات باریک شونده است که به یک فلز روی زیرلایه متصل است. این کار هم با یک زیر لایه وهم بدون آن صورت می پذیرد . پهنای اسلات به آرامی از نقطه تغذیه زیاده شده و انتهای آن عموماً بزرگتر از می باشد. با توجه به این که طول این آنتن ها بزرگتر است لذا در فرکانسهای میلیمیمتری میتوانند مورد استفاده قرار گیرند. این آنتن از نوع آنتنهای موج حرکتی انتها آتش[۳۵] میباشد. ساختار این آنتن، یک موج سطحی را پشتیبانی می کند که این موج تا انتهای ساختار انتشار یافته و در انتها تشعشع می کند. سرعت فاز موج سطحی کمتر از سرعت نور است لذا این آنتن یک ساختار موج آرام است. شناخت خواص کمک بزرگی به طراحی آنتن می کند . امپدانس ورودی ثابت، بازده بالا، پترن تشعشعی متفاوت، سبکی و پهنای باند زیاد از مهمترین خواص این آنتن میباشند . برای بالا بردن پهنای باند باید تطبیق امپدانسی کاملی را هم در خط تغذیه و هم در انتهای اسلات داشته باشیم. روشهای مختلف افزایش پهنای باند بستگی به انتخاب روش تغذیه دارد. نتایج تجربی در مقالات مختلف نشان می دهند که امپدانس، پهنای باند و پترن تشعشی عموما متاثر از پارامترهایی همچون انحناء، وطول اسلات می باشد. بازده آنتن با ضخامت زیر لایه دی الکتریک و ثابت دی الکتریک معین می شود. در این آنتنها وقتی ثابت دی الکتریک بزرگ باشد میدان به درون اسلات محدود می شود و از این آنتن به عنوان خط انتقال می توان استفاده کرد، اما وقتی مقدار ثابت دی الکتریک پایین است میدان به بیرون از اسلات تشعشع مییابد و ساختار بصورت آنتن تشعشع می کند. شکل ۲-۱۰ سه نوع مختلف آنتن TASرا نشان میدهد. این آنتنها به ترتیب عبارتند از آنتن Vivaldi(باریک شونده نمایی)، آنتن LTSA(باریک شونده خطی) و CWSA(پهنا ثابت بوده و حالت باریک شونده ندارد]۱[.
۳۹
شکل ۲-۹: آنتن اسلات باریک شونده]۱[.
شکل ۲-۱۰: انواع آنتهای باریک شونده: (الف) Vivaldi. (ب). LTSA (ج)] CWSA1[.
۲-۲ آنتن تک قطبی چاپی[۳۶]
۲- ۲-۱ معرفی و ساختار آنتن تک قطبی چاپی
آنتن های میکرواستریپی با یک صفحه زمین کامل دارای پهنای باند بسیار کمی میباشد زیرا کامل بودن صفحه زمین و پوشش سرتاسری ساختار باعث بزرگتر شدن خازن های تزویجی و ضریب کیفیت سیستم می باشد. بنابراین برای حل این مشکل ساختار زمین آنتن تغییر یافته است و ساختار زمین کامل تبدیل به ساختار زمین ناقص می شود. این آنتن در شکل۲-۱۱ ارائه شده است. به طوریکه کل بخش تشعشعی آنتن از زیر پوشش صفحه زمین خارج شده و همان مقدار فاصله ما بین لبه بالایی صفحه زمین و لبه پایینی پچ تشعشعی (همان فاصله فضایی[۳۷] در حالت آنتنهای تک قطبی ایستاده) پا برجا بماند. تحقیقات بسیاری در این زمینه انجام شده و نتایج آن نشان داده است که با این روش، مقدار ضریب کیفیت سیستم بسیار پایین آمده و پهنای باند آنتن به صورت قابل ملاحظه ای افزایش مییابد]۲۲٫[
۴۰
شکل ۲- ۱۱ : ساختار آنتن تکقطبی چاپی میکرواستریپی با پارامترهای تعریف کننده آن]۲۲[.
باتوجه به شکل مشخص است که طول صفحه زمین بسیار کاسته شده و با مقدار Lg تنها بخش ابتدایی خط تغذیه کننده میکرواستریپی را پوشش داده میدهد. همچنین فاصله افقی مابین لبه زمین و لبه پایینی پچ تشعشعی در شکل با پارامتر Lgap مشخص است. که این فاصله عامل بسیار مهمی در تعیین و کنترل مشخصات امپدانسی آنتن به شمار میرود. در اینچنین ساختاری، پارامتر Lgap بدین صورت بررسی می شود که وقتی مقدار آن عوض می شود آنگاه فاصله های دو لبه تشعشعی مورد نظر در پچ تشعشعی ( لبه بالایی و پایینی) با لبه بالایی صفحه زمین بصورت مجزا تغییر می کنند و بنابراین خازنهای معادل بین این نقاط نیز بطور مستقل و به حالت غیر قابل فرمول بندی تغییر مییابند. در کل میتوان گفت که با تغییر این فاصله میتوان پهنای باند و قدرت رزونانسی هر دو لبه رزونانس کننده آنتن را تحت کنترل داشت. مطمئناَ در مقایسه با یک آنتن میکرواستریپی با زمین کامل، در این حالت مقدار فاصله ها خیلی بیشتر بوده (مثلاَ بین لبههای بالایی پچ تشعشعی و صفحه زمین) و خازنهای معادل و بهمراه آن ضریب کیفیت سیستم بسیار پایین خواهد بود. در نتیجه هر لبه تشعشعی پچ آنتن با مشخصه پهن باندی رزونانس خواهد کرد و در صورت کمی دقت در طراحی این دو رزونانس همپوشانی کرده و پهنای باند بسیار بالایی را فراهم خواهند کرد]۲۲[.
با در نظر داشتن ساختار ارائه شده در شکل ۲-۱۱ و فرض استفاده از یک زیرلایه ثابت، میتوانیم بگوییم که سه پارامتر اصلی این آنتن عبارتند از طول (LPatch) و عرض (WPatch) پچ تشعشعی و همچنین فاصله هوایی Lgap که قبلاَ تشریح شد. در بسیاری از تحقیقات انجام گرفته در سالهای اخیر دراین زمینه، هنگام طراحی آنتن برای دستیابی به فرکانس لبه پایینی مورد نظر در باند، ابتدا پارامتر LPatch و سپس WPatch را بهینه سازی می کنند و تقریباَ همزمان با این عمل بهینه سازی، پارامتر دیگر، Lgap، نیز بررسی شده و بهینه می شود. مقدار اولیه این پارامترها به نوعی در نظر گرفته میشوند که لبه کناری (در راستای محور y) پچ تشعشعی تا رسیدن به لبه زمین تقریباَ برابر ربع طول موج مربوط به فرکانس پایین باند باشد. البته این شرط برای ساختارهای مختلف کمی متغیر است ولی با مطالعات تجربی بصورت زیر تقریباَ بیان می شود [۲۳] :
۴۱
