۱۱

۱۳۴۰

۹٫۴۸

۸٫۷

۲۴۰

۱۳٫۸۸

۸

۳۶۸۰

۱۷٫۸

یکی از مهمترین مزایای ساختارهای دولایه مکمل، افزایش پهنای باند برای تمامی باندها می­باشد. که جدول (۲-۱) این خاصیت را نشان می­دهد. اگر چه دو پچ مکمل در دولایه مختلف قرار دارند اما بازهم ممکن است بتوان از قانون بابینت^[۲۱] برای توجیح خواص فوق استفاده کرد. شکل (۲-۳۸) پترن تشعشعی را برای ، برای چندین فرکانس آنتن پچ دولایه سرپینسکی، با لایه­ های مکمل نشان می­دهد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

شکل ۲-۳۸ : پترن تشعشعی آنتن پچ دولایه سرپینسکی، با لایه­ های مکمل [۵]
همان­طور که در این شکل ملاحظه می­کنید، پترن تشعشعی برای اولین فرکانس در هر دو صفحه به صورت تک جهته و بدون ریپل می­باشد. ولی با افزایش فرکانس رزنانس تعداد ریپل­های موجود در پترن افزایش می­یابد. نکته دیگری که در این شکل قابل مشاهده است، تغییر آنتن از حالت برساید به اندفایر با افزایش فرکانس رزنانس می­باشد. در خصوص بهره تشعشعی این آنتن نیز همان­طور که در جدول (۲-۱) مشاهده کردید، با اضافه شدن لایه مکمل، گین آنتن افزایش می­یابد.
۲-۸- آنتن سه بانده مرکب
در این بخش با آخرین ساختار سرپینسکی چندبانده آشنا می­شویم. به منظور طراحی یک آنتن سه بانده، از یک آنتن دوبانده سرپینسکی بهبودیافته به همراه یک آنتن تک بانده استفاده شده است. به همین دلیل از این آنتن به عنوان یک آنتن مرکب یاد می­ شود. در ساختار آنتن سه بانده مرکب، آنتن دوبانده بر روی آنتن تک بانده و در دولایه مختلف قرار دارند. به کارگیری این ساختار باعث ایجاد آنتنی با پهنای باند زیاد، راندمان تشعشعی بالا و پترن تشعشعی یکسان برای تمامی باندها می­گردد.
به طور کلی با ظهور نسل­های دوم و سوم مخابرات سیار، نیاز به استفاده از آنتن­های چندبانده با پهنای باند زیاد و پترن تشعشعی یکسان برای تمامی باندها، رو به افزایش است. به طورکلی در این میان استفاده از آنتن­های مایکرواستریپ بدلیل کم هزینه بودن، کوچک بودن و سادگی ساخت از کاربرد بیشتری برخوردار است. مشکل اصلی آنتن­های مایکرواستریپ عدم یکسان بودن پترن تشعشعی آنها در تمامی باندهای فرکانسی می­باشد. روش­های متعددی به منظور تبدیل یک پچ ساده به یک آنتن چندبانده، با پهنای باند قابل توجه در هر باند، پیشنهاد شده است. ساختاری که در این بخش معرفی می­گردد، یکی از انواع آنتن­های بهبودیافته به منظور کاربرد سیستم­های مخابرات سیار می­باشد. آنتنی که در این بخش پیشنهاد شده است علاوه بر بهینه بودن از نظر خواص چندبانده، دارای پهنای باند بزرگی در تمامی فرکانس­های رزنانس نیز می­باشد نکته قابل توجه در خصوص این آنتن استفاده از پچ­های پارازیتیک در تمامی باندها، به منظور افزایش پهنای باند آنتن می­باشد.
شکل (۲-۳۹) ساختار کلی آنتن مرکب را نشان می­دهد. همان­طور که در این شکل ملاحظه می­کنید فرکانس باند اول این آنتن ناشی از یک پچ مثلثی ساده می­باشد که به همراه یک پچ پارازیتی در لایه بالای آن عمل می­ کند. نکته دیگر در این ساختار این است که پچ پارازیتی اول به عنوان زمین برای آنتن دوبانده سرپینسکی مورد استفاده قرار می­گیرد.
شکل ۲-۳۹ : ساختار کلی آنتن مرکب [۶]
در اینجا روش­های اندازه ­گیری به منظور پیدا کردن ابعاد حداقل برای پچ پارازیتیک آنتن تک بانده استفاده می­ شود، که در ادامه مورد بررسی قرار می­گیرد. شکل (۲-۴۰) امپدانس ورودی باندهای مختلف آنتن دوبانده سرپینسکی این ساختار را به ازای ابعاد مختلف پچ پارازیتیک آنتن تک بانده نشان می­دهد. همان­طور که در این شکل مشاهده می­کنید، امپدانس ورودی برای اولین باند این آنتن دوبانده توسط ابعاد پچ پارازیتیک اول، قابل کنترل می­باشد. و این درحالی است که تغییر ابعاد پچ پارازیتیک اول، بر امپدانس ورودی باند دوم آنتن دوبانده تأثیری ندارد.
شکل ۲-۴۰ : امپدانس ورودی باندهای مختلف آنتن دوبانده سرپینسکی [۶]
براساس توضیحات فوق، به منظور جداسازی فرکانسی بین باندهای مختلف آنتن دوبانده سرپینسکی در این ساختار، می­توان ازتأثیر پچ پارازیتی آنتن تک بانده استفاده کرد. این بدین معنی است که برای کاهش اثر آنتن تک بانده بر روی آنتن دوبانده، ابعاد پچ پارازیتی اول نباید از یک حد مشخصی کمتر انتخاب گردد. این حد را اولین فرکانس رزنانس آنتن دوبانده تعیین می­ کند. با توجه به این توضیحات، پچ پارازیتی آنتن تک بانده به صورت یک مثلث متساوی الاضلاع با اندازه هر ضلع برابر با ۲۰۳ انتخاب شده است. با انتخاب این ابعاد برای آنتن تک بانده، امپدانس ورودی برای هر دو بانده آنتن دوبانده، به صورت دو حلقه امپدانسی در مرکز نمودار اسمیت^[۲۲] می­باشد. باتوجه به ابعاد انتخاب شده برای آنتن تک بانده، اولین فرکانس رزنانس ساختار مرکب برابر با ۸/۰ می­باشد.
باید به این نکته توجه داشت که فرکانس رزنانس آنتن تک بانده، اولین فرکانس آنتن مرکب می­باشد و فرکانس­های آنتن دوبانده، به ترتیب دومین و سومین فرکانس آنتن مرکب می­باشند.
به منظور اینکه آنتن تک بانده دارای فرکانس رزنانسی در ۸/۰ باشد و از طرفی دیگر پهنای باند امپدانسی آن نیز به اندازه کافی (در اینجا ۱۰% برای ۲) بزرگ باشد. لازم است که پارامترهای طراحی برای این آنتن به صورت زیر انتخاب گردند. ارتفاع زیرلایه اول برابر با ۵۲/۱ و ضریب دی­الکتریک برابر با ۳۸/۳ انتخاب گردیده است. پچ اصلی آنتن تک بانده نیز به صورت یک مثلث متساوی الاضلاع با ضلع ۴/۱۳۵ می­باشد. محل تغذیه آنتن تک بانده، به منظور ایجاد تطبیق مناسب، در ۱۵ از رأس مثلث انتخاب شده است. نکته اساسی در طراحی این آنتن مرکب نحوه ترکیب آنتن تک بانده با آنتن دوبانده می­باشد که در ادامه مورد بررسی قرار می­گیرد.
در ساختار آنتن مرکب پیشنهادی در این بخش، دو آنتن تک بانده و آنتن دوبانده به صورت شکل (۲-۴۱) نسبت به هم قرار گرفته­اند. نکته قابل توجه در این ساختار میزان ایزولاسیون بین باندهای مختلف می­باشد، که بر روی عملکرد آنتن مرکب بسیار مؤثر می­باشد. همان­طور که در این ساختار مشاهده می­کنید سیستم تغذیه برای آنتن دوبانده، یک کابل هم­محور می­باشد که هادی بیرونی آن پس از عبور از پچ اصلی آنتن تک بانده به پچ پارازیتی اول متصل می­ شود. هادی داخلی کابل هم­محور نیز مستقیماً به پچ اصلی انتن دوبانده که یک ساختار سرپینسکی مرتبه دوم است، متصل می­ شود. نکته مهم در طراحی این آنتن این است که اتصال پچ پارازیتی اول به هادی بیرونی کابل هم­محور، نباید مد اصلی آنتن تک بانده را که در فرکانس ۸/۰ قرار دارد، خراب کند.
شکل ۲-۴۱ : نحوه ترکیب آنتن تک بانده با آنتن دوبانده، در طراحی آنتن مرکب [۶]
به منظور این که مد اصلی آنتن تک بانده خراب نشود، محل اتصال هادی بیرونی کابل هم­محور به پچ پارازیتی را در محلی انتخاب می­ کنند که در آن محل میدان الکتریکی در جهت z بر روی پچ پارازیتی اول، برابر صفر باشد. از طرفی دیگر به منظور کاهش فضای اشغال شده، آنتن دوبانده را با ۱۸۰ درجه چرخش نسبت به آنتن تک بانده قرار می­ دهند. شکل (۳-۴۱-) نمای کلی این ساختار را نشان می­دهد. کل ساختار شکل (۲-۴۱) توسط نرم­افزار شبیه­سازی شده است و نتایج حاصل برای توزیع جریان بر روی پچ در لایه­ های مختلف در شکل (۲-۴۲) نشان داده شده است. در ادامه نتایج بدست آمده از بررسی این شکل را بیان می­کنیم.
شکل ۲-۴۲ : توزیع جریان برای سه بانده مختلف آنتن مرکب [۶]
۱- برای باند اول ( ۸/۰) تنها پچ­های اصلی و پارازیتیک باند اول در تشعشع نقش دارند. و جریان در سایر پچ­ها به اندازه ۳۰- پایین­تر می­باشند. این توزیع جریان باعث ایجاد یک پترن بردساید برای باند اول می­گردد.
۲- برای باند دوم ( ۶/۱) علاوه بر پچ اصلی پارازیتیک باند دوم (در آنتن دوبانده)، پچ اصلی باند اول (در آنتن تک بانده) نیز تشعشع می­ کند. در این حالت توزیع جریان برای پچ اصلی آنتن تک بانده، مد را دارد. که این مد دارای فرکانس رزنانسی دو برابر فرکانس رزنانسی باند اول می­باشد، که دقیقاً بر باند دوم آنتن مرکب منطبق است.
با توجه به این توضیحات، در این حالت پترن تشعشعی برای باند دوم، مجموع وزنی پترن ناشی از پچ اصلی و پچ پارازیتیک باند دوم آنتن دوبانده، و پترن ناخواسته مد پچ اصلی آنتن تک بانده می­باشد. اما با توجه به ایزولاسیون کمتر از ۲۰- بین دوباند اول و دوم در آنتن مرکب، تأثیر اصلی در پترن تشعشعی برای باند دوم، توسط پچ اصلی و پارازیتیک باند دوم ایجاد می­ شود.
۳- برای باند سوم ( ۷۷/۲))، پچ فعال باند اول در مد می­باشد. فرکانس رزنانس برای این مد برابر با ۷۷/۲ می­باشد. لذا در باند سوم، پترن تشعشعی تحت تأثیر مدهای تحریک باند دوم و سوم آنتن دوبانده و مد آنتن تک بانده می­باشد. در این حالت نیز بدلیل ایزولاسیون کمتر از ۲۵- بین دو آنتن تک بانده و آنتن دو بانده، تأثیر مد در پترن تشعشعی باند سوم بسیار ناچیز است.
براساس نتایج بیان شده فوق آنتن مرذکب دارای ویژگی­های زیر می­باشد.
آنتن تک بانده پایینی، اولین فرکانس کاری را مشخص می­ کند.
آنتن دوبانده که بر بالای آنتن تک بانده قرار دارد، فرکانس مدهای دوم و سوم را مشخص می­ کند.
المان پارازیتی برای آنتن تک بانده به عنوان صفحه زمین برای آنتن دوبانده می­باشد.
ابعاد پچ­های فعال و پارازیتی برای باندهای دوم و سوم باید کوچکتر از ابعاد پچ پارازیتی آنتن اول باشد. علت این انتخاب به منظور کاهش تشعشع به عقب است.
به عنوان یک قانون سرانگشتی، پچ اصلی و پارازیتیک برای باندهای دوم و سوم، کوچکتر از نصف پچ پارازیتیک باند اول انتخاب می­شوند. از نتایج جانبی این انتخاب ایجاد نسبت فرکانسی ۵/۰ برای فرکانس­های رزنانس باند اول و دوم می­باشد.
المان­های پارازیتیک استفاده شده در این ساختار به منظور افزایش پهنای هر باند فرکانسی می­باشد. به طور کلی فاصله بین المان اصلی و المان پارازیتیک برای هر باند مقدار پهنای باند آن باند را کنترل می­ کند. برای کسب اطلاعات بیشتر در این خصوص می­توان به مراجع [۲۱] و [۲۲] رجوع کرد. در ادامه به بررسی نتایج حاصل از اندازه ­گیری آنتن سه بانده مرکب، می­پردازیم.
ساختار کلی آنتن مرکب ساخته شده در شکل (۲-۴۳) نشان داده شده است. در این ساختار پچ اصلی باند اول با بهره گرفتن از یک کابل تغذیه می­ شود، در حالی که آنتن دوبانده در این ساختار با بهره گرفتن از کابل هم­محور تغذیه می­ شود.
شکل ۲-۴۳ : ساختار آنتن سه بانده مرکب ساخته شده [۶]
نتایج بدست آمده برای تلفات بازگشتی و ایزولاسیون بین باندهای مختلف در شکل­های (۲-۴۴) و (۲-۴۵) نشان داده شده است. در این حالت پهنای باندهای اندازه ­گیری شده برای سه باند به ترتیب برابر با ۸/۸% و ۲% و ۲/۷% (برای ۲) می­باشد. نسبت فرکانس­های رزنانس نیز برابر با ۶۹/۱= و۰۲/۲= می­باشد.
به منظور بررسی میزان افزایش پهنای باند به وسیله پچ­های پارازیتیک، پارامتر عدد شایستگی^[۲۳] را به صورت زیر تعریف می­کنیم.