طراحی و شبیه سازی آنتن فرکتالی کوچک شده
78 صفحه در قالب word
چکیده
امروزه از هندسه های فرکتالی در علوم زیادی استفاده میشود. بدون شک یکی از شاخههایی که هندسههای فرکتالی در آنها تاثیر زیادی گذاشته است الکترومغناطیس و انتشار امواج است. وجود خواص ذاتی هندسههای فرکتالی، باعث ایجاد ویژگیهای مناسبی در تشعشعکنندهها، منعکسکنندهها و آنتنها میگردد که باعث میگردد این ادوات عملکرد بهتری را در محیط داشته باشند. در این پایاننامه بررسی ساختارهای فرکتالی جهت طراحی و شبیهسازی آنتن با ابعاد کوچک مورد بررسی قرار میگیرد.
در ابتدا مروری بر هندسه فرکتالی خواهیم داشت سپس با چند نمونه از ساختارهای فرکتالی بهبود یافته با ابعاد کوچک شده شامل ساختارهای حلقوی، سه بعدی درختی و هیلبرتی و آنتنهای مایکرواستریپ آشنا می شویم اگر چه طراحی و ساخت این آنتن ها با مشکلات زیادی همراه می باشد، اما در بعضی از کاربردها که نیاز به آنتن با ابعاد بسیار کوچک می باشد استفاده از این نوع آنتن ها پیشنهاد می شود که به طور جامع به بررسی آنها خواهیم پرداخت.
در انتهای به منظور طراحی آنتن با مشخصات فوق در این پایان نامه دو نوع آنتن معرفی گردیده است.اولین ساختار یک آنتن مایکرواستریپ مربعی ساده با فرکانس3 تا GHZ5 با تغذیه پروب می باشد که نتایج شبیه سازی برای این آنتن ارائه شده است. دومین ساختار یک آنتن مایکرو استریپ با ابعاد کوچک شده می باشد که روند طراحی آن بر یک الگوی تکرار شونده استوار است نتایج شبیه سازی و اندازه گیری این آنتن نیز ارائه شده است.
کلمات کلیدی : آنتنهای فرکتالی[1]، آنتن مایکرواستریپ[2]
فهرست مطالب
فصل اول : معرفی هندسه فرکتالی و خواص آن
فصل دوم : آشنایی با ساختارهای فرکتالی بهبود یافته با ابعاد کوچک
2-2 کوچک سازی آنتن مایکرو استریپ با استفاده از ساختارهای فرکتالی.. 10
2-3-1 آنتن فرکتال حلقوی کخ.. 11
2-3-2 آنتن فرکتال حلقوی مینکوسکی.. 16
2-4 آنتن های سه بعدی درختی.. 21
2-4-1 مولد ساختار فرکتالی درختی.. 21
2-4-2 مولد ساختار فرکتالی درختی با زاویه متغیر. 25
2-4-3 ساختارهای فرکتالی درختی مرکب... 26
2-4-4 آنتن های درختی با شاخه مرکزی.. 28
2-4-5 آنتن درختی تک قطبی با بارگزاری راکتیو. 29
2-5- آنتن های سه بعدی هیلبرت... 34
2-5-1 ساختارهای هیلبرت سه بعدی معمولی.. 35
2-5-1-1 آنتن هیلبرت سه بعدی معمولی در فضای آزاد. 35
2-5-1-2 آنتن هیلبرت سه بعدی معمولی در داخل استوانه دی الکتریک... 37
2-5-2 آنتن هیلبرت سه بعدی معکوس.... 38
فصل سوم : آنتن های مایکرو استریپ
3-2 تعریف آنتن های مایکرو استریپ... 41
3-3 ویژگی های آنتن های مایکرو استریپ... 43
3-4 اصول اساسی عملکرد آنتن های مایکرواستریپ... 44
3-6 روش های تغذیه در آنتن های مایکرواستریپ... 46
3-6-2 تغذیه بروش خط مایکرو استریپی.. 47
3-6-3 تغذیه با کوپلینگ از روزنه. 48
3-6-4- تغذیه با استفاده از کوپلینگ الکترومغناطیسی مجاورتی.. 49
3-7 آنتن های مایکرواستریپ مجتمع. 51
3-8 روش های کاهش ابعاد آنتن مایکرواستریپ... 52
3-8-1 استفاده از اتصال کوتاه برای زیر لایه های نازک... 52
3-8-2 شکاف گذاری در صفحه ی تشعشعی آنتن.. 52
3-8-3 شکاف گذاری در صفحه زمین.. 53
3-8-4 استفاده از آنتن L شکل معکوس (PIL) 54
3-8-6 استفاده از بارگذاری دی الکتریک... 56
4-2 طراحی و شبیه سازی آنتن مایکرو استریپ ساده برای کاربرد 5 گیگاه هرتز. 58
4-2-1 پارامترهای طراحی آنتن.. 59
4-3 طراحی و شبیهسازی آنتن مایکرواستریپ کوچک شده 60
4-3-1 پارامترهای طراحی آنتن.. 60
مقدمه
به طور کلی با مشاهده طبیعت اطراف با بعضی از هندسههای خودمتشابهی برخورد میکنیم که از آنها میتوان به هندسه های فرکتالی یاد کرد. برای مثال، می توان به ساختار فرکتالی شاخه درختان، چشم انداز واقعی طبیعت غروب های خورشید، زمین های ناهموار، موج های روی دریاچه، خط ساحل، توپوگرافی بستر دریا و گیاهان و کوه ها اشکال مختلف ابرها اشاره کرد.
اولین بار ساختارهای فرکتالی توسط بنویت مندلبرت[1] در سال 1975 معرفی شدند، که این ساختارها دارای اشکالی بودند، که هر بخش از آنها ویژگی های کل ساختار را در یک مقیاس کوچکتر دارا بود. این تعریف یک خاصیت مهم این ساختارها را معرفی می کرد، که آن وجود طول نامحدود در حجم محدودی از این ساختارها بود. شکل (1-1) چند نمونه از ساختارهای فرکتالی ساده در طبیعت پیرامون ما را نشان می دهد، که مربوط به ساقه کاج، درخت و چشم انداز طبیعت می باشد. همان طور که در شکل های زیر مشاهده می کنید هر قسمت از این ساختارها از نظر خواص هندسی، همانند کل ساختار می باشند.
امروزه از هندسههای فرکتالی در علوم زیادی استفاده میشود. بدون شک یکی از شاخههایی که هندسه فرکتالی در آنها تأثیر زیادی گذاشته است، الکترومغناطیس و انتشار امواج است. وجود خواص ذاتی هندسههای فرکتالی، باعث ایجاد ویژگیهای مناسبی در تشعشعکنندهها، منعکسکننده ها و آنتنها میگردد که باعث میشود این ادوات عملکرد بهتری را در محیط داشته باشند.
در این پایاننامه انواع ساختارهای فرکتالی به عنوان یک آنتن بررسی میشوند و خواص انتشاری این ساختارها به صورت مجزا مورد بررسی قرار میگیرد. به طور کلی ساختارهای فرکتالی زیادی را میتوان جهت طراحی آنتن به کار برد.
در اینجا ما تمامی این ساختارها را در چند دسته کلی تقسیم میکنیم و خواص هر دسته را به تفصیل بیان می کنیم. ساختارهای فرکتالی که معمولاً در طراحی آنتن ها مورد استفاده قرار میگیرند به صورت قطعی[2] میباشند. به عبارت دیگر کلیه ساختارهای فرکتالی که در اینجا مورد بررسی قرار میگیرند خاصیت تصادفی نداشته و از یک رابطه جبری پیروی میکنند. به طوری که جهت ایجاد هر شکل فرکتالی میتوان از یک روش تکرارشونده مشخص استفاده کرد: نکته دیگر که در استفاده از هندسه فرکتالی جهت طراحی آنتن باید در نظر گرفت، روند تکرار هندسه فرکتالی پس از چندین تکرار میباشد. با توجه به اینکه در ساختارهای فرکتالی یک روند جبری به صورت تکرارشونده جهت انجام یک شکل فرکتالی استفاده میشود، باید توجه داشت که با توجه به محدودیتهای موجود در ساخت آنتن، نمیتوان تعداد تکرارها را از یک حد معینی افزایش داد. نقطه قطع تکرارها در ساختارهای مختلف فرکتالی، متفاوت میباشد و نمیتوان قانون کلی برای آن بیان نمود. باید توجه داشت که خواص آنتنهای فرکتالی با افزایش تعداد تکرارهای ساختار از یک حد معین، دیگر تغییر چندانی نکرده و خواص به حالت مشخصی همگرا میشوند.
به طور کلی آنتن های فرکتالی با استفاده از روش ممان[3] بررسی می شوند. در این فصل کلیه نتایج براساس شبیه سازی با استفاده از روش ممان بیان گردیده است.
شکل (1-2)، دسته بندی کلی آنتن های فرکتالی را نشان می دهد. آنتن های فرکتالی به سه ساختار کلی، آنتن های حلقوی، آنتن های دوقطبی و آنتن های فرکتالی چندبانده تقسیم بندی شده اند. آنتن های فرکتالی دوقطبی، آنتن های سیمی می باشند که در این شکل فقط یک بازوی آن نشان داده شده است، و بازوی دیگر به صورت قرینه این بازو نسبت به منبع تغذیه می باشد. از جمله مزایای آنتنهای فرکتالی دوقطبی در حالت کلی، کم شدن ارتفاع آنتن در مقایسه با آنتن دوقطبی معمولی، برای مقدار امپدانس ورودی ثابت میباشد. ساختارهای دوقطبی که در شکل زیر به آنها اشاره شده است، ساختار درختی[4] و ساختار کخ[5] میباشند. دسته دوم آنتنهای فرکتالی، آنتنهای حلقوی میباشند که استفاده از ساختارفرکتالی در این آنتنها سبب کاهش ابعاد آنتن و افزایش امپدانس ورودی میگردد.
چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود، ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل میباشد.
متن کامل با فرمت word را که قابل ویرایش و کپی کردن می باشد، می توانید در ادامه تهیه و دانلود نمائید.
طراحی و شبیه سازی آنتن فرکتالی کوچک شده
