معرفی آنتنهای میکرواستریپ

[samyar 3,407]

در کاربردهای هوافضا،ماهواره و موشکها که نیاز به اندازه کوچک ،نصب آسان و هزینه پایین است،از انتنهای با برجستگی کم همچون آنتنهای میکرواستریپ استفاده می کنند.

در حال حاضر کاربردهای اقتصادی همچون ارتباطات موبایل و مخابرات بی سیم مورد توجه قرار گرفته اند.

این آنتنها به دلیل آنکه با استفاده از تکنولوژی printed-circuit ساده وارزان ساخته می شوند مورد توجه قرار گرفته اند.از لحاظ مکانیکی نیز وقتی بر روی سطح سختی نصب گردند دارای دوام خوبی می باشند.همچنین با انتخاب اشکال مناسب می تواند مد انتشاری را تغییر داد.

آنتنهای میکرواستریپ دارای تنوع در فرکانس تشدید،قطبش،پترن و امپدانس می باشند.

از معایب اصلی آنتنهای میکرواستریپ می توان به بازدهی کم،توان پایین،Q بالا،پهنای باند فرکانسی کم نام برد.

البته در بعضی از کاربردها پهنای باند کم مطلوب می باشد.البته روشهای همچون افزایش ضخامت لایه زیرین می توان بازدهی و پهنای باند را گسترش داد.

البته این افزایش امواج سطحی که عاملی نامطلوب است را افزایش می دهد،به دلیل آنکه توان امواج موجود در محیط را جذب می کند.امواج سطحی در سطح لایه حرکت می کنند و در خمیدگی ها و ناپیوستگی ها سطحی(بریدگی های دی الکتریک و سطح زمین) پراکنده می شوندو موجب کاهش پترن آنتن و مشخصات قطبش می گردد.

امواج سطحی هنگامی که پهنای باند بزرگ باشد می تواند با استفاده از حفره ها(cavity) حذف گردند.

[samyar 3,407]

مقاله ای هم درموردتغيير دهنده هاي نوين فاز براي آنتن هاي آرايه بازتابي

ميكرواستريپي

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[samyar 3,407]

فواید اصلی :

 

آنتن های پچ برای تولیداتی که از فیلم های نازک و ضخیم استفاده می کنند بسیار ارزان می باشد. این آنتن ها برای ترم هایی که در فرکانس میانی کار می کنند و برای پلاریزاسیون و امپدانس ورودی بسیار مناسب می باشند. همچنین این نوع آنتن ها برای سطح های صاف و ناصاف بسیار عالی می باشند .

 

اشکالات اصلی :

 

این آنتن ها بهره پایینی دارند که منجر به انتشار موج های سطحی می شود. اینها الملن های نواری نازک می باشند ، این آنتن ها اگر بصورت مناسب طراحی نشوند دارای پلاریزاسیون با خلوص کم خواهند شد.

فواید اصلی :

 

آنتن های پچ برای تولیداتی که از فیلم های نازک و ضخیم استفاده می کنند بسیار ارزان می باشد. این آنتن ها برای ترم هایی که در فرکانس میانی کار می کنند و برای پلاریزاسیون و امپدانس ورودی بسیار مناسب می باشند. همچنین این نوع آنتن ها برای سطح های صاف و ناصاف بسیار عالی می باشند .

 

اشکالات اصلی :

 

این آنتن ها بهره پایینی دارند که منجر به انتشار موج های سطحی می شود. اینها الملن های نواری نازک می باشند ، این آنتن ها اگر بصورت مناسب طراحی نشوند دارای پلاریزاسیون با خلوص کم خواهند شد.

 

گین ، پلاریزاسیون و پترن :

 

تعریف گین :

 

تعریف گین به روش های مختلفی بیان شده است ، و ما احساس می کنیم که تعریف کردن دقیق یعنی اینکه ما چگونه می خواهیم از این عبارت استفاده کنیم. از تعریف ارایه شده توسط IEEE که برای مقایسه نیروی تحویل داده شده آنتن زیر تست (AUT) که بوسیله امپدانس و پلاریزاسیون منبع همه جهته تطبیق شده تشعشع می کند ،استفاده می شود.

 

بنابراین ، هنگام گزارش دادن در مورد گین فقط دایرکتیویته و بهره را ارایه می کنیم و امپدانس و پلاریزاسیون تطبیق نشده در محاسبات را به حساب نمی آوریم.

 

واحد کامل گین dBi می باشد. روش های دیگر گزارش گین dBd,dBic می باشد. تبدیل از dBi به dBic ،شامل محاسبه ضریب تصحیح گین می باشد.

 

در مورد پلاریزاسیون و پترن اندازه گیری ها ، ما فقط ماکزیمم دایرکتیویته راکه به عنوان گین نرمالیزه شده در نظر گرفته می شود را ارایه می کنیم.

 

مد تست :

 

سرانجام ، قبل جستجو در اندازه گیری ها ما باید تکنیک های به کار رفته شده به منظور جمع آوری اطلاعات را امتحان کنیم.

 

گین با استفاده از روش های انتقال گین جایی کاربرد دارد که از آنتن های منعکس کننده سهموی تخت استفاده می شود.( برای تبدیل به حالت گین استانداردdipole-fed) گین استاندارد آنتن ها به وسیله روش های آنتن های سه تایی مدرج می شوند و در chamberبزرگ و مجزا به وسیله گین استاندارد شیپوری تعریف می شوند.

 

محاسبات پلاریزاسیون با استفاده از روش های پترن پلاریزاسیون تعیین می شود.آنتن پلاریزه شده خطی در AUT به نتیجه رسیده است، در این روش 360 درجه چرخانده شده است و محاسبات گین نسبی ثبت شده است. نتایج این پترن ها نسبت محوری (AR :Axial Ratio) را ارایه می کند ف اما هیچ اشاره ای به نوع پلاریزاسیون یا خلوص پلاریزاسیون نکرده است . شکل شماره 1 .

 

برای تعیین راستگرد بودن یا چپگرد بودن پلاریزاسیون ما نیازمند آزمایش دوم با استفاده از آنتن پلاریزه شده دایروی جهت دار هستیم . شکل شماره 2 .

 

برای انتخاب گین استاندارد ما با محدودیت هایی در رابطه با اندازه chamber های غیر منعکس کننده روبرو هستیم. ما می خواهیم بتوانیم chamber را در داخل آزمایشگاه با کمترین تفکیک پذیری فیزیکی آنتن ، تطبیق کنیم . chamber نهایی حدود 1 m^3 بوده و به دو تکه جدا از هم تقسیم شده که می تواند از داخل یک تک لنگه ای عبور داده شود. گین استاندارد شیپوری بزرکتر از آنست که که اجازه تست شرایط میدان راه دور داده شود.

 

مدل مداری :

 

شکل 3 یک مدل انتقال خطی برای آنتن پچ پلاریزه شده دایروی با منیع تغذیه تک نقطه ای را نمایش می دهد. ورودی در قسمت مرکزی پایین نمایش داده شده است. در سمت چپ نقطه ورودی یک آنتن میکرواستریپ می باشد که با lable tab علامت گذاری شده است و در سمت راست نقطه ورودی خط انتقال با lable l-tab علامت گذاری شده است.اندازه l تقریبا نصف طول موج می باشد و قسمت انتهایی هر یک از این آنتن ها هر یک از خطوط یک ترکیب موازی از ظرفیت الکتریکی fring شده (به خاطر اینکه خط تمام شده است ) و یک مقاومت تشعشعی می باشد ، چون بیشتر شبیه سازی های خطی شامل یک مدل دقیق برای انتهای خطوط میکرواستریپ هستند ، یک تمرین خوب برای استفاده در شبیه سازی می باشند. خط سوم میکرواستریپ طولی برابر l دارد که به صورت موازی با دو خط l-tab,tab از طریق المان های علامت گذاری شده معکوس کننده وصل شده اند .

 

یک مقاومت با مقدار Rr در انتهای خطوط انتقال وجود دارد . این المان ها توان خروجی از آنتن را به فرم تشعشعی نمایش می دهند . دستورالعمل محاسبه Rr در [1] ارایه شده است . یک معکوس کننده ایده ال مشخصاتی از ترانسفورمر و یک شیفت دهنده فازی ±90 را ترکیب می کند. در بسیاری از انواع معکوس کننده ها ، مشاهده 1/4 طول موج آسانتر است.

 

معکوس کننده نشان داده شده در شکل 3 ،1/4 طول موج فیزیکی را ارایه نمی دهد، آن فقط چکیده ای برای ساختن مدل بدست آمده از نتایج درست می باشد.ما باید یک رابطه مستقیم را بین پهنای باند chamfer و کوپل شدن بین مدهای اصلی و ثانویه مشاهده کنیم . یک chamfer پهن منجر به کوپلینگ بزرگتر می شود. بنابراین یک رابطه معکوس بین chamfer و پهنا وجود دارد که در شکل 4 ارایه شده است و مشخصات امپدانس موهومی 1/4 طول موج در شکل 3 نشان داده شده است. شکل 5 نتایج مدل خط انتقال شکل 3 را با تلفات برگشتی با شش نمونه پچ در شکل شماره 4 ارایه شده است ، را مقایسه می کند.خواص اسمی فیزیکی نمونه ها به قرار زیر است:

 

l = w = 19.9 mm h = 0.4 mm

 

cham = 1.50 mm εr = 20

 

تاثیرات صفحات پایینی :

 

شیفت فرکانسی :

 

مدل های خطوط انتقال پیش بینی شده ، fc و ضریب انعکاس با دقت کافی برای کمک کردن در طرح اصلی المان پچ را بر عهده دارند. ام اثرات مشاهده شده زمانی که المان بر روی قسمت های مختلف صفحات پایینی جای داده شده به حساب نمی آیند ، شکل 6 .

 

توجه به این نکته که رابطه بین صفحه پایینی محیط و fc در نوع شکل صفحات پایینی یا موقعیت المان های پچ بر روی صفحه پایینی وابستگی چندان زیادی ندارد، در حالت عمومی ما مشاهده می کنیم که صفحه پایینی بزرگتر fcپچ را به سمت بالا با کم کردن اثر شیفت می دهد. جا دادن المان در نزدیکی لبه ها منجر به کم شدن fc می شود.

 

گین :

 

در شکل 7 اثرات اندازه صفحه پایینی در گین اندازه گیری شده با المان پچ 25mm^2 نشان داده شده است .همانطوریکه نمودار نشان می دهد گین با اندازه صفحه پایینی افزایش می یابد . شکل صفحه پایینی در مورد گین مهم نمی باشد .

 

نسبت محوری :

 

شکل 8 رابطه بین سایز صفحه پایین با AR (Axial Ratio ) را نشان می دهد. اینجا این رابطه خیلی مهم نمی باشد چون المان پچ برای کارکردن روی صفحه 35mm^2 طراحی شده است.

 

جا دادن المان ها برروی مکان های مختلف منجر به تضعیف کارکرد می شود. در مجموع مشاهده شد که نسبت محوری منجر به بهبودی شرایط ، با افزایش سطح صفحه پایینی می شود. اما یک کارکرد مناسب با هر اندازه صفحه ای ممکن می باشد به شرط اینکه المان ها برای محیط بهینه شده باشند.

 

شکل 8 اشاره دارد که جا دادن المان پچ پلاریزه شده دایروی بر روی سطح پایینی مربعی به صورت ذاتی به یک آنتن خطی تغییر می دهد. نسبت محوری از 4db زمانی که سطح پایینی 60mm^2 دایروی تا 10db زمانی که بر روی یک سطح 35*102mm سوار شده است، میباشد.

 

شکل 9 سوینیپ S11 فرکانسی را برای المان 25mm منفرد نصب شده بر روی سه سطح پایینی مختلف : 35*102mm , 60mm^2 با پچ مرکزی شده و 35*12mm با پچ جا داده شده در نزدیکی لبه های نازک را نشان می دهد. زمانی که یک پچ در مرکز سطح مربعی جا داده شود ، یک مینیمم را در S11 مشاهده می کنیم که این در رابطه با fc می باشد.

 

زمانی که پچ در مرکز سطح یک مستطیل جا داده شود ، ما دو مینیمم را در S11 مشاهده می کنیم ، یکی با بالا و یکی به پایین که در فرکانس شیفت شده است. میانگین دو فرکانس تقریبا حدود fc در اولین مورد است .زمانی که پچ در نزدیک لبه نازک سطح مربعی جا داده شود ما دوباره دو مینیمم را برای S11 مشاهده می کنیم . در این حالت میانگین فرکانسی (fc) برای دو مینیمم کمتر از دو مورد اولی است . فرخواندن المان های آنتن نشان می دهد که سیگنال دریافتی پلاریزه شده دایروی راستگرد است. بنابراین گین آنها باید برای محاسبه پلاریزاسیون عدم تطابق یافته که بر روی صفحه پایین تاثیر گذاشته تصحیح شود. جدول 1 تنظیمات را نشان می دهد. ما می بایستی زمانی که المان پچ برای صفحه پایینی بهینه شده است ،تا اثرات پلاریزاسیون عدم تطابق یافته را کم کند و رابطه بین سطح پایینی و گین ترمیم شده را نشان دهیم.

 

بهینه سازی :

 

اندازه گیری های فرکانس ، گین ، پهنای باند و نسبت محوری که برای چهار آنتن پچ 25mm^2 مختلف که بر روی صفحات پایینی مختلفی نصب شده اند در جدول 2 ارائه گردیده است. نمونه اول بر روی صفحه پایین 35mm^2 نصب شده است. چون همه نمونه ها بهینه شده اند دیگر این پچ استاندرد سازی ندارند .

 

دومین نمونه در صفحه پایین 35mm*۱۰۲mm نصب شده است . آن برای فرکانس و نسبت محوری روی صفحه پایینی مربعی در همان محیط استاندارد سازی شده است . همچنین نمونه سوم بر روی صفحه پایینی 35mm*102mm نصب شده است ولی این بار هم فرکانس و هم نسبت محوری بر روی صفحه پایینی 35mm*102mm یکسان می شود.

 

نمونه چهارم برای فرکانس و نسبت محوری زمانی که بر روی صفحه پایینی 150mm^2 نصب شده است . اندازه گیری های پترن پلاریزاسیون برای چهار نمونه در شکل 15 ارائه شده است . نحوه تنظیمات را در شکل های 7,6,4,3 ارئه می کند . ما می توتنیم فرکانس تشدید شده مدهای ثانویه و اولیه که با تغییر طول و عرض المان های پچ تنظیم شوند را ببینیم .

 

شکل 7 اندازه صفحه پایینی که روی فرکانس مد داده شده تاثیر می گذارد پیشنهاد می کند . بنابراین بهینه سازی المان برای صفحه پایینی شامل یکسان سازی و تنظیم مدهای تشدید شده مجزا برای المان های پچ می باشد . محدودیت های بهینه سازی شده فوق در شکل شماره 7 خاطر نشان شده است.

 

چون گین با اندازه صفحه پایین متناسب است ، ما نباید انتظار یک نسبت محوری خوب با صفحه پایینی دراز و نازک را داشته باشیم. با وجود این مدل های فرکانسی می توانند با استفاده از تیون المان های پچ تنظیم شوند ، اما گین نقاط تکی به تنهایی قادر به این کار نمی باشند . بنابراین جدول 2 نشان می دهد که : یک نسبت محوری کمتر از 3db بر روی صفحات پایینی دراز ونازک ، قابل دسترسی با استفاده از تیون کردن المان پچ نمی باشد.

 

سایز المان :

 

تغییر اندازه پچ یک اثر قابل پیشگویی به روی مشخصات المان دارد . به منظور درک فرکانس داده شده در یک المان با سایز کوچک ضریب نفوذپذیری باید افزایش یابد . مدل های خط انتقال اهمیت εr , fc داده شده را پیشگویی می کند و به صورت ناهنجار پهنای باند صحیح را نشان می دهد .

 

محاسبات [1] نشان می دهد پترن های تشعشعی باید به صورت پایداری با تغییر سایز المان باقی بماند چرا که بدیهی است :w

[electromagnetics 11]

از توضیحاتتون خیلی ممنون ولی در متن یک سری اشکالی که اشاره کردید نمایش داده نشده

اگه شکل ها رو بذارید ممنون میشم