شکل ۲-۱۱ : پترن تشعشعی برای آنتن سرپینسکی بهبود یافته مرتبه دوم با مثلث داخلی
(( 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. ))
۲-۳-۲-۱- کنترل تشعشعی برای آنتن سرپینسکی بهبود یافته مرتبه دوم با مثلث داخلی
در این قسمت هدف بررسی روشهای جابجایی فرکانس مدهای مختلف آنتن سرپینسکی بهبود یافته مرتبه دوم با مثلث داخلی، میباشد. به منظور اینکه طراح قابلیت جابجایی تمامی فرکانسهای رزنانس را داشته باشد، ساختار کلی آنتن سرپینسکی بهبود یافته مرتبه دوم با مثلث داخلی، به صورت شکل (۲-۱۲) تغییر یافته است.
در واقع این ساختار ترکیبی از دو ساختار آنتن بهبود یافته با مثلث داخلی و آنتن بهبود یافته با بازوهای تطبیق میباشد. در ادامه نحوه کنترل فرکانسهای رزنانس را برای ساختار شکل (۲-۱۲) نشان میدهیم. همانطور که در این شکل ملاحظه میکنید، ساختار کلی المان ۲ در این ساختار به منظور کنترل فرکانس اولین مد مرتبه بالا مورد استفاده قرار میگیرد. برای نمونه زمانیکه پارامتر در محدوده ۰ تا ۲/۴ تغییر می کند، فرکانس اولین مد مرتبه بالا در گستره ۴/۹ تا ۱۰ جابجا می شود. این درحالی است که تغییر پارامتر بر فرکانس رزنانس سایر مدها بیتأثیر میباشد. شکل (۲-۱۳) این نتایج را نشان میدهد. نکته قابل توجه دیگر این است که با تغییر پارامتر بر روی گستره فوق، پترن آنتن برای تمامی مدها همچنان بصورت تک گلبرگ باقی میماند.
شکل ۲-۱۲ : ساختار کلی آنتن سرپینسکی بهبودیافته با مثلث داخلی با قابلیت کنترل فرکانس
شکل ۲-۱۳ : کنترل فرکانس برای اولین مد مرتبه بالا برای آنتن سرپینسکی بهبودیافته با مثلث داخلی
برای کنترل فرکانس دومی مد مرتبه بالا از تغییر پارامترهای و ، که در شکل (۲-۹) مشخص شده اند استفاده می شود. تأثیر تغییر پارامترهای فوق بر روی فرکانس دومین مد مرتبه بالا در شکل (۲-۱۴) نشان داده شده است. همانطور که در این شکل ملاحظه میکنید، با تغییر پارامترهای از ۳/۱ تا ۲/۱، فرکانس دومین مد مرتبه بالا از ۷۶/۱۰ تا ۵۴/۱۲ تغییر می کند. این در حالی است که با تغییر این پارامتر، فرکانس رزنانس سایر مدها بدون تغییر باقی میمانند. نکته قابل توجه دیگر این است که با تغییر پارامترهای و بر روی گستره فوق، پترن آنتن برای تمامی مدها همچنان بصورت تک گلبرگ باقی میماند.
برای تغییر فرکانس مد غالب نیز میتوان از تغییر مقدار در ساختار شکل (۲-۹) استفاده کرد. با توجه به توضیحات این بخش، در آنتنهای سرپینسکی بهبودیافته با مثلث داخلی، برای کنترل فرکانس مد غالب از تغییر پارامتر ، برای کنترل فرکانس اولین مد مرتبه بالا از تغییر پارامترهای و و برای کنترل فرکانس رزنانس سومین مد مرتبه بالا از تغییر پارامتر استفاده می شود.
شکل ۲-۱۴ : کنترل فرکانس برای دومین مد مرتبه بالا برای آنتن سرپینسکی بهبود یافته با مثلث داخلی
۲-۴- آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکافها[۱۶]
در این بخش با نوعی دیگر از آنتنهای سرپینسکی بهبود یافته برای کاربردهای چندبانده آشنا میشویم. مزیت اصلی ساختار معرفی شده در این بخش نسبت به ساختارهای قبلی، افزایش کنترلپذیری بر روی فرکانسهای رزنانس میباشد. ساختارهایی که در این بخش مورد بررسی قرار میگیرند در واقع یک نوع آنتن سرپینسکی بهبود یافته با مثلث داخلی میباشند.
نکته قابل توجه در خصوص ساختارهای بررسی شده در این بخش، نحوه تغذیه آنها میباشد. در این بخش برای تغذیه آنتن فرکتالی از روش تزویج الکترومغناطیسی[۱۷] استفاده شده است. علت استفاده از این سیستم تغذیه، افزایش پهنای باند در باندهای مختلف رزنانس میباشد. بدین منظور سیستم تغذیه، در آنتنهای پیشنهاد شده در این بخش، از نوع تحریک با ساختار شکل میباشد. ساختار کلی این نوع تغذیه در شکل (۳-۱۵) نشان داده شده است. نوع زیرلایهای که برای آنتنها در این بخش مورد استفاده قرار گرفته است، میباشد که با خواص آن را در بخشهای قبلی آشنا شدیم.
شکل ۲-۱۵ : ساختار کلی سیستم تغذیه برای آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکافها [۲]
در این قسمت با آنتنهای بهبودیافته با شکاف، در تکرارهای اول و دوم آشنا میشویم. ساختار کلی این آنتنها در شکل (۲-۱۶) نشان داده شده است. همانطور که در این شکل ملاحظه میکنید، این آنتنها درواقع از آنتنهای سرپینسکی مرتبه اول و دوم تشکیل شده اند، به طوری که ناحیه خالی در ساختارهای سرپینسکی با شکافهایی جایگزین شده اند (قسمت خط چین در شکل (۲-۱۶) ساختار آنتن سرپینسکی اولیه را نشان میدهد).
توزیع جریان برای مدهای مختلف آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف در تکرار اول، در شکل (۲-۱۷) و توزیع جریان برای مدهای مختلف آنتن سرپینسکی بهبود یافته با شکاف در تکرار دوم، در شکل (۲-۱۸) نشان داده شده است.
شکل ۲-۱۶ : ساختار آنتن سرپینسکی بهبود یافته با شکاف در دو تکرار اول و دوم [۲]
این توزیع جریانها از نتایج شبیهسازی ساختارهای فوق توسط نرمافزار بدست آمده است. در طراحی این آنتنها پارامتر به نحوی انتخاب شده است که فرکانس رزنانس اصلی ساختار در ۵ قرار گیرد. پارامترهای که مربوط به مشخصههای شکافها میباشند، به نحوی انتخاب میشوند که تلفات بازگشتی برای فرکانسهای رزنانس در باندهای مختلف کمتر از ۱۰- باشند. سایر پارامترهای که مربوط به ابعاد المانهای داخلی آنتن میباشند، از روی ابعاد آنتن سرپینسکی معادل با این ساختار، به دست میآیند. و در نهایت پارامترهای سیستم تغذیه در این ساختار که شامل میباشند، با بهره گرفتن از آزمون سعی و خطا، به منظور ایجاد تطبیق مناسب در تمامی باندها و ایجاد توزیع جریانهای نشان داده شده در شکلهای (۲-۱۷) و (۲-۱۸)، به دست میآیند. در ادامه این بخش نتایج حاصل از شبیهسازی و اندازه گیری، برای خواص تشعشعی آنتن سرپینسکی بهبود یافته با شکاف، در دو تکرار اول و دوم مورد بررسی قرار میگیرد.
شکل ۲-۱۷ : توزیع جریان مدهای مختلف آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در تکرار اول [۲]
شکل ۲-۱۸ : توزیع جریان مدهای مختلف آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در تکرار دوم [۲]
شکل (۲-۱۹) تلفات بازگشتی را برای آنتنهای سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در دو تکرار اول و دوم نشان میدهد. دلیل تفاوت ناچیز بین نتایج مربوط به شبیهسازی و اندازه گیری، در این است که در شبیهسازی از زمین نامحدود استفاده شده است. همانطور که در شکل (۲-۱۹-) مشاهده میکنید، اولین فرکانس رزنانس برای آنتن سرپینسکی بهبود یافته با شکاف، در تکرار اول، در ۶۷/۳ قرار دارد که این فرکانس مربوط به توزیع جریان در مد اول برای این آنتن میباشد. دومین فرکانس رزنانس نیز در ۰۳/۶ قرار دارد که این فرکانس نیز مربوط به توزیع جریان در مد دوم برای این آنتن میباشد. البته همانطور که در شکل (۲-۱۷) مشاهده میکنید، مسیر جریان بریا مد اول از مسیر جریان برای دومین مد بزرگتر میباشد لذا فرکانس رزنانس این مد نیز از فرکانس رزنانس مد دوم کوچکتر میباشد.
شکل ۲-۱۹: تلفات بازگشتی برای آنتنهای سرپینسکی بهبود یافته با شکاف، در دو تکرار اول و دوم [۲]
شکل (۲-۱۹-) تلفات بازگشتی را برای آنتن سرپینسکی بهبود یافته با شکاف، در تکرار دوم نشان میدهد. با توجه به توزیع جریان نشان داده شده برای این ساختار در شکل (۲-۱۸)، به وضوح دیده می شود که با کاهش مسیر جریان از اولین تا چهارمین مد، فرکانس رزنانس افزایش مییابد. همانطور که ملاحظه میکنید خواص چندبانده بسیار مناسبی برای این آنتن به دست آمد. البته باید به این نکته توجه داشت که برای رسیدن به این خواص چندبانده پارامترهای سیستم تغذیه باید به طور مناسب انتخاب شوند. که این امر توسط شبیهسازیهای مختلف تحقق یافته است.
استفاده از کابل هممحور به جای سیستم تغذیه شکل، باعث افزایش تلفات بازگشتی به مقادیری بیشتر از ۱۰- میگردد، که مطلوب نمی باشد.
شکلهای (۲-۲۰) و (۲-۲۱)، بترتیب پترن تشعشعی را برای آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در دو تکرار اول و دوم نشان می دهند.
برای آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در تکرار اول پترن تشعشعی بریا اولین و دومین مد به صورت تک جهته میباشد. پلاریزاسیون اختلالی بریا این ساختار به اندازه ۲۰- کوچکتر از پلاریزاسیون پترن تشعشعی در جهت عمود، برای دو صفحه میباشد. نتایج اندازه گیری نیز نتایج فوق را برای ، تایید می کند.
شکل ۲-۲۰ : پترن تشعشعی برای آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در تکرار اول [۲]
در آنتن سرپینسکی بهبود یافته با شکاف، در تکرار دوم، به دلیل اینکه فرکانس مد چهارم دارای تلفات بازگشتی بالایی در مقایسه با سایر مدها میباشد، لذا معمولاً از این مد رزنانسی در این آنتن استفاده نمی شود و این آنتن را به عنوان یک آنتن سه بانده مورد استفاده قرار می دهند.
با توجه به این توضیحات پترن تشعشعی بریا اولین سه فرکانس رزنانس در شکل (۲-۲۱) نشان داده شده است. این پترنها برای تمامی فرکانسها کاملاً تک جهته بوده و گین اندازه گیری شده برای آنها به ترتیب برابر با ۸/۴، ۷/۴ و ۵/۶ میباشد. در ادامه این بخش به بررسی روشهای کنترل فرکانس برای آنتنهای سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در دو تکرار اول و دوم میپردازیم.
۳-۴-۱-۱- کنترل فرکانس آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکافها، در مرتبه اول
به طور کلی به منظور کنترل فرکانسهای رزنانس یک مد در یک آنتن از تغییر طول مسیر جریان آن مد، استفاده می شود.
شکل ۲-۲۱ : پترن تشعشعی برای آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در تکرار دوم [۲]
باتوجه به توزیع جریان برای دومین مد آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در مرتبه اول، مشاهده می شود که میتوان با تغییر پارامتر طول مسیر جریان را برای این مد تغییر داد و به این روش فرکانس دومین مد را کنترل کرد. شکل (۲-۲۲) تأثیر تغییر را بر روی فرکانس مد دوم نشان میدهد. از طرفی دیگر در این شکل تأثیر تغییر این پارامتر بر روی فرکانس سایر مدها و پترن تشعشعی مد دوم مورد بررسی قرار گرفته است. همان طور که در این شکل مشاهده میکنید با تغییر در بازه ۴/۳ تا ۴/۹، میتوان فرکانس دومین مد غالب را در بازه ۰۱/۶ تا ۱۶/۸ جابجا کرد. با تغییر در بازه ذکر شده پترن تشعشعی تغییر زیادی نمیکند و همواره به صورت تک جهته باقی میماند. اما در صورتی که به مقادیر کمتر از ۴/۳ تغییر کند، پترن تشعشعی دچار اختلال میگردد. به منظور بررسی دقیقتر تأثیر بر روی پترن تشعشعی از یک پارامتر کمکی به نام عمق گودی[۱۸] استفاده می شود، که میزان خرابی پترن را نشان میدهد.
فرکانس اولین مد نسبت به تغییرات ، ثابت است و بریا تغییر فرکانس مد اول از تغییر پارامتر استفاده می شود.
۳-۴-۱-۲- کنترل فرکانس آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکافها، در مرتبه دوم
همان گونه که در شکل (۲-۱۹-) مشاهده میکنید، فرکانس رزنانس دومین و سومین مد آنتن سرپینسکی بهبود یافته با شکاف، در مرتبه دوم، در فاصله نزدیک به هم میباشند. در بعضی از کاربردهای آنتن چندبانده فوق، نیاز به افزایش فاصله بین این دو مد فرکانسی وجود دارد. برای کنترل فرکانس دومین مد نسبت به سومین مد از تغییرات پارامترهای استفاده می شود. با توجه به توزیع جریان برای این آنتن به راحتی نتیجه می شود که تغییرات دو پارامتر به ترتیب باعث جابجایی فرکانس رزنانس دومین و سومین مد می شود. لازم به ذکر است که تغییرات بر روی فرکانس سومین مد و تغییرات بر روی فرمانس دومین مد، بیتأثیر میباشد.
شکل۲-۲۲ : تأثیر تغییر پارامتر بر روی مشخصههای تشعشعی آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در مرتبه اول [۲]
شکل (۲-۲۲) اثر تغییرات را بر روی فرکانس دومین مد نشان میدهد. همانطور که در این شکل مشاهده میکنید با تغییر در بازه ۳/۴ تا ۱۰، میتوان فرکانس دومین مد غالب را در بازه ۳۵/۵ تا ۹/۵ جابجا کرد. با تغییر در بازه ذکر شده پترن تشعشعی تغییر زیادی نمیکند و همواره بصورت تک جهته باقی میماند.
اثر تغییر بر روی سومین فرکانس رزنانس را نیز میتوان به روش قبلی بررسی کرد. در این حالت با تغییر در بازه ۴/۳ تا ۴/۹، میتوان فرکانس سومین مد غالب را در بازه ۷۳/۵ تا ۷۶/۷ جابجا کرد. کل (۲-۲۴) اثر تغییر پارامتر را بر روی سایر پارامترهای تشعشعی نشان میدهد. با توجه به نتایج بدست آمده در اشکال (۲-۲۳) و (۲-۲۴) میتوان مشاهده کرد که تأثیر تغییر پارامتر بر افزایش فاصله بین دومین و سومین مد، بیشتر از تأثیر پارامتر میباشد.
لذا جهت جابجایی بزرگ در فاصله بین فرکانسهای دومین و سومین مد، میتوان از تغییر پارامتر ، و برای جابجایی کوچک از تغییر پارامتر استفاده کرد.
شکل ۲-۲۳ : تأثیر پارامتر بر روی مشخصههای تشعشعی آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در مرتبه دوم [۲]
شکل ۲-۲۴ : تأثیر تغییر پارامتر بر روی مشخصههای تشعشعی آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در مرتبه دوم [۲]
۳-۴-۲- آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکافها، در مرتبه سوم
ساختار کلی آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در مرتبه سوم، در شکل (۲-۲۵) نشان داده شده است.
در این ساختار تعداد فرکانسهای رزنانس نسبت به دو حالت قبل افزایش چشمگیری مییابد، و لذا آنتن با تعداد باند عملکرد بیشتری داریم. شکل (۲-۲۶) توزیع جریان را برای مدهای مختلف این ساختار نشان میدهد. همانطور که در این شکل مشاهده میکنید، شش مسیر اصلی برای جریان وجود دارد که هر کدام از این مسیرها یک مد رزنانسی را تحریک می کنند. در اینجا نیز میتوان بیان کرد که هر مسیر جریان با طول الکتریکی بزرگتر، مدی با فرکانس کمتر را تحریک می کند.
شکل۲-۲۵ : ساختار کلی آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در مرتبه سوم [۲]
شکل ۲-۲۶ : توزیع جریان برای مدهای مختلف آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در مرتبه سوم [۲]
تلفات بازگشتی این آنتن نیز در شکل (۲-۲۷) نشان داده شده است. این شکل وجود خواص چندبانده مناسبی را برای این آنتن نشان میدهد. نکته قابل توجه در این شکل این است که فرکانس رزنانس مد ششم نشان داده نشده است. علت این امر نیز یکسان بودن فرکانس رزنانسی مد ششم و مد پنجم میباشد، که باعث میگردد این دو مد درهم ادغام شوند. البته این نکته را از روی مسیرهای جریان برای این دو مد نیز میتوان استنباط کرد. چرا که مسیر جریان برای دو مد ششم و پنجم با هم برابر میباشند.
شکل ۲-۲۷ : تلفات بازگشتی آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف، در مرتبه سوم [۲]
و در نهایت شکل (۲-۲۸) پترن تشعشعی را برای مد اول این آنتن نشان میدهد. به جز برای مد چهارم، برای سایر مدها پترن تشعشعی به صورت تک گلبرگ میباشد. علت عدم تک جهته بودن پترن برای مد چهارم در این ساختار، تأثیر مدهای مرتبه بالاتر نزدیک به مد چهارم میباشد. که این نکته در شکل (۲-۲۷) قابل مشاهده میباشد.
در این آنتن به منظور کنترل فرکانس رزنانس مدهای مختلف میتوان از تغییر پارامترهای استفاده کرد. تأثیر تغییرات پارامترهای فوق بر روی فرکانس رزنانس مدهای مختلف را، میتوان همانند بخشهای قبل برای آنتنهای تکرار اول و دوم مورد بررسی قرار داد.
۲-۵- آنتنهای سرپینسکی بهبود یافته چند لایه
یکی دیگر از روشهای رفع مشکلات آنتن سرپینسکی ساده، استفاده از ساختارهای چندلایه میباشد. نتایج اندازه گیری نشان میدهد که استفاده از این تکنیکها باعث بهبود خواص تشعشعی آنتن میگردد. ادامه این بخش با چند ساختار آنتنهای فرکتالی سرپینسکی چندلایه آشنا میشویم، و روش بهبود خواص تشعشعی در هرکدام از این ساختارها را مورد بررسی قرار میدهیم. شکل (۲-۲۹) ساختار کلی آنتن دولایه سرپینسکی با یک لایه توری شکل، را نشان میدهد. همانطور که در این شکل مشاهده میکنید، در این ساختار لایه پایینی یک آنتن سرپینسکی مرتبه دوم میباشد.
شکل ۲-۲۸ : پترن تشعشعی برای ۵ مد اول آنتن سرپینسکی بهبود یافته با شکاف، در مرتبه سوم [۲]
