پایان نامه ارشد رشته برق الکترونیک گرایش برق-میدان:تحلیل،شبیه سازی و ساخت آنتن میکرواستریپ بهینه شده با رولایه متامتریال و استفاده از |
 |
فهرست مطالب
عنوان .. صفحه
فصل اول : مقدمه
1-1-آنتن میکرو استریپ.. 2
1-1-1-موج بر روی آنتن میکرو استریپ.. 3
-2-1-1 امواج سطحی. 3
-3-1-1امواج نامتراکم. 5
-4-1-1امواج هدایت شونده. 5
1-1-5- مشخصات آنتن میکرو استریپ.. 6
-2-1فرامواد. 6
1-2-1- مواد ENG.. 10
1-2-2- مواد MNG.. 11
1-2-3- موادDNG.. 13
1-2-4- کاربرد فرامواد.. 16
1-3- الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات.. 17
1-4-اهداف پروژه.. 21
فصل دوم : مباحث کلی آنتن میکرواستریپ
2-1- مقدمه.. 23
2-2- مزایا و معایب.. 25
2-3- روش های تغذیه.. 26
2-3-1- تغذیه به روش خط میکرو استریپ.. 26
2-3-2- کابل هم محور.. 27
2-3-3- تغذیه به روش تزویج روزنه ای.. 28
2-3-4- تغذیه به روش تزویج الکترو مغناطیسی.. 29
2-4- روش های تحلیل آنتن میکرو استریپ.. 30
2-4-1- مدل خط انتقال.. 31
2-4-2- مدل حفره تشدید.. 34
2-5- الگوی تشعشعی.. 37
2-6- بازده تشعشعی.. 39
2-7- پهنای باند. 41
2-8- امپدانس ورودی.. 42
فصل سوم : مباحث کلی فرامواد
3-1- مقدمه.. 45
3-2- انتشار امواج در مواد چپ گرد.. 46
3- 3- چگالی انرژی و سرعت گروه.. 48
3-4- ضریب شکست.. 50
3-5- خواص دیگر فرامواد.. 51
3-5-1- اثر داپلر معکوس.. 51
3-5-2- تشعشع چرنکوف بازگشتی.. 52
3-6- ضرایب انتقال و انعکاس.. 54
3-6-1- محاسبه ضرایب انتقال و انعکاس در وجه مشترک 54
3-6-2- محاسبه ضرایب انتقال و انعکاس تیغه فرامواد 56
3-7- کاربرد فرامواد در آنتن.. 57
3-7-1- استفاده از فرامواد به عنوان رولایه آنتن میکرو استریپ.. 58
فصل چهارم : مباحث کلی استخراج پارامترهای محیطی فرامواد
4-1- مقدمه.. 66
4-2- روش Smith. 66
4-3- روش Ziolkowski 69
4-4- روش Nicolson Ross Weir. 71
4-5- کاربرد روش های استخراج پارامترهای محیطی.. 73
4-5-1 سیم باریک.. 73
4-5-2- SRR.. 75
4-5-3 ترکیب سیم باریک و SRR.. 77
فصل پنجم : مباحث کلی الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات
5-1- مقدمه.. 83
5-2- ساختار الگوریتم تجمع ذرات.. 84
5-3- تعیین پارامترهای الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات 90
5-4- شرایط مرزی.. 96
5-5- کاربرد.. 99
فصل ششم : مدل‌سازی
6-1- مقدمه.. 103
6-2- ساختار فراماده اول.. 105
6-3- ساختار فراماده دوم.. 109
6-4- ساختار فراماده سوم.. 114
6-5- ساختار فراماده چهارم.. 118
فصل هفتم : نتایج
7-1- مقدمه.. 124
7-2- طراحی آنتن میکرواستریپ با استفاده از ساختار فراماده اول 125
7-3- طراحی آنتن میکرواستریپ با استفاده از ساختار فراماده دوم 129
7-4- طراحی آنتن میکرواستریپ با استفاده از ساختار فراماده سوم 133
7-5- طراحی آنتن میکرواستریپ با استفاده از ساختار فراماده چهارم.. 137
7-6- ساخت آنتن میکرواستریپ با استفاده از ساختار فراماده اول 141
فصل هشتم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات
8-1- نتایج.. 146
8-2- پیشنهادات.. 147
مراجع.. 148
فهرست جداول
عنوان .. صفحه
جدول 5-1: تعریف پارامترهای الگوریتم تجمع بهینه سازی ذرات 84
جدول 7-1: ابعاد آنتن میکرواستریپ بر اساس فرکانس نوسان ساختار فراماده اول.. 126
جدول 7-2: ابعاد آنتن میکرواستریپ بر اساس فرکانس نوسان ساختار فراماده دوم.. 130
جدول 7-3: ابعاد آنتن میکرواستریپ بر اساس فرکانس نوسان ساختار فراماده سوم.. 134
جدول 7-4: ابعاد آنتن میکرواستریپ بر اساس فرکانس نوسان ساختار فراماده چهارم.. 138
فهرست شکل‌ها
عنوان .. صفحه
شکل 1-1: دوقطبی در نظر گرفته شده بر روی آنتن میکرو استریپ (Garg et al., 2000) 3
شکل1-2 : امواج سطحیGarg et al , 2000)). 4
شکل 1-3 : امواج نامتراکم Garg et al , 2000)). 5
شکل 1-4 : انتشار امواج در محیط راست گرد( Veselago ,1968) 7
شکل 1-5 : انتشار امواج در محیط چپ گرد( Veselago ,1968) 8
شکل 1-6 : اولین آرایه SRR ساخته شده در سال 1998(Smith et al., 2000) 9
الکتریکی منفی( .(Pendry et al., 1998. 10
شکل 1-8 : ساختار سلول واحد با خاصیت ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی منفی Limaye, 2006)).. 12
شکل 1-9 : نمودار ضریب نفوذ پذیری 
مغناطیسی برحسب فرکانس ( .(Limaye, 2006. 13
شکل 1-10 : سلول واحد محیط DNGالف)ساختار یک بعدی ب) ساختار دو بعدی(Limaye, 2006) 15
شکل 1-11 : مدل خط انتقال( .(Caloz et al., 2005. 16
شکل 1-12 : شمای عملیاتی الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات 20
شکل 2-1 : ساختار کلی آنتن میکرو استریپ با پچ مستطیلی( .(Balanis,1997 24
شکل 2-2 : اشکال رایج پچ آنتن میکرواستریپ( .(Garg et al., 2001. 24
شکل 2-3 : تغذیه به روش خط میکرو استریپ( .(Garg et al., 2001. 27
شکل 2-4 : تغذیه به روش کابل هم محور ( .(Garg et al., 2001. 28
شکل 2-5 : تغذیه به روش تزویج روزنه ای( .(Garg et al., 2001. 29
شکل 2-6 : تغذیه به روش تزویج الکترومغناطیسی( .(Garg et al., 2001. 30
شکل 2-7 : خط میکرو استریپ( .(Garg et al., 2001. 32
شکل 2- 8 : خطوط میدان الکتریکی( .(Garg et al., 2001. 32
شکل 2-9 : آنتن پچ میکرو استریپ ( .(Balanis, 1997. 33
شکل 2-10 : توزیع بار و ایجاد چگالی جریان در پچ میکرو استریپ .(Lo et al., 1979) 35
شکل 2-11 : جریان الکتریکی مد (0و1) .(Gardiol, 1995) 38
شکل 2-12 : جریان مغناطیسی مد (0و1) .(Gardiol, 1995) 38
شکل 2-13 : مدار معادل آنتن پچ میکرو استریپ.(Jackson et al., 1997) 43
شکل 3-1 : طبقه بندی مواد بر اساس ضریب گذردهی الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی.(Engheta et al., 2006) 45
شکل 3-2 : جهت بردار های ، ، و در محیط
راست گرد .(Shamonina et al., 2002) 47
شکل 3-3 : جهت بردار های ، ، و در محیط
چپ گرد .(Shamonina et al., 2002) 47
شکل 3-4 : نمایش شکست موج در محیط چپ گرد.(Marques et al., 2007) 51
شکل 3-5 : تشعشع چرنکوف در محیط راست گرد.(Marques et al., 2007) 53
شکل 3-6 : تشعشع چرنکوف در محیط چپ گرد.(Marques et al., 2007) 53
شکل3-7 : میدان در نزدیکی سطح محیط راست گرد و چپ گرد(Engheta et al., 2006)… 55
شکل3-8 : استفاده از فرامواد به عنوان رولایه آنتن میکرواستریپ(Chainmool et al., 2009)… 60
شکل3-9 : بهره آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه و مقایسه آن با بهره آنتن بدون رولایه(Chainmool et al., 2009). 61
شکل 3-10 : سلول واحد فرامواد(Majid et al., 2009)… 61
شکل 3-11 : بهره آنتن میکرو استریپ در صفحه E (Majid et al., 2009). 62
شکل 3-12 : بهره آنتن میکرو استریپ در صفحه H (Majid et al., 2009). 62
شکل 3-13 : سلول واحد فرامواد(Chainmool et al., 2010)… 63
شکل 3-14 : ساختار آنتن به همراه فرامواد به رولایه(Chainmool et al., 2010). 63
شکل 3-15 : بهره آنتن میکرو استریپ به همراه رولایه فرامواد(Chainmool et al., 2010)… 64
شکل 4-1 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکست سیم باریک بر حسب فرکانس با استفاده از روش Smith . (Wakatsuchi, 2011) 74
شکل 4-2 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکست سیم باریک بر حسب فرکانس با استفاده از روش Ziolkowski . (Wakatsuchi, 2011) 74
شکل 4-3 : نمودار قسمت حقیقی امپدانس موجSRR بر حسب فرکانس با استفاده از روش Smith . (Wakatsuchi, 2011) 75
شکل 4-4 : نمودار قسمت حقیقی امپدانس موج SRRبر حسب فرکانس با استفاده از روش Ziolkowski . (Wakatsuchi, 2011) 76
شکل 4-5 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکستSRR بر حسب فرکانس با استفاده از روش Smith . (Wakatsuchi, 2011) 75
شکل 4- 6 : نمودار قسمت حقیقی ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی SRR بر حسب فرکانس با استفاده از روش Ziolkowski . (Wakatsuchi, 2011) 77
شکل 4-7 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکست فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روش Smith . (Wakatsuchi, 2011) 78
شکل 4-8 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکست فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روش Ziolkowski . (Wakatsuchi, 2011) 79
شکل 4-9 : نمودار قسمت حقیقی ضریب گذردهی الکتریکی فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روش Ziolkowski . (Wakatsuchi, 2011) 79
شکل 4-10 : نمودار قسمت حقیقی ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روش Ziolkowski . (Wakatsuchi, 2011) 80
شکل 4-11 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکست فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روشNRW . (Wakatsuchi, 2011) 80
شکل 4-12 : نمودار قسمت حقیقی ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روشNRW . (Wakatsuchi, 2011) 81
شکل 4-13 : نمودار قسمت حقیقی ضریب گذردهی الکتریکی فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روش NRW . (Wakatsuchi, 2011) 81
شکل 5-1 : نمای کلی از حرکت ذرات بر اساس بهترین مکان ذره و گروه در فضای دو بعدی (Robinson et al., 2002) 89
شکل 5-2 : تابع sinc در فضای دو بعدی (Robinson et al., 2004) . 90
شکل 5-3 : مکان و جهت سرعت ذرات در تکرار اول جهت یافتن بیشینه تابع sinc در فضای دو بعدی (Robinson et al., 2004)… 91
شکل 5-4 : مکان و جهت سرعت ذرات در تکرار دویست جهت یافتن بیشینه تابع sinc در فضای دو بعدی (Robinson et al., 2004) … 91
شکل 5-5 : نمودار شایستگی بر حسب تکرار ساختار بهینه سازی تجمع ذرات جهت یافتن بیشینه تابع sinc در فضای دو بعدی با وزن اینرسی 9/0. (Robinson et al., 2004) 93
شکل 5-6 : نمودار شایستگی بر حسب تکرار ساختار بهینه سازی تجمع ذرات جهت یافتن بیشینه تابع sinc در فضای دو بعدی با وزن اینرسی 4/0. (Robinson et al., 2004) 94
شکل 5-7 : نمودارمکان ذرات بر حسب تکرار ساختار بهینه سازی تجمع ذرات جهت یافتن بیشینه تابع sinc در فضای دو بعدی با تغییر خطی وزن اینرسی دربازه9/0-4/0 (Robinson et al., 2004) 94
شکل 5-8 : نمودار شایستگی بر حسب تکرار ساختار بهینه سازی جهت یافتن بیشینه تابع sinc در فضای دو بعدی با تغییر خطی وزن اینرسی دربازه9/0-4/0 (Robinson et al., 2004) 95
شکل 5-9 : شرط مرزی دیواره های جاذب در فضای دو بعدی. (Robinson et al., 2004) 98
شکل 5-10 : شرط مرزی دیواره های انعکاسی در فضای دو بعدی (Robinson et al., 2004) 98
شکل 5-11شرط مرزی دیواره های غیر قابل تشخیص در فضای دو بعدی . (Robinson et al., 2004) 98
شکل 5-12 : بهینه سازی پارامترهای آنتن.. 105
شکل 6-1 : ساختار سلول واحد فراماده اول.. 105
شکل 6-2 : نمودار اندازه ساختار فراماده اول با فاصله هوایی 3/0میلی متر بر حسب فرکانس.. 106
شکل 6-3 : نمودار اندازه ساختار فراماده اول با فاصله هوایی اولیه و مقدار بدست آمده از الگوریتم بهینه سازی بر حسب فرکانس.. 107
شکل 6-4 : نمودار ضریب شکست ساختار فراماده اول بهینه شده بر حسب فرکانس.. 108
شکل 6-5 : نمودار ضریب نفوذپذیری مغناطیسی ساختار فراماده اول بهینه شده بر حسب فرکانس.. 108
شکل 6-6 : نمودار ضریب گذردهی الکتریکی ساختار فراماده اول بهینه شده بر حسب فرکانس.. 109
شکل 6-7 : ساختار سلول واحد فراماده دوم.. 110
شکل 6-8 : نمودار اندازه ساختار فراماده دوم با فاصله هوایی 3/0میلی متر بر حسب فرکانس.. 111
شکل 6-9 : نمودار اندازه ساختار فراماده دوم با فاصله هوایی اولیه و مقدار بدست آمده از الگوریتم بهینه سازی بر حسب فرکانس.. 111
شکل 6-10 : نمودار ضریب شکست ساختار فراماده دوم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 112
شکل 6-11 : نمودار ضریب گذردهی الکتریکی ساختار فراماده دوم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 112
شکل 6-12 : نمودار ضریب نفوذپذیری مغناطیسی ساختار فراماده دوم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 113
شکل 6-13 : ساختار سلول واحد فراماده سوم.. 115
شکل 6-14 : نمودار اندازه ساختار فراماده سوم با فاصله هوایی 2/0میلی متر بر حسب فرکانس.. 115
شکل 6-15 : نمودار اندازه ساختار فراماده سوم با فاصله هوایی اولیه و مقدار بدست آمده از الگوریتم بهینه سازی بر حسب فرکانس 116
شکل 6-16 : نمودار ضریب شکست ساختار فراماده سوم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 116
شکل 6-17 : نمودار ضریب گذردهی الکتریکی ساختار فراماده سوم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 117
شکل 6-18 : نمودار ضریب نفوذپذیری مغناطیسی ساختار فراماده سوم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 117
شکل 6-19 : ساختار سلول واحد فراماده چهارم.. 119
شکل 6-21 : نمودار اندازه ساختار فراماده چهارم با فاصله هوایی اولیه و مقدار بدست آمده از الگوریتم بهینه سازی بر حسب فرکانس 120
شکل 6-22 : نمودار ضریب شکست ساختار فراماده چهارم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 120
شکل 6-23 : نمودار ضریب گذردهی الکتریکی ساختار فراماده چهارم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 121
شکل 6-24 : نمودار ضریب نفوذپذیری مغناطیسی ساختار فراماده چهارم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 121
شکل7-1 : آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده اول 127
شکل7-2 : بهره آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده اول 127
شکل7-3 : بهره آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 128
شکل7-4 : سمت گرایی آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده اول.. 128
شکل7-5 : سمت گرایی آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 129
شکل7-6 : آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده دوم 131
شکل7-8 : بهره آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 132
شکل7-9 : سمت گرایی آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده دوم.. 132
شکل7-10 سمت گرایی آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 133
شکل7-11 : آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده سوم 135
شکل7-12 : بهره آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده سوم 135
شکل7-13 : بهره آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 136
شکل7-14 : سمت گرایی آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده سوم.. 136
شکل7-15 : سمت گرایی آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده.. 137
شکل7-16 : آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده چهارم 139
شکل7-17 : بهره آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده چهارم 139
شکل7-18 : بهره آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 140
شکل7-19 سمت گرایی آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده چهارم.. 140
شکل7-20 : سمت گرایی آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده.. 141
شکل7-21 : نمای فوقانی آنتن میکرواستریپ ساخته شده با استفاده از رولایه فراماده اول.. 142
شکل7-22 : نمای جانبی آنتن میکرواستریپ ساخته شده با استفاده از رولایه فراماده اول.. 143
شکل7-23 : مقایسه بهره آنتن میکرواستریپ شبیه سازی و ساخته شده با استفاده از رولایه فراماده اول.. 143
شکل7-24 : مقایسه الگوی تشعشی آنتن میکرواستریپ شبیه سازی و ساخته شده با استفاده از رولایه فراماده اول الف) H-plane ب) E-plane 144
فصل اول
مقدمه
1-1- آنتن میکرو استریپ
ارتباط اولیه بشر از طریق ایجاد صدا بوده است. با میل به کمی ارتباطات گسترده تجهیزاتی مانند طبل و یا دود مورد استفاده قرار گرفت. تلاش برای ارتباط با نقاط دور همچنان ادامه یافت و در این زمینه بشر به دستاورد های بزرگی دست یافت یکی از اولین ساخته مهم بشر در استفاده از طیف الکترومغناطیسی رادیو بوده است که آنتن نقش اساسی را در این زمینه جهت انتقال سیگنال ایفا می کند. با گسترش ارتباطات، نیاز روز افزون به ساخت آنتن با بهره و پهنای باند فرکانسی بالا ایجاد شده است و امروزه تلاش بشر در جهت بهبود مشخصات تشعشی و کاهش اندازه آنتن است.
یکی از آنتن هایی که بسیار مورد استفاده قرار می گیرد آنتن میکرواستریپ است. ساختار کلی این آنتن بدین صورت است که یک پچ هادی و صفحه زمین توسط زیرلایه دی الکتریک از یکدیگر جدا شده اند. این ساختار تا انقلاب در کاهش اندازه و مجتمع سازی در مقیاس بزرگ مدارات الکترونیکی در 1970 مورد توجه قرار نگرفت. سپس Munson از این آنتن به عنوان آنتن با حجم کم بر روی راکت و موشک استفاده کرد و یک مفهوم عملی در جهت حل مشکلات سیستم آنتن ارائه کرد. مدل های ریاضی متنوعی برای این آنتن
فرم در حال بارگذاری ...
|
[پنجشنبه 1398-07-04] [ 01:51:00 ب.ظ ]
|
