پایان نامه تحلیل سیستمهای تشعشعی و آنتنهای فراکتالی
چکیده
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 تششعکنندهها، و منعکسکنندهها و آنتنها میگردد که باعث میشود این ادوات عملکرد بهتری را در محیط داشته باشند.
در این پایاننامه ساختار فرکتالی چندبانده به عنوان یک آنتن مورد بررسی و خواص انتشاری این ساختار به صورت دقیق بررسی خواهد شد. در ابتدا مروری مختصر بر روی آنتنهای فرکتای اولیه شامل ساختارهای فرکتالی حلقوی، دوقطبی، چندبانده خواهیم داشت در ادامه به بررسی روشهای بهبود آنتن چندبانده خواهیم پرداخت این روشها شامل تکنیکهایی از جمله، ایجاد اختلال در صفحه زمین، تغییر مقایس آنتن در تکرارهای مختلف، ایجاد اتصالات بین پچ و صفحه زمین در مکانهای مشخص و استفاده از ساختار سرپینسکی دایرهای، میباشد و در فصل سوم یک ساختار فرکتالی مربعی معرفی شده و در انتهای این پایان نامه ساختار پیشنهادی بنده معرفی شده که نتایج شبیه سازی و اندازهگیری برای این آنتن در این پروژه ارائه شده است
فهرست مطالب
- عنوان صفحه
- فصل اول : مقدمه ای بر آنتن فرکتال
- 1-1- مقدمه. 2
- 1-2- روش تحلیل.. 4
- فصل دوم : : آنتنهای فرکتالی چند بانده بهبود یافته
- 2-1- مقدمه. 7
- 2-2- آنتن سرپینسکی بهبود یافته با بازوهای تطبیق.. 7
- 2-2-1- خواص تشعشی و امپدانس ورودی.. 8
- 2-2-2- پترن تشعشعی.. 10
- 2-3- آنتن سرپینسکی بهبود یافته با مثلث داخلی. 13
- 2-3-1- آنتن سرپینسکی بهبود یافته مرتبه اول با مثلث داخلی. 13
- 2-3-2- آنتن سرپینسکی بهبود یافته مرتبه دوم با مثلث داخلی. 15
- 2-3-2-1- کنترل تشعشعی برای آنتن سرپینسکی بهبود یافته مرتبه دوم با مثلث داخلی.. 18
- 2-4- آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف ها 20
- 3-4-1-2- کنترل فرکانس آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکاف ها، در مرتبه دوم. 26
- 3-4-2- آنتن سرپینسکی بهبودیافته با شکافها، در مرتبه سوم 29
- 2-5- آنتن های سرپینسکی بهبود یافته چند لایه 30
- 2-6- آنتن های سرپینسکی بهبودیافته برش خورده 33
- 2-7- آنتن سرپینسکی دولایه، با لایه های مکمل. 36
- 2-8- آنتن سه بانده مرکب.. 41
- 2-9- آنتنهای سرپینسکی بهبودیافته دایروی. 48
- 2-10- آنتن فرکتالی آثولوئی. 51
- 2-11- آنتن فرکتالی سرپینسکی کوتاه شده 53
- 2-11-1- آنتن فرکتالی سرپینسکی کوتاه شده عمودی. 53
- 2-11-2- آنتن فرکتالی سرپینسکی کوتاه شده صفحه ای. 56
- 2-11-3- آنتن صفحه ای پارانی. 56
- فصل سوم : آنتن فرکتالی مربعی
- 3-1- مقدمه 62
- 3-2- بررسی خاصیت چندبانده بودن ساختار فرکتالی مربعی. 62
- 3-3- آنتن فرکتالی چندبانده 64
- 3-4- ساختار فرکتالی مربعی. 66
- 3-5- تغذیه با خط مایکرواستریپ هم صفحه 67
- 3-6- پلاریزاسیون دایروی در آنتن های مایکرو استریپ مربعی. 68
- 3-6-1- آنتن فرکتالی مربعی با پلاریزاسیون دایروی. 70
- 3-7- طراحی اولیه برای آنتن فرکتالی مربعی با پلاریزاسیون دایروی. 71
- 3-8- طراحی نهایی برای آنتن فرکتالی مربعی با پلاریزاسیون دایروی. 73
- فصل چهارم : طراحی و شبیه سازی آنتن فرکتالی چندبانده
- 4-1- مقدمه. 80
- 4-2- طراحی و شبیه سازی آنتن مایکرواستریپ ساده. 80
- 4-2-2- نتایج شبیه سازی.. 81
- 4-4- پارامترهای طراحی آنتن مایکرواستریپ چندبانده. 85
- 4-5-. 86
- 4-6- نتیجه گیری.. 92
- منابع.. 93
فصل اول
به طور کلی با مشاهده طبیعت اطراف با بعضی از هندسههای خودمتشابهی برخورد میکنیم که از آنها میتوان به هندسههای فرکتالی یاد کرد. برای مثال، میتوان به ساختار فرکتالی شاخه درختان، چشم انداز واقعی طبیعت غروبهای خورشید، زمینهای ناهموار، موجهای روی دریاچه، خط ساحل، توپوگرافی بستر دریا و گیاهان و کوهها 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 ویژگیهای کل ساختار را در یک مقیاس کوچکتر دارا بود. این تعریف یک خاصیت مهم این ساختارها را معرفی میکرد، 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 میدهد، که مربوط به ساقه کاج، درخت و چشم انداز طبیعت میباشد. همان طور که در شکلهای زیر مشاهده میکنید هر قسمت از این ساختارها از نظر خواص هندسی، همانند کل ساختار میباشند.
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، منعکسکنندهها 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 میکنیم. ساختارهای فرکتالی که معمولاً در طراحی آنتنها 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 آنتنهای فرکتالی با استفاده از روش ممان[3] بررسی میشوند. در این فصل کلیه نتایج براساس شبیه سازی با استفاده از روش ممان بیان گردیده است.
شکل (1-2)، دسته بندی کلی آنتنهای فرکتالی را نشان میدهد. آنتنهای فرکتالی به سه ساختار کلی، آنتنهای حلقوی، آنتنهای دوقطبی و آنتنهای فرکتالی چندبانده تقسیم بندی شدهاند. آنتنهای فرکتالی دوقطبی، آنتنهای سیمی میباشند که در این شکل فقط یک بازوی آن نشان داده شده است، و بازوی دیگر به صورت قرینه این بازو نسبت به منبع تغذیه میباشد. 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 ساختار فرکتالی در این آنتنها سبب کاهش ابعاد آنتن و افزایش امپدانس ورودی میگردد.
دسته سوم آنتنهای فرکتالی که از نظر کاربرد و تنوع نسبت به دو دسته قبلی معروفیت بیشتری دارند، آنتنهای فرکتالی چندبانده میباشند. در این آنتنها وجود چندین بخش یکسان در مقیاسهای مختلف سبب میشود که آنتن در چندین باند فرکانسی مختلف، عملکرد یکسانی از لحاظ تشعشعی داشته باشد. به این آنتنها اصطلاحاً آنتنهای خودمتشابه[6] میگویند. شکل فوق یک نمونه از این آنتنها را که به آنتنهای سرپینسکی[7] معروف هستند، نشان میدهد.
برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص ساختارهای فرکتالی مختلف میتوان به مراجع [1] و [2] مراجعه کرد. همچنین در خصوص کاربرد ساختارهای فرکتالی در آنتنها میتوان به مرجع [3] مراجعه کرد. همچنین در مرجع [4] میتوان مروری بر مقالات چاپ شده در خصوص آنتنهای فرکتالی داشت. در مراجع فوق، آنتنهای فرکتالی در دو حالت تک المانی و آرایهای مورد بررسی قرار گرفته است.
به طور کلی برای تحلیل سیستمهای تشعشعی و آنتنها نیاز به ابزارهای شبیهسازی نیرومندی میباشد، که از آن جمله میتوان به روش ممان اشاره کرد. در این قسمت مروری بر روش ممان جهت تحلیل آنتنهای فرکتالی خواهیم داشت. روش ممان در واقع یک تکنیک عددی جهت حل معادلات انتگرالی حاکم بر آنتن میباشد که این معادلات انتگرالی از توزیع جریان بر روی بدنه آنتن به دست میآیند. در واقع معادلات انتگرالی که با استفاده از روش ممان حل میشوند، معادلات میدان الکتریکی میباشند. که این معادلات با فرض شرایط مرزی برای هادی الکتریکی کامل به دست میآیند. لذا در این روش جریانها از طریق شرط مماسی میدان الکتریکی بر روی سطح آنتن به دست میآیند،
Abstract
امروزه از هندسه های فرکتالی در علوم زیادی استفاده می شود .Fractal geometry is used today in many sciences.بدون شک یکی از شاخه هایی که هندسه فرکتالی در آنها تاثیر زیادی گذاشته است ، الکترومغناطیس و انتشار امواج است . Without a doubt one of the branches that have a significant impact on fractal geometry, and propagation of electromagnetic waves.وجود خواص ذاتی هندسه های فرکتالی باعث ایجاد ویژگی های مناسبی در تششع کننده ها ، و منعکس کننده ها و آنتن ها می گردد که باعث می شود این ادوات عملکرد بهتری را در محیط داشته باشند . Despite the intrinsic properties of fractal geometry creates an opening in the radiation characteristics of the antennas that will reflect and makes this device better performance in their environment.
درInاینTheپایانendنامهaساختارStructureفرکتالیFractalچندmoreباندهBandبه عنوان یک آنتن مورد بررسی و خواص انتشاری این ساختار به صورت دقیق بررسی خواهد شد.as an antenna emitting properties of this structure are examined carefully examined.در ابتدا مروری مختصر بر روی آنتن های فرکتای اولیه شامل ساختار های فرکتالی حلقوی ، دوقطبی ، چند بانده خواهیم داشت در ادامه به بررسی روشهای بهبود آنتن چند بانده خواهیم پرداخت این روشها شامFirst, a brief overview on the basic structure of fractal antennas Frktay circular, polar, multi-band antenna will continue to investigate ways to improve the methods you willل تکنیک هایی از جمله ، ایجاد اختلال در صفحه زمین ،تغییر مقایس آنتن در تکرار های مختلف ، ایجاذ اتصالات بین پچ و صفحه زمین در مکان های مشخص و استفاده از ساختار سرپینسکی دایره ای ، می باشدof techniques including, disrupting the earth, changing the scale of the antenna in various iterations, Ayjaz connections between patch and ground in specific locations and use Srpynsky circular structure, is ودر فصل سوم یک ساختار فرکتالی مربعی معرفی شده و در انتهای این پایان نامه ساختار پیشنهادی بنده معرفی شده که نتایج شبیه سازی و اندازه گیری برای این آنتن در این پروژه ارائه شده استand Chapter III introduced a square fractal structure and the proposed structure of this thesis I presented the results of simulations and measurements for the antenna in the proposed project.
[1] Mandelbrot
[2] Deterministic
[3] Moment Method
[4] Tree structure
[5] Koch fractal
[6] self-similarity
[7] Sierpiniski Antennas
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.