17957

17957

طراحي، شبيه سازي و بهينه سازي آنتن GPS با كاهش موج سطحي (RSW) به وسيله ساختارهاي پريوديك

كارشناسي ارشد

مخابرات ميدان

شهريورماه 1396

دكتر فرخ حجت كاشاني

دكتر سيد حسن صديقي

برق

چكيده در اين پروژه به طراحي و شبيه‌سازي و ساخت آنتن ريزنواري پچ با قطبش دايروي در دو باند فركانسي L1 MHz)1575) وL2 MHz)1227)، جهت كاربرد در دستگاه‌هاي GPS، پرداخته مي‌شود. پهناي باند موردنياز براي GPS حدود MHz20 است. آنتن‌هاي ريزنواري داراي مزاياي زيادي ازجمله ابعاد كوچك، تطبيق‌پذيري بر ساختارهايي با شكل‌هاي متنوع و هزينه ساخت كم نسبت به ساير آنتن‌ها مي‌باشند. بااين‌وجود يكي از مشكلات در اين آنتن‌ها وجود امواج سطحي مي‌باشد كه در سطح لايه حركت مي‌كنند و در خميدگي‌ها و ناپيوستگي‌ها سطحي(بريدگي‌هاي دي‌الكتريك و سطح زمين) پراكنده مي‌شوند و موجب افت بهره آنتن در زواياي نزديك افق مي‌شود. در اين پايان‌نامه هدف كاهش اين امواج در آنتن‌هاي ريزنواري ازجمله آنتن GPS دو بانده (باندهاي L1 و L2) توسط ساختارهاي پريوديك امپدانس بالا مي‌باشد كه موجب بهبود پهناي پرتو نسبت محوري در زواياي نزديك افق مي‌شود. بيشينه توزيع جريان سطحي روي آنتن اوليه در باند بالايي A/m36 بوده كه بيشينه توزيع جريان سطحي روي آنتن با ساختار امپدانس بالا حدود A/m10 مي‌باشد. درنتيجه با ساختار HIS توانستيم امواج سطحي را كاهش دهيم يعني امواجي را كه منجر به ايجاد ميدان تشعشع از لبه‌ها مي‌شود را كاهش مي‌دهد. پهناي پرتو نسبت محوري آنتن اوليه در باند بالا در زاويه φ=0 در حدود 111 درجه و در زاويه φ=90 در حدود 72 درجه بوده كه بعد از استفاده از ساختار HISتك بانده در زير آنتن، پهناي پرتو نسبت محوري در باند بالا در زاويه φ=0 در حدود 162 درجه و در زاويه φ=90 در حدود 168 درجه مي‌رسد. ساختار امپدانس بالا براي همين باند طراحي‌شده بود و پهناي پرتو نسبت محوري در هر دو زاويه φ=0 وφ=90 را نسبت به حالت اوليه، افزايش داد. اين افزايش پهناي پرتو، ناشي از كاهش امواج سطحي به علت استفاده از ساختار امپدانس بالا در زير آنتن مي‌باشد. نسبت جلو به عقب آنتن اوليه در باند پايين dB9.9و در باند بالا dB13.7 بوده كه بعد از استفاده از ساختار HISتك بانده در زير آنتن، اين نسبت در باند پايين به dB12 و در باند بالا به 14.8 مي‌رسد. نسبت جلو به عقب بعد از استفاده از ساختار HIS ، در هر دو باند افزايش مي‌يابد. ازآنجايي‌كه سيستم GPS بايد با ماهواره‌هاي مستقر در مدار زمين ارتباط برقرار كند و اين‌كه همه ماهواره‌ها قطبش دايروي دارند اين آنتن بايد داراي نسبت محوري زير dB3 در فركانس‌هاي رزونانس خود باشد (قطبش دايروي) . پس از طراحي اين آنتن، يك سطح امپدانس بالا را جهت كاهش امواج سطحي ايجادشده در آنتن به دليل عواملي كه ذكر شد ارائه داده و ساختار نهايي را بهينه مي‌كنيم. در پايان نيز پارامترهاي آنتن طراحي‌شده را با ساير آنتن‌هايي كه براي GPS به كار مي‌روند مقايسه مي‌كنيم و درباره مزايا و معايب احتمالي ساختار طراحي‌شده بحث خواهيم كرد. واژه‌هاي كليدي: امواج سطحي - سطح امپدانس بالا - پهناي پرتو – قطبش دايروي – پهناي پرتو

1396/08/01

10/23/2017 12:00:00 AM

Abstract: This paper presents a dual-band circularly polarized G. Peano fractal antenna which has operated in 1227MHz and 1575MHz of GPS bands. The proposed antenna is achieved by method of combining the annular slot and microstrip modes. The proposed antenna has a printed annular slot as radiator on the high impedance surface (HIS) and a substrate instead of ground plane. The HIS which is placed under the square substrate works as ground plane for microstrip mode and reflects slot mode radiation that leads to a unidirectional radiation pattern. Results show that the proposed antenna demonstrate axial ratio (AR) bandwidth of 25 MHz in 1227MHz, and 51 MHz in 1575 MHz . Minimization of 36 % is also achieved in fractal design of antenna. Keywords: Circularly polarized antenna, high impedance surface (HIS), radiation pattern.