23001

طراحي آنتن آرايه عبوري هولوگرافي با توانايي توليد چند تابه در جهت هاي قابل انتخاب

كارشناسي ارشد

مخابرات ميدان

1399/8/6

دكتر همايون عريضي

برق

تكنيك هولوگرافي به عنوان روشي دو مرحله اي براي ضبط و بازسازي تصاوير معرفي شد. مي توان از تكنيك هولوگرافي براي طراحي آنتن استفاده كرد. تاكنون تحقيقات زيادي در زمينه ي آنتن هاي آرايه بازتابي هولوگرافي و آنتن هاي موج نشتي هولوگرافي انجام شده است. بنابراين، اين پايان نامه براي اولين بار طراحي آنتن آرايه عبوري هولوگرافي را مورد بررسي قرار مي دهد. مقدم بر طراحي آنتن آرايه عبوري هولوگرافي، امپدانس فراسطح در حالت عبور و بازتاب مورد بررسي قرار مي گيرد و براساس تفاوت هايي كه وجود دارد اصلاحاتي در معادله ي توصيف كننده ي توزيع امپدانسي ( ادميتانسي) هولوگرام انجام مي شود. در نتيجه، يك معادله ي دو ضابطه اي براي توصيف رياضي هولوگرام عبوري معرفي مي شود. بمنظور بررسي روش پيشنهادي سلول واحدي متشكل از سه لايه دي الكتريكRogers 4003C با فاصله ي هوايي 6 ميلي متر و سه لايه ي فلزي يكسان شامل پچ دايروي و حلقه ي مربعي در فركانس 12 گيگاهرتز ( باند X) بكار گرفته مي شود. پچ دايروي و حلقه ي مربعي بصورت يك مقاومت سري با خازن و سلف موازي (فيلتر ميان گذر) عمل مي كنند. سلول واحد در نرم افزار CST براي زواياي تابشي صفر تا 45 درجه با پله 5 درجه شبيه سازي مي شود و تأثير تمامي زوايا در طراحي آنتن در نظر گرفته مي شود. آنتن هاي آرايه عبوري مشكل بروز گلبرگ پشتي دارند. براي حل اين مشكل تمام سطوح ادميتانسي تشكيل دهنده ي هولوگرام از لحاظ |S11|مورد بررسي قرار مي گيرند و سطوحي كه |S11| بالاتر از حد -10 دسي بل دارند با سطوحي كه نزديك ترين ادميتانس به ادميتانس هدف را دارند و همزمان |S11| پايين تر از -10 دسي بل دارند جايگزين مي شوند. در ادامه چندين آنتن آرايه عبوري هولوگرافي براي توليد پرتوهاي مدادي در جهت هاي مختلف در نرم افزار CST شبيه سازي مي شوند . در پايان يك آنتن آرايه عبوري هولوگرافي با شعاع 13.3 سانتي متر ساخته شده است و نتايج آن با نتايج شبيه سازي در بازه فركانسي 10.5 تا 13 گيگاهرتز مقايسه شده است. بهره ي اندازه گيري شده حدود 0.7 تا 1.1 دسي بل از بهره ي شبيه سازي شده كمتر است. همچنين، پهناي باند 1 دسي بل اندازه گيري شده در فركانس مركزي، بزرگتر از % 12.5 و بازده دهانه ي آن برابر % 21.5 است.

1399/10/22

Multi-Beam Transmitarray Antenna Design using Holographic Technique

10/28/2021 12:00:00 AM

The holographic technique was introduced as a two-step method for recording and reconstructing images. This technique can be used to design antennas. Research into the holographic technique has been limited to reflectarray and leaky wave antennas. Therefore, a detailed study of designing holographic TAs is presented in this thesis for the first time. Prior to designing holographic TAs, the impedance of a metasurface is being analyzed for both reflection and transmission states. Considering the existing differences between these states, the equation that depicts the impedance (admittance) distribution of the hologram is modified. Then, two conditional equations are introduced to describe the mathematical holograms in the transmission mode. A unit-cell consisting of 3 identical layers of square ring elements and circular patch elements is employed to demonstrate the proposed method. The elements are printed on a dielectric layer made by Rogers 4003C. The air gap height between every two layers equals 6 mm. The square ring and the circular elements printed on the dielectric layer act as a capacitor and inductor in parallel, plus a series resistor (band-pass filter) at 12 GHz (X- band). The unit cell is simulated using the CST Microwave Studio under the various incident angles (from 0^0 to 〖45〗^0 with step 5^0). Transmitarray antennas usually suffer from high back lobe level. The reflection magnitudes of the hologram's unit-cells are scrutinized to suppress the back lobe. If |S11| of a unit-cell is larger than -10 dB, the unit-cell must be altered with another unit-cell that has the nearest susceptance to the original cell and at the same time experiences the reflection magnitude less than -10 dB. Several holographic TAs are designed and simulated based on the proposed method using the CST Microwave Studio. Finally, a circular aperture holographic TA with a radius of 13.3 cm is manufactured and measured. The measured gain in the frequency range of 10.5 to 13 GHz is about 0.7 to 1.1 dB less than the simulated gain. The measured 1-dB gain bandwidth at the center frequency (12 GHz) is greater than 12.5 %, and the measured aperture efficiency equals 21.5 %.

هولوگرافي , آنتن آرايه عبوري , آنتن آرايه عبوري هولوگرافي , سطح امپدانسي عبوري , مولتي بيم , آنتن آرايه عبوري هولوگرافي مولتي بيم , كاهش محدوده ي فازي