31060

تحليل و طراحي آنتن هاي مدوله زماني به منظور مهندسي امواج تشعشعي با قابليت كاربرد در شبكه هاي مخابراتي نسل جديد

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي برق- مخابرات ميدان و موج

1397

1403/2/30

احمد چلداوي

ندارم

مهندسي برق

رشد بيسابقه سيستمهاي ارتباطي مدرن، با افزايش تعداد كاربران و تقاضا بيشتر، نياز به آنتن هاي مدرن را افزايش داده است، اين آنتن ها بايد قادر باشند ظرفيت ارتباطي را افزايش داده و ارتباطات پايادار و امني را فراهم كنند. با معرفي آنتن هاي فراسطوح مدوله زماني، هدف ما اين است كه بخشي از نيازهاي شابكه هاي مخابراتي نسل جديد را برطرف كنيم. در اين رساله، مفهوم و كاربردهاي آنتن هاي آرايه مدوله زماني در مخابرات نسل جديد مورد بررسي قرار مي گيرد. در مقايسه با آرايه هاي فازي سنتي، آراياه هاي مدوله زماني از نظر تحقق و سازگاري با هر سخت افزاري ساده تر هستند. اين آرايه ها براي دستيابي به عملكردهاي حياتي در مهندسي امواج تشعشعي، از تغييرات گسسته زماني بهره مي برند. در اين رساله، مفهوم و مكانيزم عملكرد آنتن هاي آرايه مدوله زماني با استفاده از سيستم هاي متغير با زمان بررسي مي شود. به منظور عملي كردن اين ايده در شبكه هاي مخابراتي و رفع چالش هاي شابكه هاي مخابراتي نسل جديد، آنتن هاي فراسطوح مدوله زماني معرفي مي شوند. اين آنتن ها، با الزام المانهاي تشعشعي در فاصله كمتر از طول موج كاري آنتن، براي فضاهاي محدود بهترين انتخاب را فراهم مي كنند. ابتدا، آنتنها در حالت هاي استاتيك و ديناميك طراحي و تحليل مي شوند و سپس با تركيب ويژگي هاي تغييرات زماني، آنتن هاي فراسطوح مدوله زماني معرفي مي شوند. كاربردهاي اين فنّاوري در مخابرات نسل جديد شامل مهندسي امواج و ارتباطات امن و پايدار در شبكه هاي مخابراتي است. براي هر يك از اين بخش ها، يك آنتن فراسطوح مدوله زماني طراحي و تحليل شده است. همچنين، يك پياده سازي سخت افزاري از آرايه فراسطوح مدوله زماني، از جمله مدارهاي كنترلي، توضيح داده شده و داده هاي اندازه گيري نيز ارائه شده است. در كل، آنتن هاي فراسطوح مدوله زماني از مزاياي آرايه فراسطوح و سيستم هاي متغيار با زمان بهره مند هستند. اين آنتن ها، بدون نياز به شيفت دهنده هاي فاز گران قيمت و خطوط انتقال اتلافي، عملكردهاي مشابه سيستم هاي آرايه هاي فازي سنتي را فراهم مي كنند. به همين دليل، آرايه هاي مدوله زماني گزينه هاي بسيار خوبي در باندهاي فركانسي ميليمتري به شمار مي روند.

1403/05/02

An Analysis and Design of Time-Modulated Antennas for Manipulating Radiation Waves in Next Generation Communications

1/1/1900 12:00:00 AM

The unprecedented growth of modern communication systems, coupled with an increase in the number of users and greater demand, has necessitated the use of modern antennas to increase communication capacity and provide stable and secure connections. By introducing time-modulated antennas, our goal is to address some of the needs of next-generation communications networks. In this dissertation, the concept and applications of time-modulated array antennas in next generation communications are examined. Compared to traditional phased arrays, timemodulated arrays are simpler in terms of implementation and compatibility with any hardware. These arrays utilize temporal discrete changes to achieve vital functions in manipulating radio waves. The concept and operational mechanism of time-modulated array antennas using time-varying systems are explored in this dissertation. To implement this idea in communication networks and tackle the challenges of nextgeneration communication, time-modulated metasurface antennas are introduced. These antennas offer the optimal solution for confined spaces, necessitating radiating elements to be spaced less than the operating wavelength of the antenna. Initially, the antennas are designed and analyzed in both static and dynamic modes. Subsequently, time-modulated metasurface antennas are introduced, combining temporal variation features. The applications of this technology in next-generation communications encompass manipulating waves and ensuring secure and stable communications within networks. For each of these areas, a time-modulated metasurface antenna has been meticulously designed and analyzed. Furthermore, hardware implementations of time-modulated metasurface antennas, including control circuits, are described, accompanied by measurement data. In general, time-modulated metasurface antennas leverage the benefits of metasurface arrays and time-varying systems. These antennas offer functionalities akin to traditional phased array antennas but eliminate the requirement for costly phase shifters and lossy transmission lines. Consequently, time-modulated metasurface antenna emerge as excellent choices for millimeter-wave frequency bands.

آنتن فراسطوح , مدوله زماني , سيستم هاي چند ورودي چند خروجي

Metasurface Antenna , time modulation , Multiple Input Multiple Output

Morteza Nadi

Dr. Cheldavi