25411

طراحي آنتن صفحه اي بهره بالا باند x با استفاده از فراسطوح گراديان فاز براي ماهواره هاي تصويربرداري

كارشناسي ارشد

مهندسي فناوري ماهواره

1396

1399/8/27

سيد حسن صديقي

فناوريهاي نوين

آنتن هاي بهره بالا به دلايل مزاياي زيادي كه دارند، در مخابرات راه دور به شدت مورد توجه مي باشند. راه هاي زيادي براي تحقق اين آنتن ها وجود دارد كه از جمله معروف¬ترين روش ها مي توان به آرايه كردن، آنتن هاي سهموي، آنتن هاي آرايه بازتابي اشاره كرد. آنتن هاي سهموي با وجود دارا بودن ويژگي هاي تشعشعي مناسب، به دليل حجيم بودن در بسياري از كاربرد ها استفاده نمي شوند و همچنين آنتن هاي آرايه اي در حالت هايي كه تعداد المان ها زياد باشد، منجر به پيچيدگي شبكه تغذيه و در نتيجه افزايش هزينه ساخت و تلفات خواهند شد. اخيرا آنتن هاي آرايه بازتابي به دليل مسطح بودن و دارا بودن مشخصات تشعشعي مناسب، بسيار مورد توجه قرار گرفته اند ولي اين نوع آنتن ها نيز به دليل فاصله نسبتا زياد آنتن تغذيه با سطح آنتن، ساختاري نسبتا حجيم دارند و در مانور هاي هوايي آسيب پذير مي باشند. به منظور برطرف كردن مشكلات ذكر شده و همچنين دستيابي به ويژگي هاي تشعشعي مورد نظر، از ساختار هاي SSPP كه موج صفحه اي را هدايت مي كنند استفاده مي كنيم. اين ساختار ها موج را در خود محبوس مي كنند و امكان تشعشع را به آن ها نمي دهند. در مرحله بعد با استفاده از ساختار فراسطوح گراديان فاز، بردار موجي در خلاف جهت ساختار SSPP ارائه مي كنيم تا باعث تشعشع اين امواج سطحي در جهت مورد نظر شويم. در نتيجه آنتن فشرده اي خواهيم داشت كه تغذيه آن بر خلاف ساختار هاي رايج بر روي سطح مي باشد. با طراحي مناسب فراسطح گراديان فاز و ساختار هدايت كننده موج SSPP مي توانيم آنتني با بهره بالا در جهت مورد نظر داشته باشيم كه قابليت پويش پرتو با تغيير فركانس را نيز دارا مي باشد. در اين پايان نامه ساختاري متشكل از شيارهاي فلزي ارائه كرده ايم كه امواج سطحي SSPP را پشتيباني مي كند. سرعت امواج بر روي اين شيار هاي فلزي كاهش مي يابد و درنتيجه بر روي سطح شيار ها محبوس مي شود و بنابراين امكان تشعشع ندارند. سپس با استفاده از فراسطوح گراديان فاز كه نقش مبدل پلاريزاسيون خطي به متعامد را هم ايفا ميكنند، تشعشع موج محبوس به سطح آنتن به فضاي آزاد در زاويه مورد نظر را فراهم مي كنيم. آنتن ارائه شده در اين پايان نامه داراي پهناي باند تطبيق 8.2 ~ 12 GHz مي باشد. نتايج اين آنتن، تئوري اسنل تعميم يافته را مورد تاييد قرار داده است به گونه اي كه در زاويه θ=〖15〗^° بهره حدودي 12.7 dB حاصل خواهد شد.

1400/08/04

Design High Gain and planar Antenna in x-frequency band using phase gradient metasurface for imaging satellite application

11/18/2021 12:00:00 AM

Today, satellites play a key role in the world and a lot of money is paid for their design and construction, thus, increasing reliability and longevity is crucial in this industry. High-gain antennas are highly regarded in telecommunications because of their many advantages. There are many ways to make these antennas, the most famous of which are array antennas, parabolic antennas and reflect-array antennas. Parabolic antennas, despite having suitable radiation properties, are not used in many applications due to their bulkiness, and also array antennas in cases where the number of elements is high, leading to the complexity of the power supply network and thus increasing Construction costs and losses. Recently, reflectarray antennas have received lots of attentions due to their flatness and suitable radiation characteristics, but this type of antenna also has a relatively bulky structure due to the relatively large distance between the feed antenna and the antenna surface and so they are vulnerable to aerial maneuvers. In order to resolve the mentioned problems as well as to achieve the desired radiation properties, we use SSPP structures that support surface waves. These structures trap the wave and do not allow it to radiate. In the next step, by using phase gradient metasurface (PGM), we introduce a wave vector in the opposite direction of the SSPP structure which make these surface waves to radiate in the desired direction. As a result, we will have a compact antenna that contrary to conventional structures, its feed is on the surface of antenna.by proper design of either phase gradient metasurface or SSPP waveguide structure, we can have a high-gain antenna in the desired direction, which also have the ability to scan the beam with frequency. In this thesis, we present a structure consisting of metal grooves that support SSPP surface waves. on these metal grooves, the wave velocity is reduced and so it trapped on the surface of the grooves and as a result it is not possible to radiate. Then by using phase gradient metasurface which also play the role of polarization conversion, transform antenna surface wave to the free space wave at the desired angle. the proposed antenna in this thesis possess the impedance bandwidth of 8.2 GHz ~ 12 GHz. The results, confirm the generalized snell’s law in order to have radiation pattern with gain of 12.5dB in the direction of 15◦ at 10 GHz frequency.

High Gain Antenna, Phase Gradient Metasurface(PGM), Spoof Surface Plasmon Polaritons(SSPP), Slow Wave, Frequency Scanning, Satellite Communication