25764

طراحي و شبيه‌سازي آرايه ي انعكاسي دو بيم با استفاده از فراسطوح هويگنس

كارشناسي ارشد

مهندسي برق- مخابرات ميدان و موج

1400

1400/8/24

دكتر نادر كمجاني

مهندسي برق

اصل هويگنس كه ابتدا در اپتيك مطرح شد، بيان كرد كه هر نقطه در روي جبهه موج را مي‌توان به‌صورت يك منبع نقطه‌اي در نظر گرفت. اما فراسطوح هويگنس به‌طور عمومي بيانگر مجموعه‌اي از منابع جريان الكتريكي و مغناطيسي روي يك شرط مرزي نازك هستند كه آرايه منابع هويگنس را تشكيل مي‌دهند. فراسطوح هويگنس در ابتدا به‌صورت تئوري و با بهره‌گيري از محاسبات شرايط مرزي الكترومغناطيس مطرح شدند. اين رويكرد ازآنجايي‌كه تمامي ميدان‌هاي موجود در شرط مرزي موردنظر (فراسطح) در نظر گرفته مي‌شوند، يكي از كامل‌ترين روش‌هاي طراحي سطوح مهندسي امواج در كنار رويكردهاي مهم ديگري مانند تصويربرداري ليزري به‌حساب مي‌آيد. البته پيچيدگي روابط و محاسبات در اين روش و همچنين مشكلات تحقق اين ساختارها از مشكلات اين رويكرد به‌حساب مي‌آيد. در تحليل و طراحي فراسطوح اغلب از مفهوم‌هاي انتزاعي استفاده مي‌شود و تمامي عوامل تأثيرگذار در طراحي در نظر گرفته نمي‌شود. بنابراين نياز به روش‌هاي با تحليل كامل‌تر در اين طراحي‌ها بيشتر حس مي‌شود. هدف از بررسي اين روش در كنترل امواج، بررسي كامل عوامل مؤثر در اين امر و موانع و مشكلات طراحي و ارائه راه‌حلي بر آن‌ها است. در اين پايان‌نامه با استفاده از روابط و تئوري هويگنس، به طراحي بازتابنده‌هاي دو بيم و تك بيم خواهيم پرداخت كه تحت تابش يك موج صفحه‌اي قرار مي‌گيرند. با استفاده از كد متلب محاسبات انجام‌شده و از خروجي آن‌ها در شبيه‌سازي در نرم‌افزار HFSS استفاده خواهد شد. در بازتابنده دو بيم، سمت گرايي حدود 31 dB براي هر بيم در زواياي 35 و 35- درجه، تغيير زاويه تا 2.5 درجه در بازه فركانسي 11.4 تا 12.6 گيگاهرتز، SLL بيش از 10 dB در تمام بازه فركانسي و همچنين سطح Cross-Pol با قطبش اصلي در تمام زوايا و بازه فركانسي بيشتر از 10dB بدست آمده است. در بازتابنده تك بيم، سمت گرايي حدود 33dB براي بيم در زاويه 45 درجه، تغيير زاويه تا 3 درجه در بازه فركانسي 11.4 تا 12.6 گيگاهرتز، SLL بيش از 14dB در تمام بازه فركانسي و همچنين اختلاف سطح Cross-Pol با قطبش اصلي در تمام زوايا و بازه فركانسي بيشتر از 14dB بدست آمده است. در بازتابنده تك بيم با تغيير قطبش، سمت گرايي حدود 29dB براي هر مؤلفه ميدان در زاويه 45 درجه، تغيير زاويه تا 3 درجه در بازه فركانسي 11.4 تا 12.6 گيگاهرتز، SLL بيش از 104dB در تمام بازه فركانسي و همچنين اختلاف سطح Cross-Pol با قطبش اصلي در تمام زوايا و بازه فركانسي بيشتر از 17dB بدست آمده است. در تمامي اين موارد، پهناي باند معادل 10% نسبت به فركانس مركزي 12GHz محقق شده است. سپس تحليلي بر روش‌هاي ساخت اين ساختارها و موانع و مشكلات آن‌ها خواهيم داشت.

1400/10/03

Design and Simulation of a Two Beam Reflectarray using Huygens Metasurface

11/15/2022 12:00:00 AM

Huygens Principle that firs declared in Optics, showed that every single point in the wavefront can be presented as a Point Source. Huygens Metasurfaces Generally are a group of Electric and Magnetic Sources on a Boundary condition that create Huygens Sources array. Huygens Metasurfaces were Presented as Principle at firs by Boundary conditions calculations. Because of considering all of Fields and boundary conditions, Huygens Principle in metasurfaces is a rubust and prescise method for designing metasurfaces. Of course this principle has complex calculations and Electromagnetical solutions and some limitations. In Metasurface researches, often Abstract conceps are used to design are all of the affecting factores are not considered. So, there is need to Complete design methods that Consdider all of factors in designing metasurfaces. The purpose of study in Huygens principle is to review of effectiveness of this method in wavefront manipulation, considering all of affecting factors and limitations and suggest solutions to them. In this article, we will have a review on Historical course and last reaserches in Huygen’s Metasurfaces. After reviewing principles and theorem of Huygens, we will design one and two beams Reflcetors with high efficiency and directivity about 30 dB and 10% Bandwidth in center frequency of 12 GHz. Then we will have a review of Realizations prospects of impedance surfaces.

فراسطوح , هويگنس , منابع هويگنس , شرايط مرزي , امواج سطحي

Metasurfaces , Huygens , Huygens Sources , Boundary Conditions , Surface Waves