27599

تحليل و طراحي آنتن‌هاي موج نشتي هولوگرافيك ديناميك با روش تخمين ميدان دهانه

دكترا

مهندسي برق- مخابرات ميدان

1395

1401/04/12

دكتر همايون عريضي

مهندسي برق

اين رساله به طراحي و تحليل آنتن‌هاي موج نشتي هولوگرافيك استاتيك و ديناميك مي‌پردازد. جهت طراحي اين ساختارها از دو تكنيك تخمين ميدان دهانه (به عنوان روش سنتز) و بسط امواج فلوكه (به عنوان روش تحليل) استفاده شده است. در اين رساله، ابتدا روش‌هاي تخمين ميدان دهانه و بسط امواج فلوكه براي آنتن‌هاي هولوگرافيك استاتيك توسعه و به دنبال آن اين روش‌ها براي تحليل هولوگرام‌هاي ديناميك تعميم داده شده‌اند. استفاده از سطوح ديناميك مي‌تواند ويژگي‌هايي مانند ناهم‌پاسخي و اثر داپلر را به سيستم اضافه كند كه در هولوگرام‌هاي استاتيك قابل تحقق نبودند. با توجه به ابعاد بزرگ آنتن‌هاي هولوگرافيك، تحليل تمام موج اين ساختارها با نرم‌افزارهاي تجاري خود يك چالش جدي است. از اين رو با ارائه‌ي يك مدل تحليلي سريع، سرعت روند طراحي و بهينه سازي اين ساختارها به طور مؤثري مي‌تواند افزايش يابد. جهت اعتبارسنجي روش‌هاي پيشنهادي، يك هولوگرام استاتيك با قابليت ايجاد امواج حامل مد OAM در فركانس 18 گيگاهرتز طراحي شده و با استفاده از روابط تئوري، پارامتر خلوص مد OAM به عنوان يك شاخص عملكرد در اين نوع آنتن‌ها مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين روش تخمين ميدان دهانه براي سنتز آنتن‌هاي پهن باند استاتيك با قابليت پويش پرتو و خلوص پلاريزاسيون بالا به كار گرفته شده است. دو نمونه آنتن با پهناي باندهاي 16-19 گيگاهرتز و 16-21 گيگاهرتز طراحي، ساخته و اندازه‌گيري شده‌اند. در بخش آنتن‌هاي هولوگرافيك ديناميك، روند طراحي و تحليل هولوگرام‌هاي يك بعدي و دو بعدي شرح داده شده است. پلاريزاسيون ساختار يك بعدي از نوع عمودي و براي ساختار دو بعدي از نوع دايروي انتخاب شده است. براي هولوگرام‌هاي يك بعدي، جبهه موج تخت و براي ساختارهاي دو بعدي، جبهه موج استوانه‌اي به عنوان تحريك در نظر گرفته شده‌اند. جبهه موج‌هاي تخت و استوانه‌اي به ترتيب توسط هورن‌هاي مجتمع و آنتن‌هاي تك قطبي قابل تحقق هستند.

1401/10/04

Analysis and Design of Dynamic Holographic Leaky-wave Antennas by Aperture Field Estimation Method

7/3/2023 12:00:00 AM

This thesis describes the design and analysis of leaky-wave holographic antennas in both static and dynamic modes. The aperture field estimation (AFE) technique (as a synthesis method) and the Floquet-wave expansion method (as an analysis framework) are exploited to design these structures. The AFE technique and Floquet-wave expansion are developed for static holographic antennas in this thesis, and these methods are generalized for dynamic holograms. The use of dynamic surfaces can add the Doppler effect and nonreciprocal properties to leaky-wave holograms, which was not possible in static holograms. Due to the large dimensions of the holographic antennas, full-wave analysis with commercial packages can be a serious challenge. Therefore, by providing a fast analytical model, the design and optimization process can be effectively accelerated. To validate the proposed method, a static hologram capable of generating OAM modes at 18 GHz is designed, and using the theoretical framework, the OAM mode purity as a performance criterion has been investigated in these types of antennas. The aperture field estimation method has also been used for the synthesis of wide-scanning holographic antennas with high polarization purities. Two examples of antennas with bandwidths of 16-19 GHz and 16-21 GHz are designed, fabricated, and measured. In the dynamic section, the design processes of one-dimensional and two-dimensional holograms are described. The polarization of the one-dimensional and two-dimensional antennas are assumed to be vertical and circular, respectively. For one-dimensional holograms, the planar reference waves, and for two-dimensional structures, the cylindrical waves are considered as the excitation reference waves. The planar and cylindrical waves can be realized by integrated horns and monopole antennas, respectively.

آنتن‌هاي هولوگرافيك , آنتن‌هاي موج نشتي , مولدهاي تكانه‌ي زاويه‌اي مداري , آنتن‌هاي هولوگرافيك ديناميك

Holographic Antennas , Leaky-Wave Antennas , Orbital Angular Momentum Generators , Dynamic Holographic Antennas

Amrollah Amini

Homayoon Oraizi