27684

تحليل، طراحي و ساخت آنتن هاي ميله اي دي الكتريك مركب براي بهبود پارامترهاي تشعشعي

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي برق- مخابرات ـ ميدان

1391

1399/8/30

همايون عريضي اصفهاني

مهندسي برق

توسعه سيگنال هاي صوتي و تصويري با كيفيت بالا و افزايش تعداد وسايل ارتباطي در منازل، اخيراٌ باعث افزايش تقاضا براي مخابرات بيسيم با نرخ تبادل اطلاعات بالا در فواصل نزديك شده است. فركانس موج ميليمتري بعلت پهناي باند وسيع، امكان تبادل اطلاعات با نرخ هاي بالا را فراهم مي سازد. هنگام طراحي يك آنتن در فركانس هاي موج ميليمتري، پارامترهاي مختلفي نظير بهره، پهناي باند و بازده، بايد در نظر گرفته شود. براي كاربردهاي فاصله نزديك، آنتن هايي با بهره بالا و پهناي باند وسيع مورد نياز است كه آنتن هاي ميله اي دي الكتريك گزينه مناسبي مي باشند. آنتن هاي ميله اي دي الكتريك زمان زيادي است كه به عنوان تشعشع كننده هاي اندفاير موج سطحي، شناخته شده اند. آنها به وسيله تبديل امواج هدايت شده به امواج انتشاري فضاي آزاد، تشعشع مي كنند. آنتن هاي ميله اي با سطح مقطع مستطيلي و دايروي باريك شونده از محبوبيت بالايي برخوردار مي باشند. تغذيه آنتن كه مثلاً مي تواند يك موجبر فلزي باشد، قسمتي از توان ورودي را به موج سطحي پيوند مي دهد كه اين موج سطحي در طول آنتن منتشر شده تا به انتهاي آنتن رسيده و به موج تشعشعي فضاي آزاد تبديل شود. در اين پايان نامه، روش هاي تحليلي مبتني بر نظريه مدهاي موضعي براي تحليل آنتن هاي ميله اي دي الكتريك مركب باريك شونده ارائه شده است. در اين روش با نوشتن معادلات انتگرالي حجمي ساده اي براي آنتن هاي دي الكتريك كه در آن توابع پايه اي بصورت قرص هاي نازك در طول آنتن هستند، و حل معادلات انتگرالي، جريان هاي پلاريزاسيون محاسبه شده و سپس با قرار دادن اين جريان ها در فضاي آزاد، پترن تشعشعي آنتن محاسبه مي شود. آنتن هاي ميله اي دي الكتريك غيرهمگن را بصورت لايه لايه در نظر گرفته و با كاهش ضريب دي الكتريك ميله در راستاي شعاعي، باعث افزايش گين آنتن و همچنين پهناي باند آن شده است. در آنتن هاي ميله اي دي الكتريك ناهمسانگرد تك محوري، با كاهش ضريب دي الكتريك ميله در راستاي محور اپتيكي، بازده روزنه تشعشعي آنتن افزايش پيدا كرده و گين و پهناي باند آنتن افزايش مي يابد. آنتن هاي ميله اي دي الكتريك متامتريال مورد بررسي قرار گرفته، در حالت كلي گين آنتن نسبت به آنتن معمولي بيشتر بوده، پهناي باند كمتري دارد و پرتو اصلي آن هم در زاويه 180 درجه مي باشد. پروفايل هاي مختلف باريك شوندگي آنتن هاي ميله اي دي الكتريك بررسي شده، بازده تشعشعي آنتن هاي ميله اي دي الكتريك محاسبه شده و در ادامه با استفاده از روش هاي بهينه سازي پروفايل آنتن ميله اي دي الكتريك براي بدست آوردن حداكثر بهره تشعشعي در بازه فركانسي دلخواه محاسبه شده و آنتن مورد نظر با تغذيه موجبر مستطيلي طراحي و ساخته شده است.

1401/10/17

Analysis, Design and Implementation of Complex Dielectric Rod Antennas for Improving Radiation Parameters

11/21/2021 12:00:00 AM

The development of high-quality audio and video signals and the increase in the number of communication devices in homes have recently increased the demand for wireless communications with high data exchange rates in close distances. Due to its wide bandwidth, millimeter wave frequency provides the possibility of exchanging information at high rates. When designing an antenna at millimeter wave frequencies, various parameters such as gain, bandwidth and efficiency must be considered. For close range applications, antennas with high gain and wide bandwidth are needed, and dielectric rod antennas are a suitable option. Dielectric rod antennas have long been known as surface wave endfire radiators. They radiate by converting guided waves into free space radiating waves. Tapered Rod antennas with rectangular and circular cross-sections are very popular. The feeding of the antenna, which can for example be a metallic waveguide, connects part of the input power to the surface wave, which propagates along the length of the antenna until it reaches the end of the antenna and becomes a free space radiation wave. In this thesis, analytical methods based on the theory of localized modes are presented for the analysis of tapering complex dielectric rod antennas. In this method, by writing simple volume integral equations for dielectric antennas, where the basis functions are in the form of thin tablets along the length of the antenna, and solving the integral equations, the polarization currents are calculated, and then by placing these currents in space freely, the radiation pattern of the antenna is calculated. Inhomogeneous dielectric rod antennas are considered as layers and by reducing the dielectric coefficient of the rod in the radial direction, it has increased the gain of the antenna as well as its bandwidth. In uniaxial anisotropic dielectric rod antennas, by reducing the dielectric coefficient of the rod along the optical axis, the radiation aperture efficiency of the antenna increases and the gain and bandwidth of the antenna increases. Dielectric metamaterial rod antennas have been investigated, in general, the gain of the antenna is higher than the normal antenna, it has a lower bandwidth, and its main beam is at an angle of 180 degrees. Different narrowing profiles of dielectric rod antennas have been investigated, the radiation efficiency of dielectric rod antennas has been calculated and further, by using methods to optimize the profile of dielectric rod antennas to obtain the maximum radiation gain in the desired frequency range calculated and the desired antenna is designed and built with rectangular waveguide feeding.

آنتن هاي ميله اي دي الكتريك باريك شونده , امواج ميليمتري , امواج سطحي , نظريه مدهاي موضعي , معادلات انتگرالي حجمي , ناهمگن , ناهمسانگرد

tapered dielectric rod antennas , millimeter wave , surface wave , local mode theory , volume integral equations , inhomogeneous , Anisotropic

Alireza Bostani

Dr. Orazi