28384

طراحي و ساخت آنتن pillboxبراي كاربردهاي DoAدر باند 18 تا 40گيگاهرتز

كارشناسي ارشد

مهندسي برق- مخابرات ـ ميدان

1398

1401/7/30

محمد سليماني

دانشكده مهندسي برق

تخمين و تعيين جهت ورود يك موج الكترومغناطيسي و تشخيص مكان فرستنده مسئله‌اي حائز اهميت و با سابقه‌ي طولاني است و در كاربردهاي مختلف همچون مخابرات موبايل، رادار و سونار مورد توجه بوده ‌است. در اين پايان‌نامه براي تشخيص جهت موج ورودي يك آرايه‌ دايروي از آنتن pillbox پيشنهاد و طراحي شده‌ است كه با مقايسه‌ي دامنه‌ي موج دريافتي توسط عناصر آرايه‌ي آنتن، مي‌توان جهت موج ورودي را بدست آورد. بازه ي فركانس كاري آنتن طراحي شده، 18 تا 40 گيگاهرتز است و اين سامانه مي تواند كل اين محدوده را مورد سنجش قرار دهد. پهناي باند كاري 18 تا 40 گيگاهرتز كه داراي نسبت 1 به 2.2 مي‌باشد، در اين تحقيق براي نخستين بار بررسي و طراحي يك آنتن پهن‌باند مناسب براي تخمين جهت موج ورودي انجام شده كه همين موضوع باعث نوآوري‌ها و چالش‌هايي در زمينه‌ي طراحي بخش هاي مختلف آنتن مذكور گرديده‌ است كه در طي اين گزارش به آن‌ها خواهيم پرداخت. سامانه‌هاي مرسوم تخمين جهت موج ورودي، از آنتن‌هاي تمام جهته براي تخمين جهت موج ورودي استفاده مي¬كنند كه ضعف اصلي اين آنتن ها بهره‌ي پايين آن‌ها مي باشد كه در اين‌جا با طراحي الماني با بهره‌ و الگوي تشعشعي مناسب و استفاده¬ي آرايه اي ازاين المان، تلاش بر اين است كه اين ضعف نيز پوشش داده شود. الگوي تشعشعي آنتن مناسب براي اين كاربرد بايستي در راستاي ارتفاع، تا حد ممكن محدود و باريك، اما در راستاي سمت، گسترده و پهن باشد تا هم بتواند كاربرد تخمين جهت موج ورودي را با مقايسه‌ي دامنه‌ي موج دريافتي از آنتن‌هاي مجاور تأمين نمايد و هم به واسطه‌ي محدود بودن الگوي تشعشعي در راستاي ارتفاع، بهره‌ي بالا را فراهم آورد.

1402/03/21

Design and Implementation of A 18-40 GHz Pillbox Antenna for DOA Applications

10/22/2023 12:00:00 AM

Determining the arrival direction of an electromagnetic wave has been of great significance and under attention historically. From the very first days of using electromagnetic waves by humans, finding the location of the transmitter and the arrival direction of its wave has been important. Mobile communications, radar, and sonar are the areas that use the techniques of direction of arrival (DOA) estimation. In this thesis, a circular antenna array has been proposed for this purpose and implemented. The antenna element of this array is a pillbox or cheese antenna. By comparing the magnitude of received signal by adjacent antenna elements, one can find the wave’s arrival direction using known algorithms. The frequency band of the designed antenna is 18 to 40 GHz and the final DOA system will be able to scan all the azimuth angles in this frequency band. The main challenge of this research is achieving the 1:3 wideband functionality of the pillbox antenna and the whole system that has been never implemented before using this antenna for the mentioned frequency band. On the path to satisfy the wideband functionality, several problems and challenges were revealed that several novelties and structure modifications were applied to solve them. The main weakness of the traditional DOA systems was the low gain of their omnidirectional antennas. In this research, much effort has been done to cover this weakness by designing an antenna with high gain and appropriate radiation pattern. The proper radiation pattern for DOA applications should be narrow in elevation and wide in azimuth. Such radiation pattern not only provides higher gain than those of omnidirectional antennas, but also works best for applying DOA algorithms to the received signal of adjacent elements. The reason for proposing a pillbox antenna in this research is that these antennas, typically have fan beam radiation pattern that is the best choice for DOA estimation. The process in which the mentioned pillbox antenna is designed and implemented will be presented in this thesis. In the end, a pillbox antenna has been designed and implemented in this project. The input s11 scattering parameter is below -9 dB almost all over the working frequency band and the average gain of the antenna is about 14 to 15 dB. The simulation results and test results on the implemented antenna match well.

تخمين جهت موج ورودي , آرايه آنتن , آنتن پهن‌باند

direction of arrival , Antenna Array , Broadband antenna

Ali Vafapoor

Dr. Mohammad Soleimani