Computer Simulation Technology
CST
Finite Integration Technique
FIT
Finite Difference Time Domain
FDTD
Finite element method
FEM
High Frequency Structure Simulator
HFSS
Split-Ring Resonator
SRR
Bandwidth
BW
فصل اول
مقدمه
سطوح انتخابگر فرکانس[۱] ساختارهای متناوب مسطحی هستند که معمولا از تکه[۲]های هم اندازه یا پنجرههایی از جنس هادی که به صورت متناوب در یک یا دو بعد تکرار میشوند، تشکیل شدهاند. قدیمیترین مرجع در مورد سطوح متناوب به ثبت اختراع مارکونی[۳] و فرانکلین[۴] در سال ۱۹۱۹ برای ساخت انعکاس دهنده سهموی[۵] برمیگردد. بررسی ساختارهای متناوب تا سال ۱۹۶۰ که در آن زمان توانایی این ساختارها در کاربردهای نظامی کشف شد، پیگیری نشد. از سال ۱۹۶۰ به بعد، سطوح انتخابگر فرکانس به طور گستردهای در زمینه طراحی آنتنها، رادار، فیلترهای فضایی، قطبیکننده، ردوم و غیره مورد استفاده قرار گرفت. در بیشتر کاربردها، مثل مخابرات ماهوارهای سطوح انتخابگر فرکانسی برای طراحی آنتنهای بازتابنده دوگانه[۶] استفاده میشوند. ساخت چنین ساختارهایی در طول موجهای مایکروویو و در طراحی آنتن ها ساده است ولی در طول موج های مادون قرمز و نوری به این علت که اندازه اجزاء به کار رفته در ساختار باید در حد میکرومتر و حتی کوچکتر باشد، مشکل است و نیاز به روشهای لیتوگرافی پیشرفته دارد[۱].
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
سطوح انتخابگر فرکانس بسته به شکل اجزاء به کار رفته در ساختار و زیرلایه، دارای پاسخهای فرکانسی متفاوتی میباشند. این سطوح به صورت فیلترهای الکترومغناطیسیای عمل می کنند که پاسخ فرکانسی آنها علاوه بر فرکانس به زاویه تابش و قطبش موج تابشی بستگی دارد. وقتی یک موج الکترومغناطیسی به این سطوح برخورد می کند در یک طیف فرکانسی موج را عبور می دهند و در طیف فرکانسی دیگر موج را منعکس می کنند؛ بنابراین میتوان آنها را به عنوان فیلترهای بالا گذر، پایین گذر، میان گذر و میان نگذر طراحی کرد.
در این پایان نامه در فصل ۲ شرح مختصری در مورد سطوح انتخابگر فرکانس و عوامل موثر در طراحی این ساختارها داده می شود و در ادامه این فصل کاربردهای این ساختارها در بازههای مختلف فرکانسی بررسی میشوند. یکی از این کاربردها، طراحی فیلترهای چندبانده مایکروویو است که در این فصل ساختارهای متفاوتی که در سالهای گذشته پیشنهاد شده، بررسی می شود. در فصل ۳ تئوری پایهای ساختارهای متناوب فضایی بررسی می شود. در فصل ۴ فیلترهای یک بانده مایکروویو طراحی شده و با نرمافزار CST شبیهسازیهای مربوطه انجام می شود. در این فصل پارامترهای مهم برای رسیدن به مشخصات مطلوب فیلتر یک بانده میاننگذر بررسی شده است. در فصل ۵ دو روش برای طراحی فیلتر میاننگذر دوبانده تحلیل و بررسی شده و نتایج طراحی با بیان معایب و مزایا آورده شده است و سرانجام در فصل ۶ نتایج و پیشنهادها برای ادامه پروژه ارائه خواهد شد.
فصل دوم
سطوح انتخابگر فرکانس
در این فصل، در بخش اول سطوح انتخابگر فرکانس معرفی شده و عوامل مهم برای طراحی چنین ساختارهایی بررسی می شود. در بخش دوم، چگونگی تحریک ساختارهای متناوب شرح داده می شود. در بخش سوم، آرایه های مکمل و در بخش چهارم چگونگی تشکیل منحنی تشدید بررسی می شود. در نهایت، در بخش پنجم کاربردهای گسترده این ساختارها همراه با توضیحات مفصلی در مورد چگونگی طراحی فیلترهای چندبانده بیان خواهد شد.
۲-۱ معرفی سطوح انتخابگر فرکانس
سطوح انتخابگر فرکانس ساختارهای مسطح متناوبی هستند که شبیه فیلترهای الکترومغناطیسی عمل می کنند. این سطوح همانطور که در شکل ۲-۱ مشاهده می شود، از تکههای هم اندازهای که در یک یا دو بعد به طور متناوب چیده شده اند و یا از پنجرههای هم اندازهای که در یک صفحه هادی ایجاد شده اند، تشکیل میشوند. پاسخ فرکانسی سطوح انتخابگر فرکانس متناسب با شکل اجزاء به کار رفته در ساختارشان، به چهار نوع فیلتر طبقه بندی میشوند: میان نگذر، میان گذر، پایین گذر و بالا گذر (شکل ۲-۲). برای طراحی این ساختارها، توجه به دو نکته ضروری است: ۱- چگونگی کنترل کردن پاسخ فرکانسی، ۲- جلوگیری از لوب ساینده[۷].
شکل ۲-۱ ساختارهای سطح انتخابگر فرکانس: (الف) آرایهای از تکهها، (ب) آرایهای از پنجرهها [۱]
شکل ۲-۲ چهار نوع فیلتر سطح انتخابگر فرکانس . مواد هادی با رنگ سیاه نشان داده شده اند [۲]
۲-۱-۱ چگونگی کنترل پاسخ فرکانسی سطوح انتخابگر فرکانس
در کنترل پاسخ فرکانسی سطوح انتخابگر فرکانس باید چهار عامل را در نظر داشت: شکل اجزاء بکار رفته در ساختار متناوب، دیالکتریکی که به عنوان زیر لایه در این ساختارها مورد استفاده قرار می گیرد، ضریب هدایت اجزاء بکار رفته و زوایای تابش موجی که به ساختار تابیده می شود. شکل جزء (تکه یا پنجره) نقش اساسی در طراحی سطوح انتخابگر فرکانس دارد. ضریب هدایت جزء و ثابت دی الکتریک زیر لایه نیز تاثیر زیادی در طراحی و ساخت سطوح انتخابگر فرکانس دارند. همچنین عملکرد سطوح انتخابگر فرکانس در زوایای متفاوت تابش موج یک معیار مهم طراحی است که باید در نظر گرفته شود.
۲-۱-۱-۱ شکل سطوح انتخابگر فرکانس
شکل اجزاء هادی بکار رفته در ساختار متناوب، متفاوت است. همانطوری که در شکل ۲-۳ مشاهده می شود، شکل اجزاء به طور کلی به چهار گروه دسته بندی میشوند: ۱- چند قطبیها مثل دوقطبیها و سه قطبیها، ۲- حلقویها مثل حلقههای مربعی و دایروی، ۳- صفحهایها که معمولا به شکل تکه یا پنجره هستند. به عنوان نمونه تکههای دایروی و پنجرههای مربعی و ۴- ترکیبیها که برای بالا بردن عملکرد سطوح انتخابگر فرکانس از این نوع استفاده میشوند. هر کدام از اشکال، خصوصیات فرکانسی منحصر به فرد خودشان را دارند. جدول ۲-۱ عملکرد اشکال رایج را برای یک سطح انتخابگر فرکانس یک لایه ساده (بدون لایه دی الکتریک) نشان میدهد. در این جدول عملکرد هر شکل از ۱ (بهترین) تا ۴ (ضعیفترین) درجه بندی شده است. در جدول ۲-۱، منظور از پایداری زاویهای
شکل ۲-۳ انواع اجزاء [۱]
جدول شماره ۲-۱ عملکرد سطح انتخابگر فرکانس ها با اشکال متفاوت (یک سطح انتخابگر فرکانس بدون لایه دی الکتریک) [۲]
[چهارشنبه 1401-04-15] [ 02:34:00 ق.ظ ]
|