پایان نامه مطالعه و شبیه سازی آنتن های تلفن همراه

تعداد صفحات: ۶۸ | قابل ویرایش

فهرست مطالب

عنوان                                                           صفحه

I چکیده………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

فهرست مطالب…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. II

فرهنگ اختصارات……………………………………………………………………………………………………………………………………………… IV

فهرست اشکال……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۱

فصل ۱  مشخصات تشعشعی یک آنتن…………………………………………………………………………………………………………………….. ۵

۱-۱) مقدمه ……………………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… ۵

۱-۲) تقسیم بندی نواحی اطراف یک آنتن …………………………………………………. ……………………………………………………………۵

۱-۳) شدت تشعشعی آنتن…………………………………………………………………… ………………………………………………………………..۶

۱-۴) نمودارهای تشعشعی……………………………………………………………………. ………………………………………………………………..۷

…………………………………………………………. …………………………………………………………..۱۰ HPBW ۱-۵) پهنای تابه نیم توان

یک آنتن ……………………………………………….. …………………………………………………….۱۱VSWR ۱-۶) پهنای باند فرکانسی و

۱-۷) بهره جهتی آنتن …………………………………………………………………………. ……………………………………………………………..۱۲

۱-۸) سمتگرایی ……………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………….۱۳

۱-۹) بازده تشعشعی آنتن ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………۱۳

) ……………………………………………………………….. ……………………………………………………………..۱۳g ۱-۱۰) بهره یا گین آنتن (

۱-۱۱) امپدانس ورودی آنتن …………………………………………………………………. …………………………………………………………….۱۴

۱- ۱۲) قطبش موج ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………...۱۴

۱-۱۳) ضریب کیفیت (Q) در مدارات سری………………………………………………. ………………………………………………………….۱۵

فصل ۲-  آنتن های تلفن همراه…………………………………………………………………. ………………………………………………………….۱۷

۲-۱) مقدمه…………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………۱۷

۲-۲) آنتن کوچک چیست ؟ …………………………………………………………………. …………………………………………………………….۱۷

۲-۳) آنتن F معکوس و عملکرد یک آنتن تلفن همراه ……………………………………… …………………………………………………….۱۸

۲-۴) شاسی در گوشی موبایل  ……………………………………………………………… …………………………………………………………….۲۱

۲-۵) آنتنهای سیمی…………………………………………………………………………. …………………………………………………………………۲۲

۲-۶) موقعیت آنتن در موبایل……………………………………………………………… ……………………………………………………………….۲۴

۲-۷) حجم آنتن……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………۲۷

۲-۸) انواع کلاسهای آنتنهای موبایل………………………………………………………… ……………………………………………………………۲۹

فصل ۳ – توصیف کیفی و تحلیل عملکرد آنتن PIFA ……………………………………… …………………………………………………..۳۴

۳-۱) مقدمه…………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………….۳۴

۳-۲) تغییرات پورت زمین  و تاثیر آن روی آنتن PIFA در گوشی موبایل………………….. ……………………………………………..۳۴

۳-۳) تحلیل آنتن PIFA  با استفاده از مدل های معادل …………………………………….. ……………………………………………………۴۱

۳-۴ ) روش تحلیل عملکرد آنتن PIFA در این پژوهش……………………………………. ……………………………………………………۴۳

۳-۵) شبیه سازی یک آنتن مونوپل به کمک نرم افزار HFSS ……………………………. …………………………………………………..۴۴

فصل ۴ –  نحوه طراحی آنتن PIFA در این تحقیق…………………………………………. ……………………………………………………..۴۸

۴-۱) مقدمه………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………۴۸

۴-۲) طراحی اولیه آنتن……………………………………………………………………… ………………………………………………………………..۴۸

۴-۳) تبدیل آنتن PIFA   تک باند به دو باند……………………………………………….. ……………………………………………………….۵۳

۴-۴) بهینه سازی آنتن طراحی شده…………………………………………………………. …………………………………………………………….۵۵

۴-۵)جمع بندی………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………….۶۶

مقدمه

انتقال امواج الکترومغناطیسی می تواند توسط نوعی از ساختارهای هدایت کننده امواج (مانند یک خط انتقال یا یک موجبر) صورت گیرد و یا می تواند از طریق آنتنهای فرستنده و گیرنده بدون هیچ گونه ساختار هدایت کننده واسطه ای انجام پذیرد. عوامل مختلفی در انتخاب بین خطوط انتقال یا آنتنها دخالت دارند. بطور کلی خطوط انتقال در فرکانسهای پایین و فواصل کوتاه عملی هستند. با افزایش فواصل و فرکانسها تلفات سیگنال و هزینه‌های کاربرد خطوط انتقال بیشتر میشود و در نتیجه استفاده از آنتنها ارجحیت می یابد]۱[.

در حدود سالهای ۱۹۲۰ پس از آنکه لامپ تریود برای ایجاد سیگنالهای امواج پیوسته تا یک مگاهرتز بکار رفت، ساخت آنتنهای تشدیدی (با طول موج تشدید) مانند دوقطبی نیم موج امکان یافت و در فرکانسهای بالاتر امکان ساخت آنتنها با ابعاد و اندازه ی فیزیکی در حدود تشدید (یعنی نیم طول موج) فراهم شد.

قبل از جنگ دوم جهانی مولدهای سیگنال مگنی‌ترون و کلایسترون و مایکروویو (در حدود یک گیگاهرتز) همراه با موجبرهای توخالی اختراع و توسعه یافتند. این تحولات منجر به ابداع و ساخت آنتنهای بوقی شد. در خلال جنگ دوم جهانی یک فعالیت وسیع طراحی و توسعه برای ساخت سیستم‌های رادار منجر به ابداع انوع مختلف آنتنهای مدرن مانند آنتنهای بشقابی (منعکس کننده) عدسی‌ها و آنتنهای شکافی موجبری شد]۱[.

امروزه گستره وسیعی از انواع مختلف آنتنها در مخابرات سیار و سیستمهای بیسیم در حال استفاده اند و کماکان رقابت در زمینه کوچک کردن ابعاد آنتنها و بهینه کردن مشخصات تشعشعی آنها ادامه دارد. در این بخش به‌طور خلاصه به مرور اصول، تعاریف مشخصات تشعشعی آنتنها پرداخته شده است.

آنتن کوچک چیست؟

کوچک بودن آنتن یک اصطلاح نسبی است. آنچه که باید بدانیم این است که استانداردهای مرجع چیست؟

آنتنی که در دست شما قرار می گیرد به طور فیزیکی کوچک است، در حالی که یک آنتن با طول  m 20 به طور فیزیکی بزرگ است. اندازه فیزیکی آنتن، همراه با محیطی که آنتن در آن استفاده خواهد شد در طراحی مکانیکی آن بسیار مهم است. اما این فقط در فرایند طراحی الکتریکی در درجه دوم قرار دارد. مقیاس مناسب در طراحی الکتریکی آنتن طول موج فضای آزاد در فرکانس کاری آنتن میباشد.

آنتن F معکوس و عملکرد یک آنتن تلفن همراه

یک آنتن مونوپل  ساده درشکل ۲-۱(الف) نشان داده شده است. این آنتن از فرکانس DC تا فرکانسی که طول آن  میشود خازنی میباشد. امپدانس ورودی به شکل  میباشد که R  کوچک و X خیلی بزرگ است. پهنای باند بوسیله Q (که در این جا برابر است با ) محدود خواهد شد.

اگر بلندی آنتن شکل ۲-۱(الف) کوچکتر از ربع طول موج باشد، لازم است که برای تحریک آن از یک جریان خیلی بزرگ استفاده شود تا آنتن منطبق شود و با یک قدرت مشخصی تشعشع کند. به عبارت دیگر چون مقاومت تشعشعی آنتن خیلی کم است، بنابراین برای اینکه با قدرت مورد نیاز تشعشع کند باید خط انتقال جریان بزرگی را حمل کند. اما مقاومت تشعشعی آنتن به دلیل کوچکی ممکن است با مقاومت تلف شده در هادیهای آن قابل مقایسه شود. در نتیجه بازده تشعشی که از رابطه( ۱-۱۲) قابل محاسبه است، کوچک خواهد شد.

همچنین برای هدایت جریان بزرگ به آنتن، لازم است که آنتن به خط انتقال تطبیق داده شود و ناچار از مدارات تطبیق استفاده گردد که خود باعث افزایش تلفات در مدار میشود. علاوه بر مشکلات بوجود آمده برای بازده تشعشعی این نوع آنتنها، مدارهای تطبیق در فرکانس های بالا خود وابسته به فرکانس کار هستند، بنابراین ما با کاهش پهنای باند نیزمواجه هستیم.

در این آنتن جریان بالای تشعشع کننده صفر است و مقادیر ماکزیمم در قسمت تحتانی آنتن به طور خطی تغییر میکند(این جریان تقریبا خطی است چون گرچه توزیع جریان تقریبا سینوسی میباشد، اما چون  کوچک است پس در نتیجه).

آنتنهای سیمی

آنتن مونوپل و مونوپل اصلاح شده (نشان داده شده درشکل ۲-۵)، نخستین آنتنهای شناخته شده برای استفاده در مخابرات سیار بودند . آنها برای طراحی ساده، کم وزن و در صفحه افقی دارای الگوی تشعشعی همسانگرد و سمتگرایی جهتی بکار می روند]۸ .[ معمولترین نوع این آنتنها آنتن مونوپل یک چهارم طول میباشد که نسبتا بلند است.

از اینرو آنتنهای مونوپل معمولا آنتنهای خارجی هستند. به منظور کوچک کردن اندازه گوشی به عنوان ابزاری که در دست جای بگیرد، آنتن L– معکوس  ظهور کرد. ILA (L– معکوس) یک مونوپل تغذیه شده از قسمت انتهایی میباشد، همراه یک المان سیمی افقی که در بخش بالایی به عنوان یک بار خازنی عمل میکند.