گزارش‌کار طراحی آنتن میکرواستریپ ۵G در نرم‌افزار CST

طراحی آنتن میکرو استریپ

یکی از انواع آنتن‌ها که در سیستم‌های مخابراتی  کاربرد فراوانی دارد بر اساس تکنولوژی میکرواستریپ می باشد. این انتنها درحال حاضر تنها برای امواج میکروویو کاربرد دارند و استفاده انها در فرکانس‌های میلیمتری به اسانی محقق نخواهد شد. بهمین علت در اینجا هدف ما رسیدن به طرح مناسب برای برطرف کردن این مشکلات می‌باشد. از طرفی جهت فشرده‌سازی انها جهت قرارگیری در مدارهای مجتمع این آنتها باید بر روی زیرلایه های نیمه هادی ساخته شوند.از انجا که این زیرلایه ها دارای ثابت دی الکتریک بالا ومعمولا نازکتر از مواد بکاررفته در انتنهای معمول می باشند باید در آنها اصلاحاتی به وجود اید.

بر خلاف تصور عامی که تاریخچه انتنهای میکرواستریپ  مربوط به سالهای اخیر می شود،پیشینه این انتنها به دهد ۱۹۵۰ برمی گردد.اگر چه تا دهه۱۹۷۰ پیشرفت  قابل توجهی در انها به وجود نیامده است.در این زمان ،پیشرفت تکنولوژی لیتوگرافی نوری  وهمچنین منابع میکروویو کم هزینه حالت جامد در فرکانسهای بالا،سبب توسعه محدوده کاری این انتنها در کاربردهای میکروویو شد.شکل۱  نشان دهنده یکی از این آنتنها می باشد  که از یک قطعه فلزی که توسط یک دی الکتریک از صفحه زمین جدا شده تشکیل شده است.

انتخاب نوع هندسه این آنتنها بر اساس نوع مشخصات تشعشعی آنتن مورد نظر می باشد.به عنوان مثال  قطعات مستطیلی،مربعی و دایره ای معمولا به علت مشخصات تشعشعی خوبشان مورد استفاده قرار می گیرند.در حالیکه در جاهایی که پهنای باند وسیعتر مورد نیاز است از انتنهای نیم موج^۲ استفاده می شود.تمامی این اشکال هندسی سبب شکل دهی مناسب آنتنها از نظر زیبایی خواهند شد و می توانند بر روی هر سطح فلزی مسطح یا غیر مسطح واقع شوند.به همین علت در سالهای اخیر دارای کاربرد بیشتری در ارتباطات بیسیم شده اند. این آنتن ها با  وجود مقبولیت بالای انها بعلت طبیعت تطبیق پذیر یشان، دارای محدودیت های ذاتی نیز می باشند. که این معایب شامل امپدانس کوچک پهنای باند(ضریب کیفیت Q بالا) و بهره و کارآیی پایین می باشد. بنابراین اکثر تحقیقات در این زمینه پیرامون بهبود این خواص می باشند.قبل از ادامه این بحث ، داشتن اطلاعاتی پیرامون این اساس کار این انتنها  ضروری می باشد.

قطعه پچ بعنوان یک تشدید کننده خط  نیم موج رفتار می کند و تشعشع بعلت خروج میدان از سر مدار باز اتفاق می افتد. بنابراین افزایش عرض آنتن سبب افزایش راندمان تشعشع می شود.اما در عرض های بیشتر از عرض بهینه ،حالتهای مرتبه بالا تولید خواهد شد که باعث اختلال در مشخصات تشعشعی ان می شود.این عرض بهینه پچ مستطیلی در آنتنهای میکرواستریپ به صورت زیر بدست می اید:

واسطه ای که پچ را احاطه کرده است نامتجانس می باشد.در یک طرف پچ ماده دی الکتریک و در طرف دیگر ان هوا می باشد.

بنابراین ثابت موثر دی الکتریک eε برای این پچ تعریف می شود که برابر است با:

با افزایش فرکانس خطوط میدان متمرکز شده و میدانهای حاشیه ای کاهش می یابد بنابراین ثابت موثر دی الکتریک با فرکانس تغییر خواهد کرد و معادله فوق در واقع بیانگر مقدار اولیه هر یک از منحنی های شکل زیر می باشد.

و طول پچ برابر است با:

که Δl برابر با تغییرات طول در میدان خارج شده و εe مقدار موثر ثابت دی الکتریک می باشد. مقدار Δl بطور تقریبی از رابطه زیر بدست می اید:

در ابن صورت فرکانس رزونانس نیز بصورت زیر تغییر می کند:

آنتن طراحی شده در ۵ GHz

 

در اینجا نیز یک آنتن میکرواستریپ در فرکانس ۵ گیگاهرتز طراحی شده است. می توان برای طراحی آنتن از فزمول های بالا که بر گرفته از آنتن بالا نیس استفاده کرد یا بعضی سایت ها که خودشون فرمول ها را حساب می کنند استفاده کرد ولی باید توجه داشت این فرمول ها تقریبی هستند و صرفا نمی توان به انها اتکاکرد.

آنتن طراحی شده شامل پچ

زیرلایه از نوع راجرز با ضخامت ۱٫۶ میلیمتر که یک زیرلایه استاندارد

و صفح زمین

ضخامت پچ۰٫۰۲۵ و زمین در نظر گرفته شده است.