آنتن های میکرواستریپ به دلیل ویژگی منحصر به فردی مانند هزینه ساخت مناسب و وزن کم دارند، به ویژه در سیستم های بی سیم بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از معایب این آنتن بهره نامناسب آن است. تلاش های بسیاری جهت افزایش بهره این آنتن صورت گرفته است، یکی از این موارد، استفاده از ساختار فرامواد به عنوان رولایه[1] آنتن است. فرامواد[2] دارای ساختاری متشکل از اشکال هندسی هستند که ابعاد هر سلول واحد آن از طول موج فضای آزاد بسیار کوچک تر است. این مواد در بازه فرکانسی خاصی دارای ضریب شکست و گذردهی الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی منفی هستند. این امر سبب می شود که امواج برخوردی به ساختار فراماده به صورت بازگشتی منتشر شود. جهت استخراج این پارامترها روش های مختلف مورد بررسی قرار می گیرند و روش NRW [3] به دلیل این که پاسخ مناسبی ارائه می دهد، استفاده می شود. در این پروژه چهار سلول فراماده جدید معرفی می شوند. جهت بهبود عملکرد ساختار فراماده از الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات[4] استفاده می شود. این الگوریتم از رفتار طبیعی موجودات الهام می گیرد. در این روش بهینه سازی ذرات در جستجوی بهترین مکان که بیشترین تطبیق را با تابع شایستگی دارد، هستند. در این پایان نامه، کمینه مقدار توان تلفات بازگشتی به عنوان تابع شایستگی تعریف می شود. این الگوریتم از دو نرم افزار مطلب و HFSS به طور همزمان استفاده می نماید. این دو نرم افزار از طریق لینک API و زبان واسط VBS به یکدیگر متصل شده و الگوریتم بهینه سازی اجرا می شود. شرایط مرزی متفاوتی برای این الگوریتم تعریف می شود، در این پایان نامه جهت افزایش بازده الگوریتم بهینه سازی از دیواره های غیر قابل تشخیص استفاده شده است. دامنه حرکت ذرات و سرعت آن ها با توجه به ساختار آنتن تعیین می شود. خروجی برنامه مطلب به عنوان نقطه بهینه برگزیده می شود. سپس با توجه به فرکانس نوسان سلول واحد فراماده، ابعاد آنتن میکرواستریپ محاسبه می شود. با توجه به اینکه تعیین محل دقیق تغذیه نقش بسیار مهمی در عملکرد آنتن ایفا می نماید، جهت تعیین مکان قرارگیری کابل هم محور از الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات استفاده می شود. در نهایت آنتن میکرواستریپ به همراه رولایه که از ساختارهای فرامواد معرفی شده، تشکیل شده است در نرم افزار HFSS شبیه سازی می شود. با توجه به ساختار سلول واحد و ابعاد رولایه، آرایه ای از سلول واحد بر روی آنتن قرار می گیرد. بهره آنتن به طور قابل ملاحظه ای نسبت به آنتن بدون رولایه افزایش می یابد. به طور میانگین افزایش dB 3 الی dB 4 مشاهده می شود. همچنین سمت گرایی آنتن بهبود می یابد و مقدار لوب عقبی نیز کاهش می یابد. این امر نشان میدهد استفاده از فراماده بهینه شده سبب بهبود عملکرد آنتن میکرواستریپ می شود.










فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول : مقدمه
1-1-آنتن میکرو استریپ 2
1-1-1-موج بر روی آنتن میکرو استریپ 3
-2-1-1 امواج سطحی. 3
-3-1-1امواج نامتراکم. 5
-4-1-1امواج هدایت شونده. 5
1-1-5- مشخصات آنتن میکرو استریپ 6
-2-1فرامواد. 6
1-2-1- مواد ENG 10
1-2-2- مواد MNG 11
1-2-3- موادDNG 13
1-2-4- کاربرد فرامواد 16
1-3- الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات 17
1-4-اهداف پروژه 21


فصل دوم : مباحث کلی آنتن میکرواستریپ
2-1- مقدمه 23
2-2- مزایا و معایب 25
2-3- روش های تغذیه 26
2-3-1- تغذیه به روش خط میکرو استریپ 26
2-3-2- کابل هم محور 27
2-3-3- تغذیه به روش تزویج روزنه ای 28
2-3-4- تغذیه به روش تزویج الکترو مغناطیسی 29
2-4- روش های تحلیل آنتن میکرو استریپ 30
2-4-1- مدل خط انتقال 31
2-4-2- مدل حفره تشدید 34
2-5- الگوی تشعشعی 37
2-6- بازده تشعشعی 39
2-7- پهنای باند. 41
2-8- امپدانس ورودی 42

فصل سوم : مباحث کلی فرامواد
3-1- مقدمه 45
3-2- انتشار امواج در مواد چپ گرد 46
3- 3- چگالی انرژی و سرعت گروه 48
3-4- ضریب شکست 50
3-5- خواص دیگر فرامواد 51
3-5-1- اثر داپلر معکوس 51
3-5-2- تشعشع چرنکوف بازگشتی 52
3-6- ضرایب انتقال و انعکاس 54
3-6-1- محاسبه ضرایب انتقال و انعکاس در وجه مشترک 54
3-6-2- محاسبه ضرایب انتقال و انعکاس تیغه فرامواد 56
3-7- کاربرد فرامواد در آنتن 57
3-7-1- استفاده از فرامواد به عنوان رولایه آنتن میکرو استریپ 58

فصل چهارم : مباحث کلی استخراج پارامترهای محیطی فرامواد
4-1- مقدمه 66
4-2- روش Smith. 66
4-3- روش Ziolkowski 69
4-4- روش Nicolson Ross Weir. 71
4-5- کاربرد روش های استخراج پارامترهای محیطی 73
4-5-1 سیم باریک 73
4-5-2- SRR 75
4-5-3 ترکیب سیم باریک و SRR 77

فصل پنجم : مباحث کلی الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات
5-1- مقدمه 83
5-2- ساختار الگوریتم تجمع ذرات 84
5-3- تعیین پارامترهای الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات 90
5-4- شرایط مرزی 96
5-5- کاربرد 99

فصل ششم : مدل‌سازی
6-1- مقدمه 103
6-2- ساختار فراماده اول 105
6-3- ساختار فراماده دوم 109
6-4- ساختار فراماده سوم 114
6-5- ساختار فراماده چهارم 118

فصل هفتم : نتایج
7-1- مقدمه 124
7-2- طراحی آنتن میکرواستریپ با بهره گرفتن از ساختار فراماده اول 125
7-3- طراحی آنتن میکرواستریپ با بهره گرفتن از ساختار فراماده دوم 129
7-4- طراحی آنتن میکرواستریپ با بهره گرفتن از ساختار فراماده سوم 133
7-5- طراحی آنتن میکرواستریپ با بهره گرفتن از ساختار فراماده چهارم 137
7-6- ساخت آنتن میکرواستریپ با بهره گرفتن از ساختار فراماده اول 141

فصل هشتم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات
8-1- نتایج 146
8-2- پیشنهادات 147

مراجع 148

























فهرست جداول

عنوان صفحه
جدول 5-1: تعریف پارامترهای الگوریتم تجمع بهینه سازی ذرات 84
جدول 7-1: ابعاد آنتن میکرواستریپ بر اساس فرکانس نوسان ساختار فراماده اول 126
جدول 7-2: ابعاد آنتن میکرواستریپ بر اساس فرکانس نوسان ساختار فراماده دوم 130
جدول 7-3: ابعاد آنتن میکرواستریپ بر اساس فرکانس نوسان ساختار فراماده سوم 134
جدول 7-4: ابعاد آنتن میکرواستریپ بر اساس فرکانس نوسان ساختار فراماده چهارم 138


































فهرست شکل‌ها

عنوان صفحه

شکل 1-1: دوقطبی در نظر گرفته شده بر روی آنتن میکرو استریپ (Garg et al., 2000) 3
شکل1-2 : امواج سطحیGarg et al , 2000)). 4
شکل 1-3 : امواج نامتراکم Garg et al , 2000)). 5
شکل 1-4 : انتشار امواج در محیط راست گرد( Veselago ,1968) 7
شکل 1-5 : انتشار امواج در محیط چپ گرد( Veselago ,1968) 8
شکل 1-6 : اولین آرایه SRR ساخته شده در سال 1998(Smith et al., 2000) 9
الکتریکی منفی( .(Pendry et al., 1998. 10
شکل 1-8 : ساختار سلول واحد با خاصیت ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی منفی Limaye, 2006)) 12
شکل 1-9 : نمودار ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی برحسب فرکانس ( .(Limaye, 2006. 13
شکل 1-10 : سلول واحد محیط DNGالف)ساختار یک بعدی ب) ساختار دو بعدی(Limaye, 2006) 15
شکل 1-11 : مدل خط انتقال( .(Caloz et al., 2005. 16
شکل 1-12 : شمای عملیاتی الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات 20

شکل 2-1 : ساختار کلی آنتن میکرو استریپ با پچ مستطیلی( .(Balanis,1997 24
شکل 2-2 : اشکال رایج پچ آنتن میکرواستریپ( .(Garg et al., 2001. 24
شکل 2-3 : تغذیه به روش خط میکرو استریپ( .(Garg et al., 2001. 27
شکل 2-4 : تغذیه به روش کابل هم محور ( .(Garg et al., 2001. 28
شکل 2-5 : تغذیه به روش تزویج روزنه ای( .(Garg et al., 2001. 29
شکل 2-6 : تغذیه به روش تزویج الکترومغناطیسی( .(Garg et al., 2001. 30
شکل 2-7 : خط میکرو استریپ( .(Garg et al., 2001. 32
شکل 2- 8 : خطوط میدان الکتریکی( .(Garg et al., 2001. 32
شکل 2-9 : آنتن پچ میکرو استریپ ( .(Balanis, 1997. 33
شکل 2-10 : توزیع بار و ایجاد چگالی جریان در پچ میکرو استریپ .(Lo et al., 1979) 35
شکل 2-11 : جریان الکتریکی مد (0و1) .(Gardiol, 1995) 38
شکل 2-12 : جریان مغناطیسی مد (0و1) .(Gardiol, 1995) 38
شکل 2-13 : مدار معادل آنتن پچ میکرو استریپ.(Jackson et al., 1997) 43

شکل 3-1 : طبقه بندی مواد بر اساس ضریب گذردهی الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی.(Engheta et al., 2006) 45
شکل 3-2 : جهت بردار های ، ، و در محیط
راست گرد .(Shamonina et al., 2002) 47
شکل 3-3 : جهت بردار های ، ، و در محیط
چپ گرد .(Shamonina et al., 2002) 47
شکل 3-4 : نمایش شکست موج در محیط چپ گرد.(Marques et al., 2007) 51
شکل 3-5 : تشعشع چرنکوف در محیط راست گرد.(Marques et al., 2007) 53
شکل 3-6 : تشعشع چرنکوف در محیط چپ گرد.(Marques et al., 2007) 53
شکل3-7 : میدان در نزدیکی سطح محیط راست گرد و چپ گرد(Engheta et al., 2006). 55
شکل3-8 : استفاده از فرامواد به عنوان رولایه آنتن میکرواستریپ(Chainmool et al., 2009). 60
شکل3-9 : بهره آنتن میکرواستریپ با بهره گرفتن از رولایه و مقایسه آن با بهره آنتن بدون رولایه(Chainmool et al., 2009). 61
شکل 3-10 : سلول واحد فرامواد(Majid et al., 2009). 61
شکل 3-11 : بهره آنتن میکرو استریپ در صفحه E (Majid et al., 2009). 62
شکل 3-12 : بهره آنتن میکرو استریپ در صفحه H (Majid et al., 2009). 62
شکل 3-13 : سلول واحد فرامواد(Chainmool et al., 2010). 63
شکل 3-14 : ساختار آنتن به همراه فرامواد به رولایه(Chainmool et al., 2010). 63
شکل 3-15 : بهره آنتن میکرو استریپ به همراه رولایه فرامواد(Chainmool et al., 2010). 64

شکل 4-1 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکست سیم باریک بر حسب فرکانس با بهره گرفتن از روش Smith . (Wakatsuchi, 2011) 74
شکل 4-2 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکست سیم باریک بر حسب فرکانس با بهره گرفتن از روش Ziolkowski . (Wakatsuchi, 2011) 74
شکل 4-3 : نمودار قسمت حقیقی امپدانس موجSRR بر حسب فرکانس با بهره گرفتن از روش Smith . (Wakatsuchi, 2011) 75