تحلیل،شبیه سازی و ساخت آنتن میکرواستریپ بهینه شده با رولایه متامتریال و استفاده از الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات (PSO)
نوع فایل: word (قابل ویرایش)
تعداد صفحات : 182 صفحه
چکیده
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 آنتن است. فرامواد 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 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 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
۱-۱-آنتن میکرو استریپ 2
۱-۱-۱-موج بر روی آنتن میکرو استریپ 3
-۲-۱-۱ امواج سطحی 3
-۳-۱-۱امواج نامتراکم 5
-۴-۱-۱امواج هدایت شونده 5
۱-۱-۵- مشخصات آنتن میکرو استریپ 6
-۲-۱فرامواد 6
۱-۲-۱- مواد ENG 10
۱-۲-۲- مواد MNG 11
۱-۲-۳- موادDNG 13
۱-۲-۴- کاربرد فرامواد 16
۱-۳- الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات 17
۱-۴-اهداف پروژه 21
فصل دوم : مباحث کلی آنتن میکرواستریپ
۲-۱- مقدمه 23
۲-۲- مزایا و معایب 25
۲-۳- روش های تغذیه 26
۲-۳-۱- تغذیه به روش خط میکرو استریپ 26
۲-۳-۲- کابل هم محور 27
۲-۳-۳- تغذیه به روش تزویج روزنه ای 28
۲-۳-۴- تغذیه به روش تزویج الکترو مغناطیسی 29
۲-۴- روش های تحلیل آنتن میکرو استریپ 30
۲-۴-۱- مدل خط انتقال 31
۲-۴-۲- مدل حفره تشدید 34
۲-۵- الگوی تشعشعی 37
۲-۶- بازده تشعشعی 39
۲-۷- پهنای باند 41
۲-۸- امپدانس ورودی 42
فصل سوم : مباحث کلی فرامواد
۳-۱- مقدمه 45
۳-۲- انتشار امواج در مواد چپ گرد 46
۳- ۳- چگالی انرژی و سرعت گروه 48
۳-۴- ضریب شکست 50
۳-۵- خواص دیگر فرامواد 51
۳-۵-۱- اثر داپلر معکوس 51
۳-۵-۲- تشعشع چرنکوف بازگشتی 52
۳-۶- ضرایب انتقال و انعکاس 54
۳-۶-۱- محاسبه ضرایب انتقال و انعکاس در وجه مشترک 54
۳-۶-۲- محاسبه ضرایب انتقال و انعکاس تیغه فرامواد 56
۳-۷- کاربرد فرامواد در آنتن 57
۳-۷-۱- استفاده از فرامواد به عنوان رولایه آنتن میکرو استریپ 58
فصل چهارم : مباحث کلی استخراج پارامترهای محیطی فرامواد
۴-۱- مقدمه 66
۴-۲- روش SMITH 66
۴-۳- روش ZIOLKOWSKI 69
۴-۴- روش NICOLSON ROSS WEIR 71
۴-۵- کاربرد روش های استخراج پارامترهای محیطی 73
۴-۵-۱ سیم باریک 73
۴-۵-۲- SRR 75
۴-۵-۳ ترکیب سیم باریک و SRR 77
فصل پنجم : مباحث کلی الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات
۵-۱- مقدمه 83
۵-۲- ساختار الگوریتم تجمع ذرات 84
۵-۳- تعیین پارامترهای الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات 90
۵-۴- شرایط مرزی 96
۵-۵- کاربرد 99
فصل ششم : مدل‌سازی
۶-۱- مقدمه 103
۶-۲- ساختار فراماده اول 105
۶-۳- ساختار فراماده دوم 109
۶-۴- ساختار فراماده سوم 114
۶-۵- ساختار فراماده چهارم 118
فصل هفتم : نتایج
۷-۱- مقدمه 124
۷-۲- طراحی آنتن میکرواستریپ با استفاده از ساختار فراماده اول 125
۷-۳- طراحی آنتن میکرواستریپ با استفاده از ساختار فراماده دوم 129
۷-۴- طراحی آنتن میکرواستریپ با استفاده از ساختار فراماده سوم 133
۷-۵- طراحی آنتن میکرواستریپ با استفاده از ساختار فراماده چهارم 137
۷-۶- ساخت آنتن میکرواستریپ با استفاده از ساختار فراماده اول 141
فصل هشتم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات
۸-۱- نتایج 146
۸-۲- پیشنهادات 147
مراجع 148
