شبیه سازی و بررسی آنتن های موبایل

توجه : به همراه پروژه یک فایل پاورپوینت دارای ۵۲ اسلاید ارسال خواهد شد

بخشی از فهرست مطالب پروژه شبیه سازی و بررسی آنتن های موبایل

I چکیده

فهرست مطالبII

فرهنگ اختصاراتIV

فهرست اشکال

فصل ۱  مشخصات تشعشعی یک آنتن

۱-۱) مقدمه

۱-۲) تقسیم بندی نواحی اطراف یک آنتن

۱-۳) شدت تشعشعی آنتن

۱-۴) نمودارهای تشعشعی

۱۰ HPBW 1-5) پهنای تابه نیم توان

یک آنتن ۱۱VSWR 1-6) پهنای باند فرکانسی و

۱-۷) بهره جهتی آنتن

۱-۸) سمتگرایی

۱-۹) بازده تشعشعی آنتن

) ۱۳g 1-10) بهره یا گین آنتن (

۱-۱۱) امپدانس ورودی آنتن

۱- ۱۲) قطبش موج

۱-۱۳) ضریب کیفیت (Q) در مدارات سری

فصل ۲-  آنتن های تلفن همراه

۲-۱) مقدمه

۲-۲) آنتن کوچک چیست ؟

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

۲-۴) شاسی در گوشی موبایل

۲-۵) آنتنهای سیمی

۲-۶) موقعیت آنتن در موبایل

۲-۷) حجم آنتن

۲-۸) انواع کلاسهای آنتنهای موبایل

فصل ۳ – توصیف کیفی و تحلیل عملکرد آنتن PIFA

۳-۱) مقدمه

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

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

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

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

فصل ۴ –  نحوه طراحی آنتن PIFA در این تحقیق

۴-۱) مقدمه

۴-۲) طراحی اولیه آنتن

۴-۳) تبدیل آنتن PIFA   تک باند به دو باند

۴-۴) بهینه سازی آنتن طراحی شده

۴-۵)جمع بندی

فهرست اشکال

فصل اول – مشخصات تشعشعی یک آنتن

شکل۱-۱ نواحی اطراف یک آنتن

شکل۱-۲ میدانها در فاصله دور و نزدیک آنتن

شکل۱-۳  عنصر زاویه فضایی

شکل۱-۴  نمودار قطبی پرتو تشعشعی  صفحه H

شکل۱-۵ نمودار سه بعدی پرتو تشعشعی

شکل۱-۶ یک نمونه نمودار قطبی پرتو توان

شکل۱-۷ ضریب پرتو یک منبع خطی یکنواخت

شکل۱-۸  الف)قطبش خطی افقی  ب)قطبش خطی قائم پ)قطبش دایروی راستگرد ت)قطبش دایروی چپگرد

     ج) قطبش بیضوی چپگرد ث) قطبش بیضوی راستگرد

فصل دوم-  آنتن های تلفن همراه

شکل ۲-۱ آنتنهای قرار گرفته روی زمین

شکل ۲-۲ انواع آنتن های L وارون

شکل۲-۳ شبیه سازی الگوی تشعشعی  و میدان E یک گوشی تلفن نوعی در فرکانس MHz

شکل۲-۴ شبیه سازی الگوی تشعشعی  و میدان E یک گوشی تلفن نوعی در فرکانس MHz

شکل۲-۵ (الف) آنتن مونو پل (ب) آنتن  Lوارون  (ج) آنتن  Fوارون

شکل ۲-۶ شکل اولیه آنتن  Fوارون مسطح

شکل۲-۷ انواع موقغیت آنتن در گوشی تلفن همراه

شکل ۲-۸  انواع موقعیت آنتن روی گوشی های کشویی

شکل ۲-۹ رابطه میان طول شاسی آنتن و پهنای باند در فرکانس MHz

شکل۲-۱۰ رابطه میان طول آنتن و پهنای باند در فرکانس MHz

شکل ۲-۱۱ رابطه میان طول آنتن و پهنای باند در فرکانس MHz

شکل ۲-۱۲ (الف)دو قطبی (ب) دو قطبی تا شده (ج) حلقه

شکل ۲-۱۳  نمونه ای از یک آنتن شلاقی

شکل ۲-۱۴  نمونه هایی از آنتن پیچشی قرار گرفته در گوشی تلفن همراه

شکل ۲-۱۵ یک نمونه آنتن درونی تک باند

شکل ۲-۱۶ (الف) تشعشع کننده باند بالا  (ب) تشعشع کننده باند پایین (ج) مونوپل

شکل ۲-۱۷  نمایی از یک نمونه آنتن مرکب

فصل سوم – توصیف کیفی و تحلیل عملکرد آنتن PIFA

شکل ۳-۱ (الف) صفحه زمین متعارف (ب) صفحه زمین اصلاح شده (تمام ابعاد به میلیمتر است )

شکل ۳-۲ آنتنPIFA دو باند(الف)صفحه زمین متداول (ب) صفحه زمین اصلاح شده(تمام ابعاد به میلیمتر است)

شکل ۳-۳ VSWR  اندازه گیری شده و محاسبه شده بر حسب فرکانس برای آنتن PIFA تک باند (الف)روی صفحه زمین متداول (ب) روی صفحه زمین اصلاح شده

شکل ۳-۴ الگوی تشعشعی محاسبه شده آنتن PIFAتک باند در فرکانس MHz910 (الف) صفحه زمین متداول (ب) صفحه زمین اصلاح شده

شکل ۳-۵  نمودار VSWR آنتن دو باند(الف) باند MHz900 (ب) باند ۱۸۰۰MHz

شکل ۳-۶  الگوی تشعشعی محاسبه شده برای آنتن دو باند در فرکانس MHz 1920 (الف)صفحه زمین متداول (ب) صفحه زمین اصلاح شده

شکل ۳-۷ نمای کناری آنتن PIFA

شکل ۳-۸  مدل خط انتقال برای آنتن PIFA

شکل ۳-۹  (الف) نتایج شبیه سازی (ب)نتایج مدل خط انتقال

شکل ۳-۱۰ نمای کلی یک آنتن مونوپل ساده

شکل ۳-۱۱  نمودارVSWR آنتن طراحی شده

شکل۳-۱۲ نمودارre (Z) آنتن طراحی شده

شکل ۳-۱۳ نمودار الگوی تشعشعی آنتن به ازای phi=

شکل ۳-۱۴ پرتو تشعشعی آنتن بصورت سه بعدی در فرکانس MHZ

فصل چهارم –  نحوه طراحی آنتن PIFA در این تحقیق

شکل ۴-۱  نمایی از آنتن PIFA اولیه طراحی شده

شکل ۴-۲  نحوه اتصال آنتن به جعبه گوشی تلفن همراه

شکل ۴-۳ نمودار Im(Z) در اطراف فرکانس MHZ

شکل ۴-۴  نمودار Im(Z) در اطراف فرکانس MHZ

شکل ۴-۵ نمودار Im(Z) در اطراف فرکانس MHZ

شکل ۴-۶ نمودار Im(Z) در اطراف فرکانس MHZ

شکل ۴-۷  نمودار  VSWR در باند MHZ

شکل ۴-۸ نمایی از آنتن در صفحه X-Y

شکل ۴-۹ نمایش گرافیکی میدان E در باند ۹۰۰MHZ

شکل ۴-۱۰ نمایش گرافیکی میدان E در باند ۱۸۰۰MHZ

شکل ۴-۱۱  نمودار VSWR نسبت به تغییر در ارتفاع آنتن

شکل ۴-۱۲  نمودار VSWR نسبت به تغییر در محل تغذیه روی باند ۱۸۰۰MHZ و ۹۰۰MHZ

شکل ۴-۱۳  نمودار VSWR  نسبت به تغییر در فاصله بین دو شکاف روی باند ۱۸۰۰MHZ

شکل۴-۱۴  نمودار VSWR  نسبت به تغییرات فاصله دو شکاف نسبت به منبع با حفظ فاصله بین دو شکاف روی باند ۱۸۰۰MHZ

شکل ۴-۱۵  نمودار VSWR آنتن به ازای مقادیر مختلف پهنای اتصال کوتاه در باند MHz

شکل ۴-۱۶  نمودار VSWR آنتن به ازای مقادیر مختلف پهنای اتصال کوتاه در باند MHz

شکل ۴-۱۷ نمای کلی از آنتن طرا حی شده

شکل ۴-۱۸  نمایی از آنتن در صفحه X-Y

شکل ۴-۱۹  نمایی از آنتن در صفحه Z-X

شکل ۴-۲۰  نمایی از آنتن در صفحه Z-Y

شکل ۴-۲۱ آنتن طراحی شده در حضور جعبه رسانا

شکل  4-22  VSWR  آنتن قبل از اضافه شدن جعبه رسانا در باند ۹۰۰MHz

شکل ۴-۲۳  VSWR  آنتن قبل از اضافه شدن جعبه رسانا در باند MHz

شکل  4-24  VSWR  آنتن بعد از اضافه شدن جعبه رسانا در باند MHz

شکل  4-25  VSWR  آنتن بعد از اضافه شدن جعبه رسانا در باند MHz

شکل ۴-۲۶  نمودار تشعشعی آنتن به dB در فضای آزاد به ازای phi=90  قبل از اضافه شدن جعبه رسانا( نرمالیزه نشده

شکل ۴-۲۷  نمودار تشعشعی آنتن به dB در فضای آزاد به ازای phi=90  بعد از اضافه شدن جعبه رسانا( نرمالیزه نشده

شکل ۴-۲۸  نمودار تشعشعی آنتن به صورت سه بعدی در فرکانس MHZ

شکل ۴-۲۹ نمودار تشعشعی آنتن به صورت سه بعدی در فرکانس MHZ

-۱) 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 می?شود 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 بی?سیم 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.
۱-۲) تقسیم بندی نواحی اطراف یک آنتن
فضای اطراف یک آنتن به دو ناحیه تقسیم می?شود. اولین ناحیه بعد از آنتن، ناحیه آنتن و ناحیه خارج از آن، ناحیه بیرونی نامیده می?شود. مرز دو ناحیه کره ای است که مرکزش، مرکز آنتن وسطح آن از دو انتهای آنتن عبور می?کند. نسبت این کره مرزی به آنتن نیم موج دو مخروطی متقارن در شکل ۱-۱ نشان داده شده است ]۲

مناسب است که نمودارهای تشعشعی را نرمالیزه (بهنجار) کنیم به طوری که حداکثر اندازه اش برابر واحد شود. برای نرمالیزه کردن یک نمودار به صورت زیر عمل می?کنیم: اندازه میدان یا توان در هر نقطه از نمودار را بر ماکزیمم مقدار آنها تقسیم می?کنیم . بدین صورت نمودار نرمالیزه شده بدست می آید . به عنوان مثال برای یک منبع در امتداد محور Z که میدان E اش تنها یک مولفه   دارد، نمودار میدان نرمالیزه شده، به صورت زیر تعریف می?شود:
(۱-۱)
  حداکثر اندازه   روی سطح کره به شعاع   است. البته  مستقل از   است.
یک نمونه نمودار توان تشعشعی یک آنتن بصورت یک نمودار قطبی در شکل زیر رسم شده است. گلبرگ یا تابه اصلی   شامل جهت حداکثر تشعشع می?باشد. گلبرگ های کوچکتر دیگری موسوم به گلبرگهای فرعی   نیز در نمودار تشعشع وجود دارد. یک گلبرگ کناری   را به عنوان یک گلبرگ تشعشع در هر جهت غیر از جهت گلبرگ اصلی تعریف می?کنیم]۱[.
بصورت فاصله زاویه ای بین دو نقطه روی تابه اصلی در پرتو توان بوده که اندازه توان نصف حداکثر اندازه آن است. بنابراین:
(۳-۱)                          
   و    به ترتیب زوایای نقاط در طرف چپ و طرف راست حداکثر تابه اصلی هستند که پرتو توان نصف اندازه حداکثرش است]۱[.
آنتنها می توانند پهلو آتش   یا سرآتش   باشند. حداکثر اندازه تابه اصلی یک آنتن پهلو آتش در جهتی عمود بر صفحه شامل آنتن است. حداکثر اندازه تابه اصلی یک آنتن سرآتش موازی صفحه شامل آنتن می?باشد
۱-۶)  VSWR و پهنای باند فرکانسی یک آنتن
قبل از تعریف VSWR مفهوم خط انتقال پایاندار را توضیح می دهیم.
یک خط انتقال بدون اتلاف منتهی به بار دلخواه    را در نظر بگیرید که در راستای محور Z قرار دارد به طوری که مبدا در محل بار قرار داشته باشد. منبعی در Z های منفی (Z<0) موج ولتاژ تابشی   ( ، که   فرکانس زاویه ای،   ضریب الکتریکی و   ضریب مغناطیسی می باشند. ) را تولید می می?کند که در جهت +Z  حرکت می?کند. طبق تعاریف خط انتقال نسبت ولتاژ رفت به جریان رفت برای این موج رونده در جهت +Z برابر امپدانس مشخصه  خط   است. اما اگرخط به بار   منتهی شده باشد، نسبت ولتاژ کل به جریان کل در محل بار برابر…