طراحی آنتن هورن پهن باند با استفاده از ساختار siw
چکیده
آنتن های شیپوری به دلیل دارا بودن خواص ویژه نظیر نمایه های تشعشعی متقارن، بهره ی نسبتا بالا، پهنای باند زیاد، تنوع و در عین حال سادگی شان یکی از پرکاربردترین آنتن های مایکروویو هستند که دارای کاربردهای مختلفی نظیر تغذیه ی آنتن های انعکاسی، رادار، سیستم های ردیابی ماهواره، جنگ الکترونیک، سیستم های جهت یابی و تشخیص هدف، تست های emc و ... می باشند. بدلیل کاربرد وسیع این نوع از آنتن ها، طراحی و بهینه سازی پارامترهای آنها همواره مورد نظر متخصصین و طراحان آنتن بوده است. اولین آنتنهای شیپوری در اواخر سالهای 1800 میلادی ساخته شده و مورد بهره برداری قرار گرفتند.. اگر چه در اوایل سالهای 1900 میلادی کمی مورد بی توجهی قرار گر فتند ولی دوباره در اواخر دهه 1930 میلادی برای کاربردهای مایکروویوی و در خطوط انتقال موجبری در طی جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفتند . تا کنون مقالات زیادی در مورد مکانیزم تشعشع، روشهای طراحی بهینه و کاربردهای آنها ارائه شده اند. آنتن هایی که تا کنون تحقیقات بسیاری بر روی آن ها انجام شده، آنتن های شیپوری هرمی ساده ، هرمی دوتیغه ای، هرمی چهارتیغه ای، آنتن های مخروطی ساده، مخروطی دو تیغه ای و چهارتیغه ای و نیز خود ساختار دوتیغه ای و چهارتیغه ای بوده اند که هر یک متناسب با روش های طراحی، نوع تغذیه، ابعاد و سایر پارامترهای موثر در طراحی خصوصیات مختلفی داشته اند. با این حال ساختار سخت و انعطاف ناپذیر این آنتن ها پیاده سازی آن ها به فرم صفحه ای را دشوار ساخته است. از اینرو تاکنون تلاش هایی جهت پیاده سازی این آنتن بر اساس فناوری موجبرهای مجتمع شده در زیرلایه siw که گاه به اختصار آن ها را pwwg نیز می خوانند، صورت گرفته است. المان ها و اجزای کم تلف، پهن باند، و فشرده نقش اساسی در سیستم های مدرن مخابراتی و کاربردهای فضایی که در محدوده ی فرکانس های مایکروویو و امواج میلیمتری عمل می کنند، دارند. استفاده از تکنولوژی مدارهای چاپی در باند فرکانسی مایکروویو در بسیاری از کاربردها به دلیل ابعاد کوچک، وزن کم و هزینه ی پایین اجزای مایکرواستریپی راه حل بسیار مناسبی به نظر می رسد. اما در محدوده ی فرکانس های امواج میلیمتری استفاده از این مدارها به دلیل تلفات اهمی زیاد و مشکلات ناشی از تشعشعات ناخواسته چندان رایج نیست. از سوی دیگر موجبرهای فلزی نیز علیرغم تلفات پایین و ضریب کیفیت بالایشان به دلیل دارا بودن وزن زیاد و ابعاد بزرگ و غیر قابل انعطاف، نامطلوب هستند.همچنین قابلیت مجتمع شدن با سایر اجزای مدار را نداشته و از نظر اقتصادی چندان به صرفه نیستند. فناوری siw بر کلیه ی این مشکلات تا حد زیادی فائق آمده و برای عملکرد در باند فرکانس های مایکروویو و موج میلیمتری مناسب است. به ویژه می توان از این فناوری در طراحی المان های فشرده و کم اتلاف باندهای مایکروویو و موج میلیمتری مانند فیلترها، رزوناتورها، آنتن ها و غیره، به دلیل تلفات کم نسبت به انواع میکرواستریپی آن ها استفاده نمود. ساختار آنتن شیپوری پیشنهادی براساس فناوری siw، کاندید مناسبی جهت تغذیه ی آنتن های امواج سطحی و آنتن های امواج نشتی است. اما به نظر می رسد که پهنای باند آنتن های ارائه شده بسیار کم است. به طوری که در [99] پهنای باند امپدانسی در فرکانس مرکزی 27ghz در حدود 5/1 درصد گزارش شده است. همچنین پهنای باند s11 کمتر از -10db در [100] در حدود 11درصد می باشد. همچنین یک آنتن هورن مجتمع شده بر روی زیرلایه سازگار با فناوری cmos در [101] ارائه گردیده است که برای کاربردهای wpan در فرکانس 60ghz طراحی شده است. برای افزایش ماکزیمم پهنای باند عملکرد آنتن هورن معمولی از ویژگی موجبرهای تیغه ای در افزایش پهنای باند تک مود استفاده می شود. بدین ترتیب که با بکارگیری دو یا چند تیغه در بخش شیب دار آنتن پهنای باند امپدانسی ساختار را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند. با توجه به میزان اهمیت آنتن های پهن باند در سیستم های مدرن مخابراتی در این پروژه ساختار جدیدی برای آنتن هورن بر اساس فناوری siw برای کاربردهای پهن باند ارائه خواهد شد.