تحلیل و طراحی آرایه ریزنواری مبتنی بر آنتن vivaldi
چکیده
امروزه در زمینه های گوناگونی از جمله کاربردهای رادیویی، پزشکی، عکس برداری مایکروویوی و نجوم از آنتن های فرا پهن باند (uwb) استفاده می شود. آنتن های ویوالدی به دلیل بهره قابل قبول، پهنای باند وسیع، سطح مقطع عرضی کوچک و ساخت راحت و ارزان یکی از مناسب ترین گزینه ها برای کاربردهای uwb می باشند. یکی از چالش های پیش رو در این آنتن ها، به خصوص در کاربردهای پزشکی که اخیراً بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته، نیاز به باریک بودن پرتو اصلی آنتن و بهره بالا است. در زمینه پزشکی، از جمله تصویربرداری و پیدا نمودن مکان تومورها و از بین بردن تومورها به روش هایپرترمیا، به دلیل نوع بافت بدن (در قسمت سر، پوست و جمجمه و در سایر نقاط بافت چربی و پوست) تمرکز پرتو آنتن در یک منطقه محدود، امری اجتناب ناپذیر است. این ویژگی در کاربردهای دیگر مانند تصویربرداری از میان دیوار (through the wall imaging) نیز امری لازم و مفید است. یکی از روش های کارآمد برای افزایش بهره آنتن های ویوالدی، شکل دهی زیرلایه آنتن است. این عمل علاوه بر متمرکز نمودن انرژی آنتن و بالا بردن بهره، کجی پرتو اصلی را نیز بهبود می بخشد. شکل دهی زیرلایه نقش لنز را در آنتن ایفا می کند. لنز هم می تواند به طور کامل در جلوی آنتن و هم می تواند در دهانه تشعشعی آن قرار گیرد. در این پایان نامه، دو نوع جدید از این شکل دهی زیرلایه در دهانه تشعشعی آنتن ویوالدی آنتی پودال ارائه شده است. لنزهای پیشنهادی از جنس عایق بوده و لبه های آن به صورت منحنی نمایی می باشد. علاوه بر این، انتهای بازوهای فلزی آنتن که در قسمت بالا و پایین زیرلایه قرار گرفته اند، برای بهبود پهنای باند، به صورت نیم بیضی شکل دهی شده است. آنتن های پیشنهادی به وسیله نرم افزارهای hfss و cst شبیه سازی، تحلیل و طراحی شده است. نتایج نشان می دهند که آنتن پیشنهادی در محدوده فرکانسی 2-12 گیگاهرتزدارای ضریب انعکاس کمتر از 10- دسی بل می باشد. همچنین در این بازه، بهره آنتن تا 3 دسی بل از آنتن ویوالدی آنتی پودال مرسوم بیشتر است. علاوه براین، فرکانس قطع پایین آنتن نیز 59% کاهش داشته است. آنتن های پیشنهادی ساخته شده و نتایج اندازه گیری با نتایج شبیه سازی مقایسه شده اند. نتایج اندازه گیری شده با دقت خوبی نتایج حاصل از شبیه سازی را تایید می کنند. در انتها نیز چندین آرایه فرا پهن باند از جمله آرایه صفحه e و h متشکل از آنتن پیشنهادی طراحی و خصوصیات تشعشعی آنها مورد بررسی قرار گرفته است.