عنوان

کنترل جهت بیم اصلی تشعشعی آنتن با استفاده از سطوح فرامواد,‮‭dissertation submitted in partial fulfillment of the requirement for the degree of Master of Science inCommunications Engineering‬ A

‭۱۸۹۹۴پ‬

per

کنترل جهت بیم اصلی تشعشعی آنتن با استفاده از سطوح فرامواد

‮‭dissertation submitted in partial fulfillment of the requirement for the degree of Master of Science inCommunications Engineering‬ A

/عطا نخستین روحی

: مهندسی برق و کامپیوتر

، ‮‭۱۳۹۶‬

، افشار

‮‭۱۲۲‬ص‬

چاپی - الکترونیکی

کارشناسی ارشد

مهندسی برق - مخابرات میدان و موج

‮‭۱۳۹۶/۱۱/۱۷‬

تبریز

در این پایان‌صنامه در مورد کاربرد ساختارهای فراموادی در کنترل جهت بیم اصلی آنتن و بهبود ایزولاسیون بین المان‌صهای تشعشعی آنتن‌های آرایه‌صای بحث شده است .ابتدا با طراحی ساختار ‮‭DGS‬ به شکل ‮‭SRR‬ مربعی با تغییر شکل توزیع جریان‌صهای سطحی آنتن جهت بیم اصلی کنترل شد اما با توجه به اینکه در این روش کنترل پترن تشعشعی به شکل پسیو) ثابت (انجام می‌صشود، سعی شد تا با طراحی لنز فراموادی جهت بیم اصلی آنتن به‌صصورت اکتیو کنترل شود .ازاین‌صرو با طراحی ساختارهای فراموادی متفاوت به منظور ایجاد محیطی با ضریب شکست منفی، جهت بیم اصلی تشعشعی آنتن به‌صروش سیستم‌صهای نوری) تغییر مسیر انتشار موج با عبور از محیطصهای متفاوت (تغییر داده صشد .ازاین‌رو با طراحی آرایه‌صای از رزوناتورهای الکتریکی ‮‭TW‬ و رزوناتورهای مغناطیسی ‮‭SRR‬ در ناحیه میدان نزدیک تشعشعی آنتن، جهت بیم آنتن به‌صصورت مناسبی کنترل شد .اما با قرارگرفتن ساختار فراموادی در فاصله میدان دور آنتن و تبدیل امواج تشعشعی به امواج صفحه‌صای، دیگر تحلیل دقیقی از عملکرد ساختار فراموادی نمی‌صتوان داشت) عملکرد ‮‭LH‬ ساختار فراموادی فقط در اثر تابش امواج با پلاریزاسیون خاص اتفاق می‌افتد .(جهت رفع این مشکل از ساختار فراموادی ‮‭NIM‬ که در اثر تابش امواج صفحه‌صای عملکرد ‮‭LH‬ از خود نشان می‌صدهد، استفاده شد اما با توجه به عدم تناوب و همچنین ابعاد بزرگ سلول واحد ‮‭NIM‬ نسبت به طول موج، محیط واقعی جهت انتشار موج شکل نمی‌صگرفت .از طرفی با توجه به تحریک ساختار ‮‭NIM‬ در محدوده باند فرکانسی مغناطیسی، ساختار کلی همانند یک آنتن آرایه فازی عمل می‌صکند که می‌صتوان با تغییر فاصله ساختار ‮‭NIM‬ از سطح آنتن و یا تغییر ابعاد ساختار ‮‭NIM‬ فاز موج تابشی از المان تشعشعی را تغییر داده و جهت بیم اصلی تشعشعی را کنترل نمود .نهایتا از اصل هویگنس به‌صمنظور طراحی سطوح فراموادی جهت کنترل دقیق بیم اصلی تشعشعی آنتن استفاده شد .در واقع با اصلاح سلول واحد تشکیل دهنده سطح فراموادی، توانستیم علاوه‌صبر کنترل دقیق جهت بیم اصلی، کاهش ابعاد و بهبود امپدانس ذاتی آن) به‌صمنظور نزدیک شدن به امپدانس فضای آزاد (و افزایش پهنای باند فرکانسی سطح ‮‭PGM‬ را نیز داشته باشیم

4 element array of TW (Thin Wire) and SRR resonators is designed and embedded in the near-field region of the antenna to appropriately control the beam direction. But when the metamaterial structure is located in the far-field region where the wave front is converted to the plane wave, the metamaterial structure doesn't show a determined behavior (the metamaterial structure shows left-hand performance only when a wave with a special polarization is incident on its surface.) To resolve this problem, a NIM (Negative Index Material) metamaterial structure is used to show LH performance when a plane wave is incident in the far-field region. However, due to the non-periodic structure and big size of the NIM unit cell (compared to the propagated wavelength), a real propagation environment is not formed. On the other hand, due to the excitation of the NIM structure in the magnetic resonance frequency band, the overall structure acts as a phased array antenna in which the phase of the incident wave is changed by variation of the space between the NIM structure and the antenna or by changing the dimensions of the NIM structure. As a result, the antenna beam direction can be controlled continually. Finally, in order to precisely control and analyze the change of the main beam direction, the principle of Huygens is used. In fact, by modifying the unit cell of the metamaterial structure, we were able to reduce the dimensions of the PGM (Phase Gradient Metasurface) structure, decrease its impedance (to be close to the free space impedance) and widen the bandwidth, and precisely control the main beam direction as well‌In this thesis, the use of metamaterial structures for beam steering and improving the isolation between the elements of array antennas is discussed. First, a DGS (Defected Ground Structure) structure in the form of squared SRR (Split Ring Resonator) is designed and used to change the main beam direction of the antenna. In this design, the beam direction is controlled by changing the distribution of the surface current of the antenna. Given that in this method, the control of beam direction is passive (fix), we tried to change the beam direction in the active form by using metamaterial lenses. In order to make an environment with a negative refractive index, different metamaterial structures are designed and used to change the main beam direction by Geometrical Optics (GO) method (the direction of the propagated wave is changed by passing through different environments). Then a 4

‮‭dissertation submitted in partial fulfillment of the requirement for the degree of Master of Science inCommunications Engineering‬ A

نخستین روحی،عطا

Nokhostin Roohi, Aata

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی