مبانی نظری و پیشینه پژوهشی طراحی و شبیه سازی آنتن فرکتالی کوچک شده

با سحافایل در خدمت شما هستیم با «پیشینه پژوهشی و تحقیق و مبانی نظری طراحی و شبیه سازی آنتن فرکتالی کوچک شده» که بطور کامل و جامع به این مبحث پرداخته و نیاز شما را به هرگونه جستجوی بیشتری برطرف خواهد نمود.

فهرست محتوا

آشنایی با ساختارهای فرکتالی بهبود یافته با ابعاد کوچک

2-1 مقدمه

2-2 کوچک سازی آنتن مایکرو استریپ با استفاده از ساختارهای فرکتالی

2-3 آنتن فرکتال حلقوی

2-3-1 آنتن فرکتال حلقوی کخ

2-3-2 آنتن فرکتال حلقوی مینکوسکی

2-4 آنتن های سه بعدی درختی

2-4-1 مولد ساختار فرکتالی درختی

2-4-2 مولد ساختار فرکتالی درختی با زاویه متغیر

2-4-3 ساختارهای فرکتالی درختی مرکب

2-4-4 آنتن های درختی با شاخه مرکزی

2-4-5 آنتن درختی تک قطبی با بارگزاری راکتیو

2-5- آنتن های سه بعدی هیلبرت

2-5-1 ساختارهای هیلبرت سه بعدی معمولی

2-5-1-1 آنتن هیلبرت سه بعدی معمولی در فضای آزاد

2-5-1-2 آنتن هیلبرت سه بعدی معمولی در داخل استوانه دی الکتریک

2-5-2 آنتن هیلبرت سه بعدی معکوس

منابع

مقدمه

در این فصل هدف بررسی استفاده از ساختارهای فرکتالی جهت کوچک کردن ابعاد آنتن     می باشد اما لازم است به منظور درک بهتر ابتدا مروری مختصر بر روند تولید حلقه های فرکتالی در آنت های فرکتال داشته باشیم.

در این فصل ساختارهای فرکتالی حلقوی، دوقطبی و سه بعدی به طور مجزا مورد بررسی قرار می گیرند. در فصل سوم و چهارم با آنتن مایکرواستریپ،  طراحی و شبیه سازی این آنتن با ذکر نتایج و مقایسه با کارهای انجام شده خواهیم پرداخت

2-2 کوچک سازی آنتن مایکرو استریپ با استفاده از ساختارهای فرکتالی

به طور کلی به کارگیری ساختارهای فرکتالی در طراحی آنتن ها نه تنها باعث کوچک شدن ابعاد آنتن و بهبود امپدانس ورودی آنتن می گردد بلکه با استفاده از بعضی از ساختارهای فرکتالی آنتن ها این قابلیت را پیدا می کنند که در چندین باند فرکانسی عمل کنند. پس یکی از مزیت های اساسی استفاده از هندسه فرکتالی در آنتن ها قابلیت حداقل کردن ابعاد آنتن و افزایش نسبت سطح موثر آنتن به سطح واقعی آن می گردد. ساختارهای فرکتالی دارای یک روند تکرارشونده می باشند لذا می توان در یک حجم محدود به سطح و یا طول بسیار زیاد دست پیدا کنند که این خواص ذاتی هندسه های فرکتالی باعث ایجاد ویژگی های مناسبی در تشعشع کننده ها، منعکس کننده ها و     آنتن ها می گردد که سبب می شود این ادوات عملکرد بهتری را در محیط انتشاری داشته باشند در این خصوص می توان به ساختارهای فرکتالی همچون درختی، هیلبرت، مینکوسکی و کخ اشاره کرد.

2-3 آنتن فرکتال حلقوی

به طور کلی آنتن های حلقوی برای رسیدن به امپدانس ورودی مناسب به منظور تطبیق بهتر با سیستم تغذیه، نیاز به سطح مقطع بزرگ می باشند. یا به عبارتی دیگر آنتن های حلقوی ساده با سطح مقطع کوچک، دارای امپدانس ورودی کمی می باشند که این مشکلات زیادی را برای فراهم کردن شرایط تطبیق آنتن ایجاد می کند.

معمولاً از ساختارهای فرکتالی حلقوی جهت غلبه بر این مشکل استفاده می کنند. شکل (2-1) دو نمونه از ساختارهای فرکتالی حلقوی را نشان می دهد.

در شکل (2-1)، از دو ساختار فرکتالی حلقوی مینکوسکی و کخ استفاده شده است. مهمترین خاصیت هندسه های فرکتالی ذکر شده این است که در یک حجم محدود می توان به محیطی با طول نامحدود رسید. وجود این خاصیت در این ساختارها سبب می گردد تا آنتن هایی که از هندسه های فرکتالی فوق استفاده می کنند، دارای خواص تشعشعی بهتری باشند. برای مثال با افزایش طول آنتن می توان امپدانس ورودی حلقه را افزایش داد. این افزایش امپدانس ورودی، به آنتن کمک می کند تا بتواند بهتر با خط تغذیه ورودی تطبیق گردد.

در ادامه هر دو ساختار شکل (2-1) به طور جداگانه مورد بررسی قرار می گیرند.

Minkowski Fractal Loop

Koch fractal Loop

فهرست منابع

Agrawall N.P., Kumar G., and Ray K.P., Wideband planar monopole antennas, IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 46, pp.294-295, Feb. 1998.

Ammann M.J., Impedance bandwidth of the square planar monopole, Microwave and Optical Tech. Letters, vol. 24, no.3, February 2000.

Ammann M.J., Wideband antenna for mobile wireless terminals, Microwave and Optical Tech. Letters, vol. 26, no.6, September 2000.

Antonino-Daviu E., Cabedo-Fabres M., Ferrando- Bataller M., Valero-Nogueira A., Wideband doublefed planar monopole antennas, Electronics Letters, vol.:39, no. 23, pp.:1635-1636, November 2003.

A. Balanis, “Antenna Theory Analysis and Design”, John Wiley & Sons, Copyright 1982.

K. Wu, K. L. Wong, and W. S. Chen, “Slot-coupled meandered microstrip antenna for compact dual-frequency operation,” Electron. Lett. 34, 1047–1048, May 28, 1998. REFERENCES 17.

L. Tang, H. T. Chen, and K. L. Wong, “Small circular microstrip antenna with dualfrequency operation,” Electron. Lett. 33, 1112–1113, June 19, 1997.

R. Rowell and R. D. Murch, “A capacitively loaded PIFA for compact mobile telephone handset,” IEEE Trans. Antennas Propagat. 45, 837–842, May 1997.

T. P.Song, P. S .Hall, H.Ghafouri, “ Shorted Fractal sierpinski Monopole Antenna”. IEEE, Transactions on Antennas and Propagation, Vol.52, No.10, 2004.

Y. Huang and W. C. Hsia, “Planar Elliptical antenna for ultra wideband application,” Electron. Lett., vol. 41, no. 6, pp. 296- 297, Mar 2005.

Puente, J.Romeo, R.Bartoleme, R.Pous, “ Perturbation of the Sierpinski Antenna to Allocate Operating Bands”. Electronics Letters, Vol.32, No.24, 1996.

Puente, J.Romeu, R.Pous, A.Cardama, “On the Behavior of the sierpinski Multiband Fractal Antenna”. IEEE, Transaction on Antenna and Propagation, Vol.46, No.4, 1998.

Puente, J.Romeu, R.Pous, J.Ramis, A.Hijazo, “Small but Long Koch Fractal Monopole”. Electronics Letters, 1998.

Puente, J.Romeu, R.Pous, X.Garcia, F.Benitez, “Fractal Multiband Antenna Based on the Sierpinski Gasket”. Electronics Letters, Vol.32, No.1, 1996.

Puente, M.Navarro, J.Romeu, R.Pous, “Variations on the Fractal Sierpinski Antenna Flare Angle”. IEEE, Antenna and Propagation Society, 1998.

Chen Z. N., Impedance characteristics of planar bow-tie-like monopole antennas, Electronics Letters , vol: 36 (13), pp. 1100 – 1101, June 2000.

Sievenpiper, D. Dawson, M. Jacob, T. Kanar, S. Kim, J. Long, and R. Quarfoth, Experimental validation of performance limits and design guidelines for small antennas, IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 60, no. 1, pp. 8–19, Jan. 2012.

David M. Pozar “Consideration for Millimeter wave Printed Antennas” IEEE tran on Antennas and Propagation.’Vol AP-31,NO.5 Sep1983.

Evans J.A., Ammann M.J., Planar trapezoidal and pentagonal monopoles with impedance bandwidths in excess of 10:1, IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, vol. 3, pp.:1558 – 1561, July 1999.

FCC 1st Report and Order on Ultra-Wideband Technology, Feb. 2002.

Elkamchouchi, M.Abu Nasr, “3D-Fractal Hilbert Antennas Made of Conducting Plates”. Alexandria University, Egypt, 2004.

N.Kritikos, D.L.Jaggard, “Resent Advances in Electromagnetic Theory”, Chapter 6. Springer-Verlag, 1990.

J. Bahl, P. Bahartia, “Microstrip Antennas”, Boston, MA: Artech House, 1980.

Park and R. Mittra, “Aperture-coupled small microstrip antenna,” Electron. Lett. 32, 1741–1742, Sept. 12, 1996.

George, M. Deepukumar, C. K. Aanandan, P. Mohanan, and K. G. Nair, “New compact microstrip antenna,” Electron. Lett. 32, 508–509, March 14, 1996.

H. Lu and K. L. Wong, “Slot-loaded, meandered rectangular microstrip antenna with compact dual-frequency operation,” Electron. Lett. 34, 1048–1050, May 28, 1998.

Liang, C. C. Chiau, X. Chen, and C. G. Parini, “Study of a Printed circular disc monopole antenna for UWB systems,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 53, no. 11,pp. 3500-3504, Nov 2005.

S. Kuo and K. L. Wong, “A compact microstrip antenna with meandering slots in the ground plane,” Microwave Opt. Technol. Lett. 29, 95–97, April 20, 2001.

S. Kuo and K. L. Wong, “A compact microstrip antenna with meandering slots in the ground plane,” Microwave Opt. Technol. Lett. 29, 95–97, April 20, 2001.

S. Kuo and K. L. Wong, “A dual-frequency L-shaped patch antenna,” Microwave Opt. Technol. Lett. 27, 177–179, Nov. 5, 2000.

S. Kuo and K. L. Wong, “Dual-frequency operation of a planar inverted L antenna with tapered patch width,” Microwave Opt. Technol. Lett. 28, 126–127, Jan. 20, 2001.

Y. Sze and K. L. Wong, “Bandwidth enhancement of a microstrip line-fed printed wide-slot antenna,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 49, pp. 1020–1024, 2001.

Anguera, C.Puente, C.Borja, “ A Procedure to Design stacked Microstrip Patch Antenna Based on a Simple Network Model”. Microwave and Optical Technology Letters, Vol.30, No.3, 2001.

Anguera, M.Ortigosa, C.Puente, C.Borja, J.Soler, “ Broadband Triple-Frequency Microstrip Patch Radiator Combining a Dual-Band Modified Sierpinski fractal and a Monoband antenna”. IEEE, Transaction on Antennas and Propagation, Vol.54, No.11, 2006.

C.Liu, D.C.Chang, C.Y.Wu, C.H.Chen, T.W.Soong, “ CPW-Feed Wideband Slot Antenna with Circular Fractal Patterns”. IEE Proc Microwave Antennas Propagation, 2006.

C.Liu, D.C.Chang, D.Soong, C.H.Chen, C.Y.Wu, L.Yao, “Circular Fractal Antenna Approaches with Descartes Circle Theorem for Multi-Band/Wide-Band Applications”. Microwave and Optical Technology Letters, Vol.44, No.3, 2005.

Chyun Liu, C.Yang Wu, C.Chang, C. Liu, “ Relationship Between Sierpinski Gasket and Apollonian Packing Monopole Antennas”. Electronics Letters, Vol. 42, No. 15, 2006.

Chyun Liu, C.Yang Wu, C.Hsiang Chen, D.Chyrh Chang, J.Yih Chen, “Modified Sierpinski Fractal Monopole Antenna with Descartes Circle Theorem”. Microwave and Optical Technology Letters, Vol.48, No.5, 2006.

Fornieles, A.Rubio, R.Gomez, “On the Application of Parametric Models to the Transient Analysis of Resonant and Multiband Antennas”. IEEE, Transaction on Antenna and Propagation, Vol.46, No.3, 1998.

Gianvittorio, “ Fractal Antenna: Design, Characterization and Applications”. Master Thesis, University of California, 2000.

S.Petko, D.H.Werner, “ Dense 3-D Fractal Tree Structures as Miniature End-Loaded Dipole Antennas”.IEEE, Antenna and Propagation Society, vol.4, 2002.

S.Petko, D.H.Werner, “ Miniature Reconfigurable Three-Dimensional Fractal Tree Antennas”. IEEE, Transaction on Antenna and Propagation, Vol.52, No.8, 2004.

Yeo, R.Mittra, Y.Lee, S.Ganguly, “A Novel Modified Sierpinski Patch Antenna Using Shorting Pins and Switches for Multiband Applications”. IEEE, Antenna and Propagation Society, 2002.

C. L. Chan, Yi, Huang and Xu, Zhu, “A planar elliptical monopole antenna for UWB applications”, IEEE/ACES Cnf. on Wireless Communications and Applied Computational EM, 2005.

L. Wong and K. P. Yang, “Small dual-frequency microstrip antenna with cross slot,” Electron. Lett. 33, 1916–1917, Nov. 6, 1997.

L. Wong and S. C. Pan, “Compact triangular microstrip antenna,” Electron. Lett. 33, 433–434, March 13, 1997.

L. Wong and S. C. Pan, “Compact triangular microstrip antenna,” Electron. Lett. 33, 433–434, March 13, 1997.

L.Wong and H. C. Tung, “A compact patch antenna with an inverted U-shaped radiating patch,” in 2001 IEEE Antennas Propagat. Soc. Int. Symp. Dig., pp. 728–731.

L.Wong andW. S. Chen, “Compact microstrip antenna with dual-frequency operation,” Electron. Lett. 33, 646–647, April 10, 1997.

L.Wong, C. L. Tang, and H. T. Chen, “Acompact meandered circular microstrip antenna with a shorting pin,” Microwave Opt. Technol. Lett. 15, 147–149, June 20, 1997.

L.Wong, C. L. Tang, and H. T. Chen, “Acompact meandered circular microstrip antenna with a shorting pin,” Microwave Opt. Technol. Lett. 15, 147–149, June 20, 1997.

M. Luk, R. Chair, and K. F. Lee, “Small rectangular patch antenna,” Electron. Lett. 34, 2366–2367, Dec. 10, 1999.

P. Ray, P. V. Anob, R. Kapur and G. Kumar, “Broadband planar rectangular monopole antennas”, Microwave & Optical Tech. Letters, vol. 28, no. 1, pp 55-59, Jan. 2001.

C.Hawang, “ A Modified sierpinski Fractal Antenna for Multiband Application”. IEEE, Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol.6, 2007.

Falconer, “ Fractal Geometry”, Second Edition. Wiley & Sons, 2003.

Falconer, “ Techniques in Fractal Geometry”. Wiley & Sons, 2004.

Kerkhoff A.J., Rogers R.L., Ling H., Design and Analysis of Planar Monopole Antennas Using a Genetic Algorithm Approach, IEEE Trans. Antennas Propagat., vol: 2 , pp.1768 – 1771, June 2004.

Low Z. N., Cheong J. H., and Law C. L., Low-Cost PCB Antenna for UWB Applications, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 4, pp. 237- 239, 2005.

John and M. J. Ammann, “Optimization of impedance bandwidth for the printed rectangular monopole antenna”, Microw. Opt. Technol. Lett., vol. 47, no. 2, pp. 153-154, 2005.

Ojaroudi, Ch. Ghobadi, and J. Nourinia, “Small Square Monopole Antenna With Inverted T-Shaped Notch in the Ground Plane for UWB Application,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 8, no. 1, pp. 728-731, 2009.

Ojaroudi, Gh. Ghanbari, N. Ojaroudi, and Ch. Ghobadi, “Small Square Monopole Antenna for UWB Applications with Variable Frequency Band-Notch Function,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 8, pp. 1061-1064, 2009.Ansoft High Frequency Structure Simulation (HFSS), Ver. 10, Ansoft Corporation,

P. Agrawall, G. Kumar, and K. P. Ray, “Wide-band planar monopole antennas,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 46, no. 2, pp. 294-295, Feb 1998.

Chair,K.M. Luk, and K. F. Lee, “Small dual patch antenna,” Electron. Lett. 35, 762–764, May 13, 1999.

F. Harrington and J. R. Mautz, “Theory of characteristic modes for conducting bodies,” IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-19, pp. 622-628, Sept. 1971.

Garg, P. Bhartia, I. Bahl, A. Itripiboon, “Microstrip Antenna Design Handbook”, Boston, MA: Artech House, 2001.

Rouhi, Ch. Ghobadi, J. Nourinia and M. Ojaroudi, “Ultra-Wideband Small square monopole antenna with Band Notched Function, Accepted on Microwave and Optical Tech. Letters, 2010.

Waterhouse, “Small microstrip patch antenna,” Electron. Lett. 31, 604–605, April 13, 1995.

B.WaterHouse, “Design of Probe-Fed Stacked Patches”. IEEE, Transaction on Antenna and Propagation, Vol.47, No.12, 1999.

Ghatak, R. K.Mishra, D. R.Poddar, “ Stacked Dual Layer Complementing Sierpinski Gasket Planar Antenna”. Microwave and Optical Technology Letters, Vol.49, No.11, 2007.

C. Pan and K. L. Wong, “Dual-frequency triangular microstrip antenna with a shorting pin,” IEEE Trans. Antennas Propagat. 45, 1889–1891, Dec. 1997.

Dey and R. Mittra, “Compact microstrip patch antenna,” Microwave Opt. Technol. Lett. 13, 12–14, Sept. 1996.

Tada, M.Haneishi, Y.Kimura, “Radiation Properties of Fractal Microstrip Antennas ”. IEICE, Society Convention, Part 2, Vol. 88, No. 7, 2005.

Tada, R.Chayono, Y.Shinohe, Y.Kimura, M.Haneishi, “Radiation Properties of Modified Fractal Microstrip Antennas ”. IEICE, Society Convention, Part 1, Vol. 89, No. 9, 2006.

Schantz H., The Art and Science of Ultrawideband antennas, Artech House 2005.

Suh S.Y., Stutzman W.L., Davis W.A., A new ultrawideband printed monopole antenna: the planar inverted cone antenna (PICA), IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 52, No. 5, pp. 1361 – 1364, May 2004.

G. Ma and S. J. Wu, “Ultrawideband band-notched U-shape folded monopole antenna and its radiation characteristics,” in Ultra-Wideband Short Pulse Electromagnetics. New York: Springer, 2007, pp. 49–56.

Jang, J. Choi, and S. Lim, Compact coplanar waveguide (CPW)-fed zeroth-order resonant antennas with extended bandwidth and high efficiency on vialess single layer, IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 59, no. 2, pp. 363–372, Feb. 2011. [4] C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design , 2nd ed. New York: Wiley & Sons, 1997.

Luintel, F.Wahid, ”Modified Sierpinski Fractal Antenna ”. IEEE, Antenna and Propagation Society, 2005.

Yang, J.Chiochetti, D.Papadopoulos, L.Susman, “Fractal Antenna Elements and Arrays” . Applied Microwave and Wireless, 1999.

R.Samii “EM Characterization of Photonic band gap (PBG) structure” An overwiew IEEE Tran 1999.