نوع جدیدی از بلورهای فوتونیک، مواد شکاف باند الکترومغناطیسی (EBG) است که تحت عنوان شکاف باندهای فوتونیک نیز شناخته می شوند. این مواد از ساختارهای دی الکتریک یا فلزی تشکیل شده اند که در یک، دو و سه بعد متناوب هستند. ساختارهای EBG باندی از فرکانس را ایجاد می کنند که در آن هیچ مد انتشاری وجود ندارد. بدین ترتیب می توان رفتار الکترومغناطیسی آنتن ها و دیگر ابزار الکترونیکی را کنترل کرد. در این پایان نامه به طراحی، شبیه سازی و تحلیل آنتن ها بند گپ الکترومغناطیسی در باند Ku پرداخته شده است. آنتن های EBG در این باند فرکانسی به سه دسته تقسیم شدند: 1) آنتن پچ شکافی با زیرلایه EBG؛ 2) آنتن پچ ماکرواستریپ با فوق لایه EBG و 3) آنتن تک قطبی با بازتابنده EBG. زیرلایه EBG از نظر تأثیر بر امواج سطحی و بازده تشعشعی آنتن بررسی شد. عملکرد فوق لایه های EBG با پارامترهای بهره و سمتگرایی مورد سنجش قرار گرفت. بازتابنده های EBG نیز با همتای فلزی خود مقایسه شدند. مواد EBG مورد استفاده، یک و سه بعدی است. آنتن ها تحت دو نوع قطبی شدگی خطی و دایروی قرار گرفته اند. جهت تحلیل اثرات مواد EBG بر آنتن و شبیه سازی آنها از نرم افزار HFSS10 استفاده گردید. نتایج حاصل از شبیه سازی تلف بازگشتی، بهره، نقشه تشعشعی صفحات E و H و سمتگرایی است.
مقدمه
قرن حاضر، پیشرفت های اساسی را در زمینه نیمه هادی ها تجربه کرده است. بسیاری از اکتشافات عظیم در فیزیک از مطالعه بر روی امواج در ساختارهای پریودیک سرچشمه می گیرد. شکاف باندهای الکترومغناطیسی (EBG)، دسته ای جدید از دی الکتریک های متناوب هستند که می توان آنها را جایگزین فوتونیکی نیمه هادی ها دانست. امواج الکترومغناطیسی در EBG رفتاری مشابه الکترون ها در نیمه هادی ها دارند. تناوب در این مواد باعث جلوگیری از انتشار امواج در یک فرکانس معین می شود. ظهور ساختارهای EBG، کاربردهای آنتنی بسیار جدیدی را به همراه داشت. دو ویژگی اساسی شکاف باندهای الکترومغناطیسی، تضعیف مدهای زیر لایه ای ناخواسته و داشتن رفتاری مشابه صفحه زمین مغناطیسی مصنوعی است. امروزه بسیاری از آنتن ها بایستی کوچک و پهن باند باشند. دستیابی به چنین آنتن هایی نیاز به زیر لایه ای ضخیم با گذردهی الکتریکی بالا دارد. چنین زیرلایه ای دو عیب عمده دارد: ماده ای با گذردهی نسبی بالا از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست و دومین ایراد به مدهای زیرلایه ای ناخواسته بازمی گردد که در لبه های زیرلایه منتشر و اثر مخربی بر پترن تشعشعی آنتن دارند. در سال 1990 میلادی، محققان یک ساختار شکاف باند الکترومغناطیسی را به عنوان زیرلایه معرفی کردند که قابلیت حذف مدهای زیرلایه ای ناخواسته را داشت.
فصل اول این پایان نامه، کلیات موضوع مورد تحقیق را در بر می گیرد. این فصل در سه بخش تنظیم شده است. در بخش اول به هدف پایان نامه، در بخش دوم به پیشینه تحقیق و در بخش سوم به روش کاری مورد استفاده پرداخته می شود.
در فصل دوم به شناخت مواد EBG، ویژگی ها و کاربردهای آن می پردازیم.
فصل سوم شامل طراحی زیرلایه EBG برای استفاده در آنتن پچ شکافی است. پس از شبیه سازی آنتن مذکور، نتایج استخراج می گردد. در این آنتن از دو نوع قطبی شدگی استفاده شده است. در پایان فصل هم به مقایسه ای بین آنتن با و بدون زیرلایه EBG پرداخته می شود.
در فصول چهارم و پنجم آنتن پچ ماکرواستریپ با استفاده از فوق لایه EBG یک و سه بعدی شبیه سازی می شود. در ادامه به طراحی این فوق لایه ها در یک و سه بعد پرداخته می شود. در پایان اثرات این دو نوع فوق لایه بر عملکرد آنتن مورد ارزیابی قرار می گیرد. این آنتن نیز از دو نوع قطبی شدگی خطی و دایروی استفاده می کند.
در فصل ششم از مواد EBG به عنوان بازتابنده استفاده شده است. آنتن به کار رفته در این قسمت، تک قطبی است. نتایج حاصل از شبیه سازی نیز ارائه شده است.
برای شبیه سازی مواد EBG و آنتن ها از نرم افزار HFSS10 استفاده شده است.
فصل هفتم نتیجه گیری و پیشنهادات را در بر می گیرد.
شامل 115 صفحه فایل pdf