پروژه مطالعه و شبیه سازی آنتن های موبایل. doc

نوع فایل: word

قابل ویرایش 70 صفحه

چکیده:

امروزه با پیشرفت و توسعه صنایع مخابرات سیار و کوچک تر شدن حجم گوشی های تلفن همراه مخترعین و محققین ناچار به طراحی آنتنهایی با حجم کوچک و در عین حال کیفیت تشعشعی بالا برای این گوشی ها شده اند. با این وجود آنچه که مشخص است این است که در بیشتر این نوع آنتن ها عوامل محیطی در اطراف آنتن از جمله باطری گوشی، صفحه نمایش و... تاثیر زیادی روی عملکرد آنتن دارد. در این پروژه سعی شده است که آنتنی طراحی شود که علاوه بر کوچکی به طور قابل ملاحظه‌ای مستقل از محیط اطراف آنتن عمل کند.

در فصل اول به مفاهیم اولیه و مشخصات تشعشعی آنتن ها اشاره شده است. فصل دوم به بررسی عملکرد کیفی آنتن‌های تلفن همراه، موقعیت آنتن در گوشی تلفن همراه و انواع آنتن های تلفن همراه به طور مختصر می‌پردازد. در فصل سوم به طور مفصل‌تر به بررسی آنتن های نوع PIFA برای تلفن‌های همراه، نحوه عملکرد این نوع آنتن ها و روش تحلیل آن‌ها در این پژوهش پرداخته شده است. در فصل چهارم نحوه طراحی آنتن مورد نظر این پروژه که از نوع PIFA دو باند است و در دو فرکانس 900 MHz و 1800 MHz تشعشع می‌کند به صورت گام به گام توضیح داده شده است. مشخصات تشعشعی آنتن طراحی شده نیز قبل و بعد از اضافه شدن یک قطعه هادی که می تواند همان باطری یا صفحه نمایش آنتن باشد با یکدیگر مقایسه شده است.

مقدمه:

انتقال امواج الکترومغناطیسی می تواند توسط نوعی از ساختارهای هدایت کننده امواج (مانند یک خط انتقال یا یک موجبر) صورت گیرد و یا می تواند از طریق آنتنهای فرستنده و گیرنده بدون هیچ گونه ساختار هدایت کننده واسطه ای انجام پذیرد. عوامل مختلفی در انتخاب بین خطوط انتقال یا آنتنها دخالت دارند. بطور کلی خطوط انتقال در فرکانسهای پایین و فواصل کوتاه عملی هستند. با افزایش فواصل و فرکانسها تلفات سیگنال و هزینه های کاربرد خطوط انتقال بیشتر میشود و در نتیجه استفاده از آنتنها ارجحیت می یابد]1[.

در حدود سالهای 1920 پس از آنکه لامپ تریود برای ایجاد سیگنالهای امواج پیوسته تا یک مگاهرتز بکار رفت، ساخت آنتنهای تشدیدی (با طول موج تشدید) مانند دوقطبی نیم موج امکان یافت و در فرکانسهای بالاتر امکان ساخت آنتنها با ابعاد و اندازه ی فیزیکی در حدود تشدید (یعنی نیم طول موج) فراهم شد. قبل از جنگ دوم جهانی مولدهای سیگنال مگنی ترون و کلایسترون و مایکروویو (در حدود یک گیگاهرتز) همراه با موجبرهای توخالی اختراع و توسعه یافتند. این تحولات منجر به ابداع و ساخت آنتنهای بوقی شد. در خلال جنگ دوم جهانی یک فعالیت وسیع طراحی و توسعه برای ساخت سیستم های رادار منجر به ابداع انوع مختلف آنتنهای مدرن مانند آنتنهای بشقابی (منعکس کننده) عدسی ها و آنتنهای شکافی موجبری شد]1[.

امروزه گستره وسیعی از انواع مختلف آنتنها در مخابرات سیار و سیستمهای بیسیم در حال استفاده اند و کماکان رقابت در زمینه کوچک کردن ابعاد آنتنها و بهینه کردن مشخصات تشعشعی آنها ادامه دارد. در این بخش به طور خلاصه به مرور اصول، تعاریف مشخصات تشعشعی آنتنها پرداخته شده است

فهرست مطالب:

چکیده.

فهرست مطالب

فرهنگ اختصارات

فهرست اشکال.

فصل 1 مشخصات تشعشعی یک آنتن

مقدمه

تقسیم بندی نواحی اطراف یک آنتن

شدت تشعشعی آنتن1-4) نمودارهای تشعشعی

HPBW 1-5) پهنای تابه نیم توان

یک آنتن8VSWR 1-6) پهنای باند فرکانسی و

بهره جهتی آنتن

سمتگرایی

بازده تشعشعی آنتن

10g 1-10 بهره یا گین آنتن

1-11) امپدانس ورودی آنتن

12) قطبش موج

1-13) ضریب کیفیت (Q) در مدارات سری

فصل 2- آنتن های تلفن همراه

2-1) مقدمه

2-2) آنتن کوچک چیست ؟

2-3) آنتن F معکوس و عملکرد یک آنتن تلفن همراه

2-4) شاسی در گوشی موبایل

2-5) آنتنهای سیمی

2-6) موقعیت آنتن در موبایل

2-7) حجم آنتن

2-8) انواع کلاسهای آنتنهای موبایل

فصل 3 - توصیف کیفی و تحلیل عملکرد آنتن PIFA

3-1) مقدمه

3-2) تغییرات پورت زمین و تاثیر آن روی آنتن PIFA در گوشی موبایل

3-3) تحلیل آنتن PIFA با استفاده از مدل های معادل

3-4 ) روش تحلیل عملکرد آنتن PIFA در این پژوهش

3-5) شبیه سازی یک آنتن مونوپل به کمک نرم افزار HFSS

فصل 4 - نحوه طراحی آنتن PIFA در این تحقیق

4-1) مقدمه

4-2) طراحی اولیه آنتن

4-3) تبدیل آنتن PIFA  تک باند به دو باند

4-4) بهینه سازی آنتن طراحی شده

4-5)جمع بندی.

منابع ومأخذ:

[1] دکتر همایون عریضی “تحلیل و طراحی آنتن " انتشارات دانشگاه علم صنعت ایران چاپ سوم 1384

[2] محمدرضا دوشابچی زاده " آنتنها برای همه کاربردها " انتشارات دانشکده صدا و سیمای جمهوری اسلامی ایران چاپ اول 1385

[3] دکتر ضرغام رستمی - مهندس رضا فرجی پور "الکترومغناطیس مهندسی پیشرفته" انتشارات دانشگاه امام حسین (ع) چاپ اول 1380

[4]  Yacoub, M. D., Foundations of Mobile Radio Engineering, CRC Press, Boca Raton, Feb. 1993.

[5]  L´ecuyer, C., Making Silicon Valley: Innovation and the Growth of High Tech., the MIT Press, Cambridge, MA, Dec. 2005.

[6] Douglas B. Miron, Ph.D., Small Antenna Design, Copyright © 2006,

[7] John Wiley & Sons Ltd, Antennas for portable devices, copy right2007

[8]  Basic Standard for the Measurement of Specific Absorption Rate Related to Human Exposure to Electromagnetic Fields from Mobile Phones (300MHz to 3 GHz), EN 50361:2001, CENELEC, Brussels, 2001.

[9]  Radio communications (Electromagnetic Radiation - Human Exposure) Standard 2003, Australian Communications Authority, Melbourne, March 2003.

[10]  ARPANSA Radiation Protection Standard No. 3: Maximum Exposure Levels to Radio-Frequency Fields - 3kHz to 300GHz, Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency, Sydney, 2003.

[11]  Specific Absorption Rate Test Method Using Phantom Model of Human Head, ACA EMR Standard Schedule 1, Australian Communications Authority, Melbourne, 2001.

[12]  Balanis, C. A., Antenna Theory: Analysis and Design, John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, NJ, 2005.

[13]  Wong, K.-L. And K.-P. Yang, “Modified planar inverted-F antenna,” Electronic Letters, Vol. 34, 7-8, Jan. 1998.

[14]  Nakano, H., N. Ikeda, Y.-Y. Wu, R. Suzuki, H. Mimaki,and J. Yamauchi, “Realization of dual frequency and wide-band VSWR performance using normal-mode helical and inverted-F antennas,” IEEE Trans. on Antennas and Propag., Vol. 46, 788- 793, June 1998.

[15]  Fujimoto, K. and J. R. James, Mobile Antenna Systems Handbook,Artech House, Norwood, MA, Sep. 2001.

[16]  Tag, T., Analysis, Design, and Measurement of Small and Low profile Antennas, Artech House Publishers, Boston, 1992.

[17]  Geyi, W., P. Jarmuszewski, and Y. Qi, “Foster reactance theorems for antennas and radiation Q,” IEEE Trans. Antennas and Propagat, Vol. AP-48, 401-408, Mar. 2000.

[18]  Geyi, W., “A method for the evaluation of small antenna Q,” IEEE Trans. Antennas and Propagat., Vol. AP-51, 2124-2129, 2003

[19]  P. Vainikainen, J. Ollikainen, O. Kiveks, and I. Kelander, Resonator-based analysis of the combination of mobile handset antenna and chassis, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 50 (2002), 1433-1444.

[20]  Z. Ying, Ericsson, 1996, US Patent 6212102 (WO9815028).

[21]  Z. Liu, and P.S. Hall, Dual-band antenna for hand held portable telephones, Electronic Letters, 32 (1996), 609-610.

[22]  D. Cairns, T. Fulghum, and R. Baxter, Experimental evaluation of interference cancellation for dual-antenna UMTS handset. IEEE 62ndVTC fall 2005, Vol. 2, pp 877-881.

[23]  M.A. Jensen and J.W. Wallace, A review of antennas and propagation for MIMO wireless communications. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 52 (2004), 2810-2824.

[24]  M. F. Abedin and M. Ali, Member, IEEE “Modifying the Ground Plane and Its Effect on Planar Inverted-F Antennas (PIFAs) for Mobile Phone Handsets” IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, VOL. 2, 2003

[25] M. C. Huynh and W. L. Stutz man, “Ground plane effects on PIFA antennas,” USNC/URSI Radio Sci. Meet. Dig, p. 223, 2000.

[26]  [Online]. Available: http://www.nokia.com/downloads/aboutnokia/research/library/communication-systems/CS20.pdf

[27]  M. Ali, G. J. Hayes, H.-S. Hwang, and R. A. Sadler, “Design of a multiband internal antenna for third generation mobile phone handsets,” IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 51, pp. 1452-1461, July 2003.

[28]  , “A wide-band dual meander-sleeve antenna,” J. Electromagnet. Waves Applicant. vol. 10, no. 9, pp. 1223-1236, 1996.

[29]  Zhu Qi, Fu Kan, Liang Tie-Zhou Dept. of EEIS, Univ. of Sci. & Tech. of China, Hefei, 230027, China zhuqigustc.edu.cn

[30]  Puse, H., and etc, "Accurate Transmission Line Model for the Rectangular

Micros trip Antenna," IEE Proc., Vol.131, Pt. H, 1984, pp.334-340.

[31]  International Commission on Non-Ionising Radiation Protection, Guidelines for limiting exposure in timevarying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz). Health Physics, 74 (1998), 494-522.

[32]  W. Geyi, Q. Rao, S. Ali, and D. Wang “HANDSET ANTENNA DESIGN: PRACTICE AND

THEORY

” Progress In Electromagnetics Research, PIER 80, 123-160, 2008