پایان نامه آنتن ها در شبکه های بیسیم

 پیشگفتار
از سال ۱۸۷۷م که نخستین آنتن ساده توسط هرتز ساخته شد. نظریه طراحی آنتن ها به سرعت پیشرفت کرده است و این پیشرفت ادامه دارد، با توجه به اینکه آنتن ها جزئی از یک سیستم مخابراتی الکترونیکی هستند، بایستی تکنولوژیست ها و مهندسین برق الکترونیک در این زمینه دانش کافی داشته باشند. امید است در این مقال اندک که در زیر به اجمال عنوان فصول آن را خواهیم آورد، قدمی هر چند کوچک در این راه برداشته باشیم .
این پایان نامه از ۵ فصل تشکیل شده است. فصل اول در قالب طرح تحقیق به بررسی تاریخچه و نیز اهمیت مساله مورد تحقیق می پردازد. قابل ذکر است که اهداف ویژه تحقیق در این مساله نیز با توجه به عنوان و روش انجام این تحقیق به جای فرضیه ها و سوال های تحقیق در طرح تحقیق گنجانده شده است.
در فصل دوم به مبانی مبحث آنتن ها – انواع و پارامترهای آن پرداخته شده است . آنتن مایکروویو بوقی و مخروطی و نیز آنتن های آرایه ای از جمله آنتن های مهم مورد بحث می باشند . جهت دهندگی آنتن ، پهنای شعاع آنتن ، مقاومت پرتو افکنی آنتن ، امپدانس ورودی آنتن ، سطح موثر و طول موثر آنتن پلاریزاسیون آنتن و … نیز از جمله شاخص ترین پارامترهای آنتن می باشند که در این فصل درباره آنها سخن گفته شده است .
در فصل سوم به بحث پیرامون شبکه های کامپیوتری می پردازیم . مطالب مورد بحث در این فصل شامل توضیح مختصری در مورد سخت افزار شبکه ، نرم افزار شبکه ، پشته ی پروتکلی ۸۰۲.۱۱ – به عنوان مهمترین شبکه ی محلی بی سیم – و نیز پشته ی پروتکلی ۸۰۲.۱۶ – مهمترین شبکه ی بی سیم باند گسترده- می باشند .
در فصل چهارم آنتن های هوشمند و کاربرد و مزیت آنها در شبکه های بی سیم در بخش اول این فصل و نیز آنتن های آرایه فازی به طور تخصصی تر در بخش دوم این فصل مورد بحث قرار می گیرند .
فصل پنجم نیز نتیجه گیری کلی و پیشنهاد به دیگر پژوهندگان علاقه مند به این موضوع را شامل   می شود . امید که مفید محضر خوانندگان محترم قرار گیرد ….

پیشگفتار
فصل اول
طرح تحقیق
تاریخچه مختصری در باره ی موضوع تحقیق
اهمیت انجام تحقیق
اهداف کلی تحقیق
هدف های ویژه  تحقیق
روش انجام تحقیق

فصل دوم
مبانی آنتن انواع و پارامترهای آن
۲_۱: تاریخچه
۲_۲: انواع آنتن ها از نظر کاربرد
الف) آنتن هرتز
ب) آنتن مارکنی
پ) آنتن شلاقی
ت ) آنتن لوزی ( روبیک)
ث) آنتن V معکوس
ج) آنتن ماکروویو
چ) آنتن آستینی
ح) آنتن حلزونی
ذ) آنتن های آرایه ای ARRAY ANTENNA
۲-۳ : پارامترهای آنتن
نمودار پرتو افکنی آنتن ها
دستگاه مختصات نمایش نمودار پرتو افکنی
نمودار پرتو افکنی سه بعدی و دو بعدی
نمودار پرتو افکنی درفضای آزاد و در مجاورت زمین
نمودار پرتو افکنی آنتن فرستنده و گیرنده
جهت دهندگی آنتن ها
پهنای شعاع و پهنای شعاع نیم توان
شعاع های فرعی آنتن ها
مقاومت پرتو افکنی  آنتن
امپدانس ورودی آنتن
سطح موثر یا سطح گیرنده آنتن ها
طول موثر آنتن
پهنای نوار فرکانس آنتن ها
پلاریزاسیون آنتن ها
پلاریزاسیون خطی
پلاریزاسیون دایره ای
پلاریزاسیون بیضوی
ساختمان مکانیکی آنتن ها
اندازه آنتن
نصب آنتن ها
خطوط انتقال و موج برها برای تغذیه آنتن ها
رسانا  و نارساناهای مورد استفاده در ساختن آنتن ها
محافظت آنتن در برابر عوامل جوی

فصل سوم
شبکه های کامپیوتری شبکه های بی سیم
۲-۱:سخت افزار شبکه
۲-۱-۱: شبکه های ﭘخشی(broadcast network)
۲-۱-۲: شبکه های همتا به همتا (peer-to-peer network)
۲-۱-۳:شبکه های شخصی (personal area network)
۲-۱-۴:شبکه های محلی (local area network)
۲-۱-۵:شبکه شهری(Mtropolitan  Area Network)
۲-۱-۶:شبکه گسترده (Wide Area Network)
۲-۱-۷:شبکه بی سیم (wireless network)
۲-۱-۸:شبکه شبکه ها (internetwork)
۲-۲: نرم افزار شبکه
۲-۲-۱:لایه فیزیکی (Physical layer)
۲-۲-۲: زیر لایه نظارت بر دسترسی به رسانه انتقال ( MAC)
۲-۲-۳:لایه شبکه
۲-۲-۴:لایه انتقال(Transport layer)
۲-۲-۵:لایه کاربرد (Application layer)
۲-۳: شبکه های محلی بی سیم (۸۰۲.۱۱)
۲-۳-۱: ﭘشته ﭘروتکل ۸۰۲.۱۱
۲-۳-۲: لایه فیزیکی در ۸۰۲.۱۱
۲-۴: شبکه های بی سیم باند گسترده
۲-۴-۱: لایه فیزیکی در ۸۰۲.۱۶

فصل چهارم
آنتن های هوشمند
 بخش اول
آنتن های هوشمند در شبکه های بی سیم
تداخل هم کانال
اثرات محوشدگی
۴_الف_۱: جوانب تکنولوژی سیستم آنتن هوشمند
۴- الف – ۲: مدلهای کانال
۴-الف-۲-۱:مدل لی Lee s Model
۴-الف- ۲-۲: A Model of Discreteiy Didposed , Uniform set Of Evenly
Spread scatterers
۴- الف-۲-۳: مدل ماکروسل (Macro cell Model)
۴-الف-۲-۴: مدل باند عریض میکروسل (Macrocell Wide Band Model)
۳-الف-۲-۵: Gaussian Wide – sene stionary ,uncorrelated scattering
(GWSSUS)model
۳-الف-۲-۶: مدل زاویه دریافت گاوسی (Gaussian angle of)
۴-الف-۲-۷-: مدل کانال با بردار متغیر زمانی (Time –varying-vector channel model)
۴-الف-۲-۸: مدل شهری واقعی(typical urban (tu/model))
۴-الف-۲-۹: مدل شهری بد(Bad urban (Bu) model)
۴_الف_۳:آرایه های هوشمند:آنتن و بهره های مختلف
انواع آنتن های هوشمند
۴-الف-۴:ردیابی وتکنیک های بیم آرایه سوئیچ شده
۴-الف –۵: راهبردهای شکل دهی بیم ثابت
۴- الف – ۶: پردازش آرایه از طریق شکل دهی بیم
۴ الف ۶- ۱: الگوریتم های پایه شکل دهی سیگنال
۴- الف-۶-۲: ترکیب های آرایه ای تنظیمی
۴-الف –۶-۳: ترکیب آرایه پرتو سوئیچ شده
مثال ۱-۴
۴-الف-۷: نکات نتیجه گیری شده
بخش دوم
آنتن های آرایه فازی
۴-ب-۱:تاریخچه
۴-ب-۲: انواع آرایه ها
۴-ب-۲-۱: آرایه های خطی (Linear Array)
۴-ب-۲-۲:آرایه های مسطح (Planar Array)
۴-ب-۳: ویژگی های آرایه فازی
۴-ب-۳-۱: تکنولوژی شیفت دهنده فاز
۴-ب-۳-۲:تکنولوژی شیفت دهنده فاز دی الکتریک ولتاژ متغیر

فصل پنجم نتیجه و ﭘیشنهاد

پــایان نــامه شبیه سازی آنتنهای تلفن همراه

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 هزینه‌های کاربرد خطوط انتقال بیشتر میشود و در نتیجه استفاده از آنتنها ارجحیت می یابد.

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 مگنی‌ترون 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 سیستم‌های رادار منجر به ابداع انوع مختلف آنتنهای مدرن مانند آنتنهای بشقابی (منعکس کننده) عدسی‌ها و آنتنهای شکافی موجبری شد.

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 به‌طور خلاصه به مرور اصول، تعاریف مشخصات تشعشعی آنتنها پرداخته شده است.

تعداد صفحات 66 word

فهرست مطالب

عنوان                                                                     صفحه

I چکیده………………………………………………………………….

 فهرست مطالب………………………………………………… II

 فرهنگ اختصارات……………………………………………………. IV

 فهرست اشکال………………………………………………… ۱

 فصل ۱  مشخصات تشعشعی یک آنتن………………………………………. ۵

۱-۱) مقدمه …………………………………… …………………………………… ۵

۱-۲) تقسیم بندی نواحی اطراف یک آنتن ………… …………………………۵

۱-۳) شدت تشعشعی آنتن…………………. …………………………………..۶

۱-۴) نمودارهای تشعشعی……………………… ………………………………۷

.۱۰ HPBW 1-5) پهنای تابه نیم توان

یک آنتن ……..۱۱VSWR 1-6) پهنای باند فرکانسی و

۱-۷) بهره جهتی آنتن ………………. …………………………….۱۲

۱-۸) سمتگرایی …………. ………………………………………..۱۳

۱-۹) بازده تشعشعی آنتن ………………… …………………..۱۳

) ………. ……………………………۱۳g 1-10) بهره یا گین آنتن (

۱-۱۱) امپدانس ورودی آنتن …………………………..۱۴

۱- ۱۲) قطبش موج ………………………………………………..۱۴

۱-۱۳) ضریب کیفیت (Q) در مدارات سری……………………….۱۵

فصل ۲-  آنتن های تلفن همراه……………………………..۱۷

۲-۱) مقدمه…………………… ………………………………..۱۷

۲-۲) آنتن کوچک چیست ؟ …………………………………۱۷

۲-۳) آنتن F معکوس و عملکرد یک آنتن تلفن همراه ………….۱۸

۲-۴) شاسی در گوشی موبایل  ………………………………..۲۱

۲-۵) آنتنهای سیمی……………………………………………….۲۲

۲-۶) موقعیت آنتن در موبایل………………………………..۲۴

۲-۷) حجم آنتن…………………………………………………۲۷

۲-۸) انواع کلاسهای آنتنهای موبایل……………………..۲۹

فصل ۳ – توصیف کیفی و تحلیل عملکرد آنتن PIFA ………….34

3-1) مقدمه………………………….۳۴

۳-۲) تغییرات پورت زمین  و تاثیر آن روی آنتن PIFA در گوشی موبایل……. …..۳۴

۳-۳) تحلیل آنتن PIFA  با استفاده از مدل های معادل …………… …………..۴۱

۳-۴ ) روش تحلیل عملکرد آنتن PIFA در این پژوهش…………………۴۳

۳-۵) شبیه سازی یک آنتن مونوپل به کمک نرم افزار HFSS ……………44

فصل ۴ –  نحوه طراحی آنتن PIFA در این تحقیق……………………..۴۸

۴-۱) مقدمه…………………………………………۴۸

۴-۲) طراحی اولیه آنتن………………………۴۸

۴-۳) تبدیل آنتن PIFA   تک باند به دو باند………………۵۳

۴-۴) بهینه سازی آنتن طراحی شده……………….۵۵

۴-۵)جمع بندی……………………………….۶۶

فهرست اشکال

 فصل اول – مشخصات تشعشعی یک آنتن

 شکل۱-۱ نواحی اطراف یک آنتن.. ۵

شکل۱-۲ میدانها در فاصله دور و نزدیک آنتن.. ۶

شکل۱-۳  عنصر زاویه فضایی.. ۷

شکل۱-۴  نمودار قطبی پرتو تشعشعی  صفحه H.. 8

شکل۱-۵ نمودار سه بعدی پرتو تشعشعی.. ۸

شکل۱-۶ یک نمونه نمودار قطبی پرتو توان. ۹

شکل۱-۷ ضریب پرتو یک منبع خطی یکنواخت. ۱۰

شکل۱-۸  الف)قطبش خطی افقی  ب)قطبش خطی قائم پ)قطبش دایروی راستگرد ت)قطبش دایروی چپگرد

     ج) قطبش بیضوی چپگرد ث) قطبش بیضوی راستگرد……………………………………………….۱۵

فصل دوم-  آنتن های تلفن همراه

 شکل ۲-۱ آنتنهای قرار گرفته روی زمین.. ۱۹

شکل ۲-۲ انواع آنتن های L وارون. ۱۹

شکل۲-۳ شبیه سازی الگوی تشعشعی  و میدان E یک گوشی تلفن نوعی در فرکانس MHz 900. 20

شکل۲-۴ شبیه سازی الگوی تشعشعی  و میدان E یک گوشی تلفن نوعی در فرکانس MHz 1800. 21

شکل۲-۵ (الف) آنتن مونو پل (ب) آنتن  Lوارون  (ج) آنتن  Fوارون. ۲۲

شکل ۲-۶ شکل اولیه آنتن  Fوارون مسطح.. ۲۳

شکل۲-۷ انواع موقغیت آنتن در گوشی تلفن همراه ۲۵

شکل ۲-۸  انواع موقعیت آنتن روی گوشی های کشویی.. ۲۶

شکل ۲-۹ رابطه میان طول شاسی آنتن و پهنای باند در فرکانس MHz1850. 27

شکل۲-۱۰ رابطه میان طول آنتن و پهنای باند در فرکانس MHz890. 28

شکل ۲-۱۱ رابطه میان طول آنتن و پهنای باند در فرکانس MHz1850. 28

شکل ۲-۱۲ (الف)دو قطبی (ب) دو قطبی تا شده (ج) حلقه. ۲۹

شکل ۲-۱۳  نمونه ای از یک آنتن شلاقی……………………..۳۰

شکل ۲-۱۴  نمونه هایی از آنتن پیچشی قرار گرفته در گوشی تلفن همراه…….۳۰

شکل ۲-۱۵ یک نمونه آنتن درونی تک باند………………..۳۱

شکل ۲-۱۶ (الف) تشعشع کننده باند بالا  (ب) تشعشع کننده باند پایین (ج) مونوپل. ۳۱

شکل ۲-۱۷  نمایی از یک نمونه آنتن مرکب………………..۳۲

 فصل سوم – توصیف کیفی و تحلیل عملکرد آنتن PIFA

 شکل ۳-۱ (الف) صفحه زمین متعارف (ب) صفحه زمین اصلاح شده (تمام ابعاد به میلیمتر است ) ۳۴

شکل ۳-۲ آنتنPIFA دو باند(الف)صفحه زمین متداول (ب) صفحه زمین اصلاح شده(تمام ابعاد به میلیمتر است) ۳۶

شکل ۳-۳ VSWR  اندازه گیری شده و محاسبه شده بر حسب فرکانس برای آنتن PIFA تک باند (الف)روی صفحه زمین متداول (ب) روی صفحه زمین اصلاح شده ۳۷

شکل ۳-۴ الگوی تشعشعی محاسبه شده آنتن PIFAتک باند در فرکانس MHz910 (الف) صفحه زمین متداول (ب) صفحه زمین اصلاح شده ۳۸

شکل ۳-۵  نمودار VSWR آنتن دو باند(الف) باند MHz900 (ب) باند ۱۸۰۰MHz. 40

شکل ۳-۶  الگوی تشعشعی محاسبه شده برای آنتن دو باند در فرکانس MHz 1920 (الف)صفحه زمین متداول (ب) صفحه زمین اصلاح شده ۴۱

شکل ۳-۷ نمای کناری آنتن PIFA. 41

شکل ۳-۸  مدل خط انتقال برای آنتن PIFA. 42

شکل ۳-۹  (الف) نتایج شبیه سازی (ب)نتایج مدل خط انتقال. ۴۳

شکل ۳-۱۰ نمای کلی یک آنتن مونوپل ساده ۴۴

شکل ۳-۱۱  نمودارVSWR آنتن طراحی شده. ۴۵

شکل۳-۱۲ نمودارre (Z) آنتن طراحی شده . ۴۵

شکل ۳-۱۳ نمودار الگوی تشعشعی آنتن به ازای phi=0 . 46

شکل ۳-۱۴ پرتو تشعشعی آنتن بصورت سه بعدی در فرکانس MHZ900. 46

 فصل چهارم –  نحوه طراحی آنتن PIFA در این تحقیق

 شکل ۴-۱  نمایی از آنتن PIFA اولیه طراحی شده ۴۹

شکل ۴-۲  نحوه اتصال آنتن به جعبه گوشی تلفن همراه ۴۹

شکل ۴-۳ نمودار Im(Z) در اطراف فرکانس MHZ900. 50

شکل ۴-۴  نمودار Im(Z) در اطراف فرکانس MHZ900. 51

شکل ۴-۵ نمودار Im(Z) در اطراف فرکانس MHZ900. 51

شکل ۴-۶ نمودار Im(Z) در اطراف فرکانس MHZ900. 52

شکل ۴-۷  نمودار  VSWR در باند MHZ 900. 52

شکل ۴-۸ نمایی از آنتن در صفحه X-Y. 53

شکل ۴-۹ نمایش گرافیکی میدان E در باند ۹۰۰MHZ. 54

شکل ۴-۱۰ نمایش گرافیکی میدان E در باند ۱۸۰۰MHZ. 54

شکل ۴-۱۱  نمودار VSWR نسبت به تغییر در ارتفاع آنتن.. ۵۵

شکل ۴-۱۲  نمودار VSWR نسبت به تغییر در محل تغذیه روی باند ۱۸۰۰MHZ و ۹۰۰MHZ. 56

شکل ۴-۱۳  نمودار VSWR  نسبت به تغییر در فاصله بین دو شکاف روی باند ۱۸۰۰MHZ. 57

شکل۴-۱۴  نمودار VSWR  نسبت به تغییرات فاصله دو شکاف نسبت به منبع با حفظ فاصله بین دو شکاف روی باند ۱۸۰۰MHZ. 57

شکل ۴-۱۵  نمودار VSWR آنتن به ازای مقادیر مختلف پهنای اتصال کوتاه در باند MHz900…………………..58

شکل ۴-۱۶  نمودار VSWR آنتن به ازای مقادیر مختلف پهنای اتصال کوتاه در باند MHz1800………………….58

شکل ۴-۱۷ نمای کلی از آنتن طرا حی شده…….. ۵۹

شکل ۴-۱۸  نمایی از آنتن در صفحه X-Y…………….. 59

شکل ۴-۱۹  نمایی از آنتن در صفحه Z-X. 60

شکل ۴-۲۰  نمایی از آنتن در صفحه Z-Y. 60

شکل ۴-۲۱ آنتن طراحی شده در حضور جعبه رسانا ۶۱

شکل  ۴-۲۲  VSWR  آنتن قبل از اضافه شدن جعبه رسانا در باند ۹۰۰MHz. 61

شکل ۴-۲۳  VSWR  آنتن قبل از اضافه شدن جعبه رسانا در باند MHz1800. 62

شکل  ۴-۲۴  VSWR  آنتن بعد از اضافه شدن جعبه رسانا در باند MHz900. 62

شکل  ۴-۲۵  VSWR  آنتن بعد از اضافه شدن جعبه رسانا در باند MHz1800…………….۶۲

شکل ۴-۲۶  نمودار تشعشعی آنتن به dB در فضای آزاد به ازای phi=90  قبل از اضافه شدن جعبه رسانا( نرمالیزه نشده)………..۶۴

شکل ۴-۲۷  نمودار تشعشعی آنتن به dB در فضای آزاد به ازای phi=90  بعد از اضافه شدن جعبه رسانا( نرمالیزه نشده)……..۶۴

شکل ۴-۲۸  نمودار تشعشعی آنتن به صورت سه بعدی در فرکانس MHZ 900………..65

شکل ۴-۲۹ نمودار تشعشعی آنتن به صورت سه بعدی در فرکانس MHZ 1800 ………65