دانلود پایان نامه : مطالعه و شبیه سازی آنتنهای موبایل

دانلود پایان نامه : مطالعه و شبیه سازی آنتنهای موبایل

تعداد صفحات: 70

فرمت فایل: ورد

دسته بندی: -

قیمت: 6000 تومان

تعداد نمایش: 521 نمایش

ارسال توسط:

تاریخ ارسال: 1 آگوست 2016

به روز رسانی در: 1 آگوست 2016

خرید این محصول:

پس از پرداخت لینک دانلود برای شما نمایش داده می شود.

6000 تومان – خرید

عنوان : مطالعه و شبیه سازی آنتنهای موبایل 70 ص + 60 اسلاید

چکیده                                                                                                          I

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.

فهرست مطالب                                          II

عنوان                                                              صفحه

I چکیده……………………………………………………………………………………………

فهرست مطالب………………………………………………………………………………….. II

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

فهرست اشکال………………………………………………………………………………….. V

 

فصل 1  مشخصات تشعشعي يک آنتن………………………………………………………….   2

1-1) مقدمه ………………………………………………………………………………….     2

1-2) تقسيم بندي نواحي اطراف يک آنتن ………………………………………………………  2

1-3) شدت تشعشعي آنتن…………………………………………………………………………3

1-4) نمودارهاي تشعشعي………………………………………………………………………. 4

……………………………………………………………..7 HPBW 1-5) پهناي تابه نيم توان

يک آنتن ………………………………………………….8VSWR 1-6) پهناي باند فرکانسي و

1-7) بهره جهتي آنتن ……………………………………………………………………………9

1-8) سمتگرايي …………………………………………………………………………………9

1-9) بازده تشعشعي آنتن ………………………………………………………………………10

) ………………………………………………………………….10g 1-10) بهره يا گين آنتن (

1-11) امپدانس ورودي آنتن …………………………………………………………………..11

1- 12) قطبش موج …………………………………………………………………………...11

1-13) ضریب کیفیت (Q) در مدارات سری…………………………………………………….12

فصل 2-  آنتن های تلفن همراه………………………………………………………………….14

2-1) مقدمه………………………………………………………………………………………14

2-2) آنتن کوچک چيست ؟ ……………………………………………………………………14

2-3) آنتن F معکوس و عملکرد یک آنتن تلفن همراه ………………………………………..15

2-4) شاسي در گوشي موبايل  ………………………………………………………………..18

2-5) آنتنهاي سيمي……………………………………………………………………………18

2-6) موقعيت آنتن در موبايل………………………………………………………………….21

2-7) حجم آنتن………………………………………………………………………………..23

2-8) انواع کلاسهاي آنتنهاي موبايل………………………………………………………….26

فصل 3 – توصیف کیفی و تحلیل عملکرد آنتن PIFA ……………………………………….30

3-1) مقدمه……………………………………………………………………………………30

3-2) تغييرات پورت زمين  و تاثير آن روي آنتن PIFA در گوشي موبايل…………………..30

3-3) تحليل آنتن PIFA  با استفاده از مدل هاي معادل ………………………………………37

3-4 ) روش تحليل عملکرد آنتن PIFA در اين پژوهش………………………………………39

3-5) شبيه سازي يک آنتن مونوپل به کمک نرم افزار HFSS ……………………………..40

فصل 4 –  نحوه طراحی آنتن PIFA در این تحقیق…………………………………………..44

4-1) مقدمه……………………………………………………………………………………44

4-2) طراحي اوليه آنتن……………………………………………………………………….44

4-3) تبديل آنتن PIFA   تک باند به دو باند………………………………………………….49

4-4) بهينه سازي آنتن طراحي شده…………………………………………………………..51

4-5)جمع بندی………………………………………………………………………………..62

فهرست اشکال                                                                                 V

 

فصل اول مشخصات تشعشعی یک آنتن

 

شکل1-1 نواحي اطراف يک آنتن.. 6

شکل1-2 ميدانها در فاصله دور و نزديک آنتن.. 6

شکل1-3  عنصر زاويه فضايي.. 7

شکل1-4  نمودار قطبی پرتو تشعشعی  صفحه H.. 8

شکل1-5 نمودار سه بعدی پرتو تشعشعی.. 9

شکل1-6 یک نمونه نمودار قطبی پرتو توان. 10

شکل1-7 ضریب پرتو یک منبع خطی یکنواخت. 11

شکل1-8  الف)قطبش خطی افقی  ب)قطبش خطی قائم پ)قطبش دایروی راستگرد ت)قطبش دایروی چپگرد

ج) قطبش بیضوی چپگرد ث) قطبش بیضوی راستگرد………………………………………………………………………………………………..14

 

 

فصل دوم-  آنتن های تلفن همراه

 

شکل 2-1 آنتنهای قرار گرفته روی زمین.. 20

شکل 2-2 انواع آنتن های L وارون. 20

شکل2-3 شبیه سازی الگوی تشعشعی  و میدان E یک گوشی تلفن نوعی در فرکانس MHz 900. 21

شکل2-4 شبیه سازی الگوی تشعشعی  و میدان E یک گوشی تلفن نوعی در فرکانس MHz 1800. 22

شکل2-5 (الف) آنتن مونو پل (ب) آنتن  Lوارون  (ج) آنتن  Fوارون. 23

شکل 2-6 شکل اولیه آنتن  Fوارون مسطح.. 24

شکل2-7 انواع موقغیت آنتن در گوشی تلفن همراه 25

شکل 2-8  انواع موقعیت آنتن روی گوشی های کشویی.. 27

شکل 2-9 رابطه ميان طول شاسی آنتن و پهناي باند در فرکانس MHz1850. 28

شکل2-10 رابطه ميان طول آنتن و پهناي باند در فرکانس MHz890. 29

شکل 2-11 رابطه ميان طول آنتن و پهناي باند در فرکانس MHz1850. 29

شکل 2-12 (الف)دو قطبی (ب) دو قطبی تا شده (ج) حلقه. 29

شکل 2-13 (الف) تشعشع کننده باند بالا  (ب) تشعشع کننده باند پایین (ج) مونوپل.. 31

 

فصل سوم – توصیف کیفی و تحلیل عملکرد آنتن PIFA

 

شکل 3-1 (الف) صفحه زمین متعارف (ب) صفحه زمین اصلاح شده (تمام ابعاد به میلیمتر است ) 34

شکل 3-2 آنتنPIFA دو باند(الف)صفحه زمین متداول (ب) صفحه زمین اصلاح شده(تمام ابعاد به میلیمتر است) 36

شکل 3-3 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 37

شکل 3-4 الگوی تشعشعی محاسبه شده آنتن PIFAتک باند در فرکانس MHz910 (الف) صفحه زمین متداول (ب) صفحه زمین اصلاح شده 38

شکل 3-5  نمودار VSWR آنتن دو باند(الف) باند MHz900 (ب) باند 1800MHz. 40

شکل 3-6  الگوی تشعشعی محاسبه شده برای آنتن دو باند در فرکانس MHz 1920 (الف)صفحه زمین متداول (ب) صفحه زمین اصلاح شده 41

شکل 3-7 نمای کناری آنتن PIFA.. 41

شکل 3-8  مدل خط انتقال برای آنتن PIFA.. 42

شکل 3-9  (الف) نتایج شبیه سازی (ب)نتایج مدل خط انتقال. 43

شکل 3-10 نمای کلی یک آنتن مونوپل ساده 44

شکل 3-11  نمودارVSWR آنتن طراحی شده. 45

شکل3-12 نمودارre (Z) آنتن طراحی شده . 45

شکل 3-13 نمودار االگوی تشعشعی آنتن به ازای phi=0 . 46

شکل 3-14 پرتو تشعشعی آنتن بصورت سه بعدی در فرکانس MHZ900. 46

 

فصل چهارم –  نحوه طراحی آنتن PIFA در این تحقیق

 

شکل 4-1  نمایی از آنتن PIFA اولیه طراحی شده 49

شکل 4-2  نحوه اتصال آنتن به جعبه گوشی تلفن همراه 49

شکل 4-3 نمودار Im(Z) در اطراف فرکانس MHZ900. 50

شکل 4-4  نمودار Im(Z) در اطراف فرکانس MHZ900. 51

شکل 4-5 نمودار Im(Z) در اطراف فرکانس MHZ900. 51

شکل 4-6 نمودار Im(Z) در اطراف فرکانس MHZ900. 52

شکل 4-7  نمودار  VSWR در باند MHZ 900. 52

شکل 4-8 نمایی از آنتن در صفحه X-Y. 53

شکل 4-9 نمایش گرافیکی میدان E در باند 900MHZ. 54

شکل 4-10 نمایش گرافیکی میدان E در باند 1800MHZ. 54

شکل 4-11  نمودار VSWR نسبت به تغییر در ارتفاع آنتن.. 55

شکل 4-12  نمودار VSWR نسبت به تغییر در محل تغذیه روی باند 1800MHZ و 900MHZ. 56

شکل 4-13  نمودار VSWR  نسبت به تغییر در فاصله بین دو شکاف روی باند 1800MHZ. 57

شکل4-14  نمودار VSWR  نسبت به تغییرات فاصله دو شکاف نسبت به منبع با حفظ فاصله بین دو شکاف روی باند 1800MHZ. 57

شکل 4-19  نمایی از آنتن در صفحه Z-X. 60

شکل 4-20  نمایی از آنتن در صفحه Z-Y. 60

شکل 4-21 آنتن طراحی شده در حضور جعبه رسانا 61

شکل  4-22: VSWR  آنتن قبل از اضافه شدن جعبه رسانا در باند 900MHz. 61

شکل 4-23: VSWR  آنتن قبل از اضافه شدن جعبه رسانا در باند MHz1800. 62

شکل  4-24 : VSWR  آنتن بعد از اضافه شدن جعبه رسانا در باند MHz900. 62

فصل دوم

 

آنتن های تلفن همراه
فصل دوم-  آنتن های تلفن همراه

 

2-1)مقدمه

در اوايل قرن بيستم، تکنولوژي گوشيهاي موبايل زير نظر کاربردهاي نظامي بود. قبل از جنگ جهاني دوم، بيشتر پيشرفت ها در زمينه مخابرات سيار مختص نيازها و معيارهاي نظامي بود . در حقيقت اولين سيستم مخابرات بيسيم بسيار سنگين و حجيم بود و تجهيزات آن بوسيله يک ماشين حمل ميشد. افزون بر آن، نياز به توان لازم براي عمل کردن اين سيستم ها بالا بود که منجر به پايين آمدن عمر باتريها ميشد]4[. ظهور مدارات ميکروالکترونيک، انقلاب در تکنولوژي اطلاعات و پس از آن در تکنولوژي مخابرات سيار، گواه بر يک پيشرفت شگرف در اوايل دهه 90 مي داد]4و5[. با اين تحولات، ابزارهاي سيستم هاي مخابرات سيار کم هزينه تر، کوچکتر و با توان مصرفي کمتر از قبل ساخته شدند. نقش تئوري ميدانهاي الکترومغناطيس، بويژه نقش كليدي عناصر آنتن در اين روند رو به پيشرفت بر كسي پوشيده نيست.

 

2-2) آنتن کوچک چيست ؟ ]6[

کوچک بودن آنتن يک اصطلاح نسبي است. آنچه که بايد بدانيم اين است که استانداردهاي مرجع چيست؟[1]

آنتني که در دست شما قرار مي گيرد به طور فيزيکي کوچک است، در حالي که يک آنتن با طول  m 20 به طور فيزيکي بزرگ است. اندازه فيزيکي آنتن، همراه با محيطي که آنتن در آن استفاده خواهد شد در طراحي مکانيکي آن بسيار مهم است. اما اين فقط در فرايند طراحي الکتريکي در درجه دوم قرار دارد.

مقياس مناسب در طراحي الکتريکي آنتن طول موج فضاي آزاد در فرکانس کاري آنتن ميباشد .

از فيزيک مي دانيم :

(2-1)

سرعت نور، فرکانس و طول موج در فضاي آزاد است.

در باند فركانسي AM متوسط فركانس 1MHZ، بنابراين  است.  در اين باند آنتني به طول   باشد از لحاظ الکتريکي کوچک است اما از لحاظ فيزيکي بزرگ ميباشد.

در باند متوسط FM، F=100MHZ  بنابراين  است. يک آنتني که  طول داشته باشد 15m خواهد بود  که از نظر فيزيکي کوچک است.

در f =2.4GHZ   بايد يک تلفن سلولي،  در نتيجه يک آنتن با طول  برابر 6.25mm   ميشود که از نظر فيزيکي بسيار کوچک است.

در هر سه  کاربرد، طراحي الکتريکي مورد توجه براي آنتن داده شده يکسان ميباشد. معمولا اين، به اين معناست که کوچکي آنتن با چيزي که آنتن روي آن نصب ميشود مقايسه ميشود]6[

نه تنها آنتنهاي گوشي موبايل کوچک هستند بلکه طول گوشي موبايلي که آنتن روي آن نصب ميشود، (معمولا بين 80mm  تا 100mm) تنها قسمتي از يک طول موج است. عملکرد آنتنهاي کوچک الکتريکي را مي توان با پارامتر Q  به حجم کوچکترين کره اي که آنتن مي تواند در آن قرار بگيرد، ارتباط داد. به طوري که Q انرژي ذخيره شده و انرژي تلف شده را به هم ارتباط ميدهد. يک آنتن کوچک ذاتا داراي امپدانس راکتيو ورودي (X) بزرگ به همراه يک پهناي باند بسيار باريک ميباشد. مي توان براي جبران راکتانس ورودي در فركانس تشديد يک راکتانس مخالف را به آنتن اضافه کرد اما اين ترکيب Q را افزايش مي دهد و پهناي باند کوچکتري را به همراه خواهد داشت. بنابراين بايستي بين پهناي باند و فركانسهاي تشديد موازنه برقرار کرد تا به بهترين بازده ممکن برسيم. که در اين بازده، همزمان به پهناي باندي دست يافت که بتواند باند موبايل را پوشش دهد (شايد چند باند). اغلب مشكلات زيادي براي رسيدن به يک ترکيب از مشخصات ايده آل مورد نياز براي يک آنتن کوچک وجود دارد.

 

2-3) آنتن F معكوس و عملکرد يک آنتن تلفن همراه

يک آنتن مونوپل  ساده درشکل 2-1(الف) نشان داده شده است. اين آنتن از فركانس DC تا فرکانسي که طول آن  ميشود خازني ميباشد. امپدانس ورودي به شکل  ميباشد که R  کوچک و X خيلي بزرگ است. پهناي باند بوسيله Q (که در اين جا برابر است با ) محدود خواهد شد.

اگر بلندي آنتن شكل 2-1(الف) کوچکتر از ربع طول موج باشد، لازم است که براي تحريک آن از يک جريان خيلي بزرگ استفاده شود تا آنتن منطبق شود و با يک قدرت مشخصي تشعشع کند. به عبارت ديگر چون مقاومت تشعشعي آنتن خيلي کم است، بنابراين براي اينکه با قدرت مورد نياز تشعشع کند بايد خط انتقال جريان بزرگي را حمل کند. اما مقاومت تشعشعي آنتن به دليل کوچکي ممکن است با مقاومت تلف شده در هاديهاي آن قابل مقايسه شود. در نتيجه بازده تشعشي كه از رابطه( 1-12) قابل محاسبه است، كوچك خواهد شد. همچنين براي هدايت جريان بزرگ به آنتن، لازم است که آنتن به خط انتقال تطبيق داده شود و ناچار از مدارات تطبيق استفاده گردد كه خود باعث افزايش تلفات در مدار ميشود. علاوه بر مشكلات بوجود آمده براي بازده تشعشعي اين نوع آنتنها، مدارهاي تطبيق در فركانس هاي بالا خود وابسته به فرکانس کار هستند، بنابراين ما با كاهش پهناي باند نيزمواجه هستيم. در اين آنتن جريان بالاي تشعشع کننده صفر است و مقادير ماکزيمم در قسمت تحتاني آنتن به طور خطي تغيير ميکند(اين جريان تقريبا خطي است چون گرچه توزيع جريان تقريبا سينوسي ميباشد، اما چون  کوچک است پس در نتيجه).

براي رفع معايب آنتن شكل 2-1(الف) مي توان بوسيله قرار دادن يک رساناي افقي در بالاي آنتن ماهيت آن را تغيير داد (شکل  2-1 (ب)). اين عمل باعث ميشود که طول آنتن خيلي زياد نشود اما جريان صفر به طرف پايانه هاي قسمت افقي حرکت کرده و يک جريان تقريبا ثابت و بزرگي در قسمت عمودي آنتن جاري شود. در نتيجه مقاومت تشعشعي  افزايش داده شده و راکتانس خازني () در نقطه تغذيه تقريبا ثابت است. بنابراين، Q () در آنتن افت خواهد کرد و اين به معني بهبود عرض باند نيز است. در شکل 2-1 (ج)  نيز يک پيکربندي ديگر با مشخصات مشابه که به آنتن L  وارونه مشهور است نشان داده شده است. در هردو مورد رساناي بالايي تشعشع کمي را به دليل قضيه تصوير ايجاد ميکند (چون جريان در رساناهاي بالايي و تصوير، مخالف هم مي باشند).

 

شکل 2-1 آنتنهای قرار گرفته روی زمین ]6[

براي افزايش بيشتر مقدار  مي توان از آنتن شکل2-2 (الف) يا نمونه ديگر آن در شکل 2-2(ب) (آنتن F وارونه) استفاده کرد. وقتي کل طول شاخه بالايي حدود  باشد به طور طبيعي تشديد روي خواهد داد و با انتخاب موقعيت نقطه تغذيه امپدانس ورودي مي تواند تا حدود 50 ohm   انتخاب شود.

ما مي توانيم به جاي سيم بالايي آنتن F يا L وارون يک صفحه (ورق) تخت جايگزين کنيم (شکل2-2 (ج))  و يا يک صفحه شکاف دار براي اينکه بارگيري آنتن فشرده تر شود (شکل2-2 (د)).

شکل 2-2 انواع آنتن های L وارون ]6[

 

با وجود صفحه زمين بي نهايت متاسفانه هنوز ما بر محدوديت ايجاد حجم کوچکي از آنتن غلبه نکرده ايم و به يک ترفند ديگري که به ما اجازه دهد مشکلاتمان را حل کنيم نياز داريم. يک خصوصيت مهم تمام اين پيکربندي ها اين است که آنها نامتعادل هستند. اگر ما زمين را به عنوان يک رساناي کامل بي کران درک کنيم مي توانيم يک تصويري از آنتن در صفحه زمين در ذهنمان مجسم کنيم و الگوي تابش [2] را با جمع کردن سهم آنتن و تصوير آن محاسبه ميکنيم.

وقتي يکي از اين آنتنها روي يک گوشي موبايل قرار مي گيرد، صفحه زمين فقط حدود  طول دارد (تقريبا نصف طول يک آنتن دوقطبي نيم موج). بنابراين ساختار ايجاد شده يک نوع دوقطبي عجيب نامتقارن است. يک شاخه (جعبه فلزي گوشي) به زمين مدارهاي الكترونيكي متصل شده، در حالي که شاخه ديگر (آنتن F  معكوس) تغذيه شده است. با توجه به نمودار تابشي چنبره اي و همه جهتي آنتن دوقطبي نيم موج و قطبش خطي آن، پيش بيني مي شود آنتن F وارون نيز تقريبا يک نمودار تابشي همه جهتي در راستاي عمود بر صفحه زمين گوشي داشته و قطبش آن خطي باشد، زيرا که يک دوقطبي نامتقارن نيز در صفحه عمود بر آن همه سويه خواهد بود.

براي درك بهتر مطالب فوق به رفتار يک گوشي واقعي در شكل 2-3 توجه كنيد.  قطبي شدگي (پلاريزاسيون) با طول محور گوشي هم جهت است، و الگوي تابشي آن در باندهاي پايين به نظر مي رسد که خيلي مشابه يک دوقطبي نيم موج است که هم جهت با زمين ميباشد (به شکل 2-3توجه کنيد.)

 

شکل2-3 شبیه سازی الگوی تشعشعی  و میدان E یک گوشی تلفن نوعی در فرکانس MHz 900 ]6[

 

در باندهاي بالا آنتن از نظر الکتريکي بزرگ است و ما مي توانيم انتظار داشته باشيم که آنتن از زمين مستقلانه تر عمل کند. در عمل نيز معمولا پلاريزاسيون درطول زمين باقي مي ماند و الگوي تشعشعي به سادگي مشابه يک دوقطبي بلند ميشود که از نقطه مرکز خارج شده است.(به شکل 2-4نگاه کنيد.)

يک آنتن کوچک مي تواند عملکرد مناسبي را در باند بالا داشته باشد و ما بايد امکان به وجود آوردن يک تعادل در آنتن براي عملکردي اساسا مستقل از زمين بودن را بوجود آوريم .

 

شکل2-4 شبیه سازی الگوی تشعشعی  و میدان E یک گوشی تلفن نوعی در فرکانس MHz 1800 ]6[

 

 

2-4) شاسي در گوشي موبايل

چيزي که به عنوان زمين به آن اشاره ميشود، تمام قسمت هايي از يک گوشي است که به زمين متصل شده است، از جمله باتري، صفحه نمايش، جعبه فلزي و … . در گوشي هاي دو قسمتي لولايي [3] و لغزنده اي [4] بخش هايي از هر دو جزء، شامل زمين مي باشند.

يک آنتن ايده ال، آنتني است که تمام انرژي حاصل در پايانه هاي  گوشي را تشعشع کند. در عمل، تلفات به دلايل زير به وجود مي آيد:

 

  • بازتابش [5] به دليل عدم مطابقت بين آنتن و خط تغذيه آن ميباشد. تلفات بازتابشي يک دليل عمده ناکارآمدي يک آنتن است و مقدار آن زماني افزايش پيدا ميکند که VSWR زياد شود ( وقتي که گوشي موبايل در دست نگه داشته شود يا در مقابل سر و عوامل محيطي قرار گيرد).
  • مدارات و ديگر تجهيزات در کنار گوشي موبايل مانند مدارات تحريک براي بلندگو ها، دوربينها و ديگر تجهيزاتي که در نزديک آنتن و در معرض ميدانهاي RF هستند موجب تلف شدن انرژي تشعشعي شود. اين انرژي ملحق شده به مدارات تحريک فوق در تشعشع از گوشي موبايل شرکت نخواهد کرد.
  • اتلاف در انرژي RF درون يک آنتن اهميت کمتري نسبت به ديگر عوامل دارد.

از نقطه نظر اقتصادي براي يک توليد کننده بسيار مطلوب است که گوشي تعداد زيادي از باندهاي فرکانسي جهاني را پوشش دهد. يک محصول مدرن که هم اقتصادي است و هم مورد انتظار مصرف کننده، لازم است تا جايي که امکان دارد تعداد زيادي از باندهاي فرکانسي را پوشش بدهد. در حال حاضر حداقل پنج باند فرکانسي در سرويس هاي موبايل مشهور جهاني تعيين شده است كه فركانس نامي آن ها عبارت است از: [7]

2100MHz,1900 MHz,1800 MHz,900 MHz,850MHz.

 

2-5) آنتنهاي سيمي

آنتن مونوپل و مونوپل اصلاح شده (نشان داده شده درشکل 2-5)، نخستين آنتنهاي شناخته شده براي استفاده در مخابرات سيار بودند . آنها براي طراحي ساده، کم وزن و در صفحه افقي داراي الگوي تشعشعي همسانگرد و سمتگرايي جهتي[6] بکار می روند]8 .[ معمولترين نوع اين آنتنها آنتن مونوپل يک چهارم طول ميباشد كه نسبتا بلند است. از اينرو آنتنهاي مونوپل معمولا آنتنهاي خارجي هستند. به منظور کوچک کردن اندازه گوشي به عنوان ابزاري که در دست جاي بگيرد، آنتن L– معکوس [7]  ظهور کرد. ILA (L– معکوس) يک مونوپل تغذيه شده از قسمت انتهايي ميباشد، همراه يک المان سيمي افقي که در بخش بالايي به عنوان يک بار خازني عمل ميکند. (شکل 2-5 را ببينيد.)

 

÷

 

شکل2-5 ) (الف) آنتن مونو پل (ب) آنتن  Lوارون  (ج) آنتن  Fوارون

 

ILA داراي يک آرايش ساده است که باعث شده براي توليد، بازده بالايي داشته باشد]31[. خصوصيات تشعشعي (ILA) مزاياي بيشتري از آنتن مونوپل كوچك دارد. اما امپدانس ورودي آن تقريبا شبيه همان مونوپل کوچک ميباشد يعني داراي راکتانس بالاست. اين نارسايي باعث شد طراحان آنتن درباره آنتني با بار مقاومتي که تلفات عدم تطابق را کاهش دهد، تحقيق کنند.

براي اين منظور، آنتن F- معکوس (IFA) مطرح شد (شکل2-5)]  9و10[ که يک بخش L– معکوس ثانويه را به قسمت انتهايي L– معکوس اوليه متصل کرده است. خط  L– معکوس پيوسته شده، يک گزينه ميزان سازي [8] مناسب را براي  ILA  اصلي مطرح کرد و همانطور كه در بعد مطالعه خواهد شد، قابليت استفاده آنتن را بطور زيادي پيشرفت ميدهد.

عليرغم تطبيق خوب آنتن IFA هردوآنتن IFA و ILA  بطور ذاتي داراي پهناي باند باريکند. براي فراهم کردن ويژگي هاي پهناي باند عريض، طراحان آنتن عنصر افقي را از يک سيم به يک صفحه تبديل کردند (شکل 2-6 را ببينيد.) و آنتن F – معکوس  صفحه اي (PIFA) مطرح شد]11 [ PIFA يک آنتن، با امپدانس کاملا مقاومتي در فرکانس کار ميباشد. چنين ويژگي باعث شده که اين آنتن يک نامزد عملي براي طراحي ابزارهاي متحرک دستي باشد. اين آنتن امروزه بطور گسترده اي در ابزارهاي متحرک دستي (بيسيم) مورد استفاده قرار مي گيرد.

شکل 2-6 شکل اولیه آنتن  Fوارون مسطح

 

 

با وجود اين که رابطه ساده اي در طراحي ILA، IFA، PIFA  وجود دارد، طراحي بهينه هر کدام از اين آنتنها يکسان نيست (شکلهاي 2-5 و 2-6 را نگاه کنيد).

تغييراتي در ارتفاع تشعشع کننده (H) و طول افقي عنصر (L)، فاصله و محل قرارگيري  منبع تغذيه و نقطه اتصال کوتاه (S) و… همگي در رفتار الکتريکي آنتنها تاثير مي گذارد. طراحي هاي بي شماري در مجلات مختلف گزارش شده است]12و13 [ بسياري از آنها به بهبودي بيشتر پهناي باند و عملکرد اين آنتن ها اشاره مي کنند ]13و14.[در دانسته هاي ما تئوري که بتواند به طور كامل رفتار يا شيوه طراحي اين آنتنها را توصيف کند وجود ندارد.

سير تکاملي طراحي آنتن هاي گوشي موبايل از يک مونوپل تا PIFA نشان ميدهد که عنصر اساسي يک آنتن تلفن همراه يک سيم ميباشد. شکاف ها، صفحه ها و قسمت هاي ديگر آنتن فقط براي جبران عدم تطبيق و بهبودي در مشخصات تشعشعي آنتن است.

با شبيه سازي يک آنتن PIFA  مقدماتي و مشاهده جريان توزيع روي سطح آن در فرکانس کار آن، مي توان مشاهده كرد توزيع جريان در لبه هاي بعضي از قسمتهاي آنتن متمرکز شده است. بنابراين طول اين لبه ها در جاهايي که جريان متمرکز شده است پارامتر عمده اي است که يک آنتن را در فرکانس مطلوب تنظيم ميکند] 15و16. [  قسمت هاي باقي مانده قسمت اصلي در تنظيم کردن آنتنها نيست اما در بهبودي مشخصات آنتن نسبتا موثر است. در حقيقت اين قسمت ها در تطبيق آنتنها اثر خواهد داشت. طبق اين شواهد يک روش جديد در طراحي آنتن هاي گوشي موبايل پيشنهاد شده است. در قدم اول در طراحي ها، آنتن بوسيله سيم هاي بنيادي که مسئول تنظيم فرکانس کاري آنتن هستند، نشان داده شده و اين استخوان بندي طراحي نهايي آنتن ميشود . سپس يک حل تحليل براي اين مدل سيمي معرفي شده، استنتاج ميشود. با استفاده از اين حل تحليل، طراحي آنتن مي تواند به سادگي و بطور موثر آنتني را که با فرکانس مطلوب تنظيم شده است، بوسيله فقط حل مقدار کمي معادلات تحليلي طراحي کند، هيچگونه شبيه سازي يا مدل اوليه اي نياز ندارد . طراح مي تواند بهبودي بيشتري را بوسيله اضافه کردن صفحه ها، شکافها، تکه ها [9] يا ترکيبي از آنها براي کاهش عدم تطبيق و بهبود مشخصات تشعشعي در طراحي اوليه آنتن ايجاد  کند.

 

2-6) موقعيت آنتن در موبايل

در هر هندسه اي از موبايل، چندين موقعيت براي قرارگيري آنتن وجود دارد. هر هندسه و موقعيت يک سري مشکلات متفاوتي را بر حسب حجم و موقعيت آنتن، براي طراح ايجاد ميکند. چرا که مجاورت با اجزاي ديگر احتمالا باعث ايجاد فعل و انفعالاتي با آنتن و همچنين توانايي القاي جريانهاي تشعشعي آنتن در شاسي (بدنه) ميشود.

در تلفن هاي ميله اي [10] آنتنها در تمام دنيا در منتها اليه گوشي، بالا يا پشت صفحه نمايشگر جايگذاري ميشود. اين موقعيت از تمام طول شاسي براي رسيدن به ماکزيمم پهناي باند استفاده ميکند. اگر طول موبايل بيش از 90mm  باشد و بطور صحيح در دست قرار گيرد، کاربر قسمت پائيني گوشي را نگه داشته بنابراين آنتن زماني که موبايل، جلوي گوش نگه داشته ميشود، توسط دست کاربر پوشيده نميشود. اما موبايل هاي کوتاهتر که امکان پوشش آنها بيشتر است، بطور کامل در دست کاربر جاي مي گيرد. به همين خاطر براي بعضي گوشي ها تذکراتي داده ميشود، مانند اينکه:

” انگشتانتان را در طول آنتن نگيريد ” اما معمولا کاربر خيلي زود اينگونه پيامها را از ياد برده و اجرا نمي کنند.

در تلفن هاي دردار آنتنها جاي مشخص جهاني ندارند ولي بطور کل به 3  صورت در تلفن نصب مي شوند:

شکل2-7 انواع موقغیت آنتن در گوشی تلفن همراه

 

الف) بالاي درب گوشي : اگر چه گاه و بيگاه استفاده ميشود، اما از نقطه نظر اجرايي خيلي موقعيت راضي کننده اي محسوب نميشود. زيرا:

  • درب تاشو [11] تنها 5mm ضخامت دارد و فقط شامل ضخامت قاب گوشي ميشود.
  • اطراف آنتن ممکن است ميدان مناسبي شکل نگيرد.
  • بلندگوهاي صدا با آنتن براي تصاحب مکان روي درب گوشي رقابت مي کنند.
  • معمولا تقويت کننده ها (PA) روي بورد اصلي (PCB) جايگذاري مي شوند. پس به يک کابل کواکسيال براي برقراري ارتباط لازم است، که معمولا در نهايت يک رابط غير قابل نصب خواهد بود.

اين روش يک آرايش گران قيمت است که باعث پيچيده شدن طراحي مکانيکي لولا، نيز ميگردد که بايد دو قسمت: (FPCB) PCB انعطاف پذير نمايشگر و کابل کواکسيال را با هم تطبيق کند.

 

ب) قسمت پاييني گوشي نزديک به لولا: اين مکان يک موقعيت رايج است . در اين مکان آنتن به راحتي از بلندگوهاي صدا قابل تشخيص مي باشند . اما بايد به يک سري ضررها و سختي هايي تن در دهيم:

  • زماني که درب گوشي باز است و آنرا نزديک گوش قرار داده باشيم، معمولا فرستنده و گيرنده نزديک لولا قرار مي گيرند و دست کاربر آنرا بطور کامل مي پوشاند.
  • زماني که درب گوشي بسته است، آنتن در منتها اليه گوشي قرار مي گيرد اما هنگام باز بودن آن در نقطه مياني طول گوشي قرار مي گيرد که اين تغيير در موقعيت آنتن، منجر به تغييرات شديدي در امپدانس مشخصه آنتن زمانيکه گوشي باز يا بسته است ميشود.
  • لولا اتصالات قابل انعطاف ميان نمايشگر، دوربين و پردازشگر ايجاد ميکند . مدار منعطف توسط ميدانهاي (RF) راديو فرکانسي اطراف آنتن برانگيخته ميشود و سيگنالهاي ديجيتال فرکانس بالا در مدار منعطف[12]، نويزي بيش از عرض باند[13] را تشعشع ميکند که باعث اختلال در گيرنده، مخصوصا در باند پايين ميگردد.

از شکل 2-7 (د)اينگونه به نظر مي آيد که وقتي جزء پاييني يک گوشي، دور از لولا قرار مي گيرد، اين موقعيت خيلي شبيه به يک نمونه آنتن مارپيچي [14] کوچک خارجی در يک گوشي تاشو است.

 

ج)منتها اليه پايين بدنه اصلي گوشي: اين موقعيت به طور کلي از پوشش بوسيله دست زمانيکه گوشي براي مکالمات تلفني باز است محفوظ مي ماند.

مزاياي ديگر اين موقعت مکاني عبارت است از:

  • آنتن از لولا بر روي بورد (FPCB) بطور مطلوبي جداست.
  • آنتن مجبور نيست فضا را با بلندگوها تقسيم کند.
  • آنتني که در منتهااليه گوشي قرار گرفته باشد در هر دو حالت باز يا بسته بودن درب، داراي امپدانس مشخصه قابل کنترل تري ميباشد.

 

شکل 2-8  انواع موقعیت آنتن روی گوشی های کشویی

 

گوشي هاي تاشو: پيکربندي موقعيت آنتن در اين گوشي ها بطور نمونه در شکل 2-8  نشان داده شده است. شکل تاشو گوشي  نسبتا غير معمول است، بنابراين طراحي آن مي تواند تعميم يا زيرمجموعه اي از گوشي هاي ميله اي و دردار باشد. عناصر لايه پاييني در گوشي تاشو معمولا صفحه کليد و المانهاي RF مي باشند، در حالي که لايه بالايي بطور معمول داراي صفحه نمايشگر و دوربين است. آنتن در اين گونه گوشي ها به دو صورت جايگذاري مي شوند:

 

الف ) منتها اليه بالاي لايه زيرين زير نمايشگر، زمانيکه گوشي بسته است

اين رايجترين موقعيت است. صفحه زمين در اين گوشي ها معمولا تا بالاي گوشي ادامه مي يابد، محدوديت امتداد صفحه زمين [15] اينست که ميدانهاي محلي آنتن با تجهيزات لايه بالايي گوشي، زمانيکه بسته است فعل و انفعالاتي ميکند. برهکمنش با بلندگوهاي صدا محدود است زيرا معمولا در لايه بالايي جا داده ميشود. گوشي هاي تاشو تنها زماني مي توانند نازک ساخته شوند که هر دو لايه، نازک باشند. بنابراين هميشه سختيهاي زيادي براي ساختن گوشي هاي نازک سر راهمان وجود دارد. يک آنتن که در انتهاي پايين لایه بالایی قرار مي گيرد، باعث ايجاد تفاوت شديد در امپدانس ورودي آنتن در دو حالت باز و بسته ميگردد.

 

ب ) منتهااليه پايين لايه زيرين- (زير صفحه کليد)

گر چه اين حالت کمتر رايج است اما يک ويژگي که دارد اينست که آنتن در هر دو حالت باز و بسته بودن گوشي در منتهااليه آن جاي مي گيرد. همچنين آنتن در يک محوطه نويز – پايين گوشي، بخوبي از نويز پتانسيلي دوربين و نمايشگر جدا ميشود. که اين به شدت در بهبود پارامترهاي آنتن تاثير دارد.

 

2-7) حجم آنتن

يک رابطه اجتناب ناپذير ما بين حجم فيزيکي آنتن و پهناي باند وجود دارد که بايد در نظر گرفته شود. اين رابطه ممکن است در دو روش به چشم بخورد:

  • براي حجم يک آنتن مفروض يک طول شاسي مي نيممي وجود دارد که براي يک پهناي باند مشخص ضروري ميباشد.
  • براي يک طول شاسي مفروض يک حجم آنتن مشخصي وجود دارد که مي تواند پهناي باند مورد نياز را تامين کند (بسازد).

گوشي هايي که هر دو ويژگي کوچکي طول و حجم قابل دسترسي کم را دارا مي باشند يک سري مشکلات ويژه اي براي نبوغ طراح آنتن به همراه مي آورد:

زماني که طراحي صنعتي ID[16] معين شده است، ماکزيمم بازدهي که مي تواند بدست آيد نيز معين ميشود. طراحي مدار و آنتنهايي که بهينه سازي کمي روي آنها انجام شده باشد منجر به بدست آوردن بازده کمتر نيز مي شوند. در حالي که با طراحي صنعتي (ID) اين مقدار ماکزيمم بدست آمده بود. رابطه ميان ابعاد و پهناي باند براي تلفنهاي ميله اي در شکل 2-9 تا 2-11 نشان داده شده اند]7 [

1-  استانداردهایی که با استفاده از بهترین وسایل اندازه گیری موجود در یک موقعیت مشخص که اندازه گیری در آن انجام شده بدست آمده باشد.

جهت دریافت و خرید متن کامل پایان نامه و تحقیق و مقاله مربوطه بر روی گزینه خرید که در بالای صفحه قرار دارد کلیک نمایید و پس از وارد کردن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت هایی عضو شتاب قابل پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت انلاین به صورت خودکار لینک دانلود مربوطه فعال گردیده که قادر به دانلود فایل کامل ان می باشد

پاسخ دهید