Skip to main content
SUPERVISOR
Abolghasem Zeidaabadi Nezhad,Amir Borji
ابوالقاسم زیدابادی نژاد (استاد مشاور) امیر برجی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ahmad Bakhtafrooz
احمد بخت افروز

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Design, simulation and sensitivity analysis of slot array antennas on substrate integrated waveguides
Compact antennas with high radiation efficiency have found numerous applications in wireless and satellite communication systems in recent years. Among planar antenna structures, waveguide slot arrays have received considerable attention because of their high aperture efficiency, low cross polarization and low side lobe levels. At high frequencies, fabrication of these antennas is very expensive due to highly accurate milling machines that are required. Furthermore, because of using conventional rectangular waveguides, these antennas are bulky and are not suitable for integration with printed microwave circuits. A rectangular waveguide can be implemented within the printed circuit board substrate by drilling two periodic arrays of metalized via holes between two ground planes acting as side walls of the waveguide. The resulting device is called Substrate Integrated Waveguide (SIW) and its dominant guided mode is basically a slightly perturbed TE10 mode of the equivalent conventional dielectric filled waveguide. Recently, many waveguide based devices and components have been integrated with planar microwave circuits using this technology. Slot array antennas can also be fabricated using SIW at microwave and millimeter-wave bands using low cost PCB technology. SIW-based slot array antennas that have been reported so far consist of one layer of substrate and are fed from one end through a coplanar feed network that significantly increases the size of the antenna. Furthermore, radiation from microstrip feed lines can severely compromise the low side-lobe level of the antenna array and generate cross polarization. In order to overcome these shortcomings, in this thesis a novel two-layer SIW-based slot array antenna is introduced which employs a feed waveguide integrated within the bottom substrate of the antenna structure while the top substrate layer contains the slotted waveguide arrays. Each branch of the slot array is coupled to the feed waveguide through a slanted slot and the antenna is excited by a microstrip line printed on the back. After describing the design algorithm of slot array antennas, several arrays are designed, simulated, and three of them are also fabricated and measured. Two antennas are designed and simulated at 12.5 and 24GHz demonstrating 31dB and 27dB gain, respectively. Two planar square arrays with 6x6 and 4x4 elements and a linear array of 14 elements, all operating in 60GHz band, are also designed, simula Key Words: Waveguide slot arrays, Substrate integrated waveguide (SIW), Millimeter-wave antenna arrays, Sensitivity analysis
در سال های اخیر با گسترش روزافزون کاربرد شبکه های بی سیم و مخابرات ماهواره ای توجه ویژه ای به آنتن هایی با وزن و حجم کم و بازدهی تشعشعی بالا شده است. آنتن های آرایه شکافی موجبری به دلیل ساختار مسطح، حجم کم و سطح گلبرگ های کناری پایین از آنتن های مورد توجه در این بخش می باشند که طراحی آن ها مستلزم پیاده سازی الگوریتم نسبتأ پیچیده ای می باشد. از سوی دیگر ساخت این آنتن ها در فرکانس های بالا به علت نیاز به تراشکاری های بسیار دقیق مستلزم هزینه های بسیار زیادی بوده و محصول نهایی نیز به دلیل استفاده از موجبرهای معمولی نسبتا حجیم و سنگین است. در سال های اخیر توجه به مجتمع سازی مدارهای مایکروویو باعث پیشرفت فن آوری هایی برای پیاده سازی موجبر در میکرواستریپ شده است. یکی از مهمترین این روش ها موجبر مجتمع درون زیرلایه (SIW) می باشد که از دو ردیف استوانه اتصال کوتاه در داخل عایق فیبر مدار چاپی به عنوان دیوارهای موجبـر استفـاده می کند. با استفـاده از SIW امکان ساخت آرایه های شکافی در فرکانس های بالا با استفاده از تکنولوژی رایج در ساخت مدارهای چاپی و هـزینه ای بسیـار کمتر از قبل فراهم شده است . آنتن های آرایه شکافی که تاکنون با این روش ساخته شده اند همگی با خطوط جداگانه (برای هر موجبر یک خط) و از دهانه ورودی موجبر تغذیه می شوند که باعث افزایش قابل توجهی در حجم آنتن و نیز افزایش تلفات در شبکه تغذیه می شود. از سوی دیگر به دلیل تشعشع خطوط تغذیه، سطح گلبرگ های کناری افزایش می یابد و نماد تشعشعی آنتن کمی خراب می شود. در این پروژه برای اولین بار این آنتن ها به صورت دولایه (تغذیه از زیر) طراحی می شوند که معایب فوق را تا حد بسیار زیادی کاهش می دهد. در این تحقیق به پیاده سازی الگوریتم طراحی آنتن های شکافی پرداخته و دو آنتن در فرکانس های 5/12 و 24 گیگاهرتز به ترتیب با بهره 31 و 27 دسیبل طراحی و شبیه سازی می شوند . این آنتن ها جایگزین بسیار مناسبی برای آنتن های بشقابی ماهواره و دیگر کاربردهای مخابراتی نظیر رادیوهای FWA هستند که دارای حجم و وزن بسیار کمی می باشند. سپس با توجه به اقبال بسیار زیاد به باند 60 گیگاهرتز در چند سال اخیر و کاربرد روزافزون امواج میلیمتری در رادار و شبکه های بی سیم کوتاه برد، دو آرایه مسطح و یک آرایه خطی به ترتیب با بهره های 21، 18 و 14 دسیبل طراحی و ساخته می شوند. ساخت این آنتن ها با حمایت مالی دکتر صفی الدین صفوی نائینی از گروه آنتن و مایکروویو دانشگاه واترلوی کانادا انجام شده و ساخت آنها در شرکت Polyflon و اندازه گیری ها توسط شرکت BTP systems انجام گرفته است. در بخش انتهایی این تحقیق به آنالیز حساسیت آنتن های شکافی پرداخته شده کلمات کلیدی : 1- آنتن های آرایه شکافی موجبری 2- موجبر مجتمع در مدار چاپی 3- باند امواج میلیمتری 4- مخابرات بی سیم 5- آنالیز حساسیت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی