Skip to main content
SUPERVISOR
Zaker hossein Firoozeh,Abolghasem Zeidaabadi Nezhad
ذاکرحسین فیروزه (استاد مشاور) ابوالقاسم زیدابادی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amin Chapari
امین چپری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Analysis of Microstrip Antennas with Monopole-like Radiation Pattern
Monopole antennas are widely used in communication systems since they can provide omni-directional radiation pattern in the horizontal plane with vertical polarization. However, the profile of the conventional monopole antenna is about 1/4 of the wavelength in the resonant frequency of the antenna which is too large for some communication systems like airplane and satellite communication systems. In these systems, it is desired to replace the monopole antenna with a low profile antenna. Meanwhile, microstrip antennas have been extensively used in communication systems because of their advantages such as low profile, low weight, planar structure, easy fabrication, and so on. Therefore, it is expected to consider the inherently low profile microstrip antenna as a candidate for replacing the monopole antenna. However, the conventional microstrip antenna provides a radiation pattern with maximum near to the zero elevtion angles in its eigenmode while the monopole antenna radiates endfire pattern with maximum near to zero azimuth angles. It has been known that the circular microstrip antenna can radiate monopole-like radiation pattern in TM 0m modes. However, these are higher order modes and the size of antenna must be large enough to stimulate these modes. One way to overcome this issue is to load the microstrip antenna with one or multiple shorting pins. It has been shown that Shorted Pins Circular Microstrip Antenna (SPCMA) can provide monopole-like radiation pattern in the fundamental mode. However, no comprehensive analytical model for the SPCMA has been presented yet. In this thesis, an analytical approach to analyze SPCMAs is proposed. The method is based on the cavity model in cunjuction with image and scattering theorems. It is shown numerically and experimentaly that the method can accurately analyze the circular microstrip antenna loading with a number of shorting pins. Some of the SPCMA with monopole-like radiation pattern are investigated by the method. The resonant frequency, electromagnetic fields, radiation pattern, and input impedance of these antennas are developed as analytical expressions based on the model. Some of the analytical results are compared with the experimental results to confirm the analytical approach. The approach may also be used to analyze other shorting pins microstarip antennas as well.
آنتن‌‌های تک‌قطبی کاربرد وسیعی در سیستم‌های مخابراتی دارند چرا که این دسته آنتن‌ها قادر به ایجاد الگوی همه‌جهته با قطبش عمودی هستند. اما رخنمون آنتن تک‌قطبی مرسوم در حدود یک‌چهارم طول موج در فرکانس تشدید است که این رخنمون برای برخی از وسایل و سیستم‌‌های مخابراتی که فضای کمی برای جاسازی آنتن دارند، خیلی بزرگ است. در برخی از این سیستمهای مخابراتی مانند ماهواره‌‌ها، سفینه‌های فضایی و هواپیماهای بدون سرنشین تلاش می‌شود تا از یک آنتن جایگزین با رخنمون باریکتر استفاده شود. از طرفی، در طی دهه‌های اخیر آنتن‌های ریزنوار جایگاه ویژه‌ای در سیستمهای مخابراتی پیدا کرده‌اند. مشخصات مناسب این آنتن‌ها مانند هزینه ساخت کم، وزن و حجم کم، نصب آسان، رخنمون باریک، مسطح بودن و غیره باعث مقبولیت بیش از پیش این آنتن‌ها شده است. به خاطر این ویژگی‌‌های مناسب انتظار می‌رود آنتن‌های ریزنوار گزینه اصلی جایگزینی تعداد زیادی آنتن‌‌های دیگر از جمله آنتن تک‌قطبی ربع طول موج وخانواده آن باشند. لذا یکی از گزینه‌های اصلی برای جایگزینی تک‌قطبی آنتن ریزنوار است که ذاتاً رخنمون باریکی دارد. اما آنتن‌های ریزنوار عموما دارای الگویی با حداکثر تشعشع در زوایای ارتفاع نزدیک صفر هستند، حال آنکه آنتن تک‌قطبی ربع طول موج دارای الگوی تشعشعی با حداکثر تشعشع در زوایای سمت صفر و پلاریزاسیون عمودی است. با توجه به تحقیقات انجام شده، آنتن ریزنوار دایروی به شرط آن که در مدهای TM 0m که نسبت به ?متقارن هستند، تحریک شود قادر به ایجاد الگوی تک‌قطبی گونه است. البته این مدها جزء مدهای مرتبه بالا هستند و برای تحریک این مد باید ابعاد آنتن ریزنوار برای ایجاد مدهای بالاتر بزرگتر از حد معمول باشد. استفاده از اتصال کوتاه برای اتصال بخشی از وصله آنتن به زمین راه حلی برای ایجاد الگوی تک‌قطبی گونه است. این اتصال کوتاه باعث ایجاد فرکانس تشدید مدی شده که قادر به تولید الگوی تک‌قطبی‌گونه در مد اصلی است. این روش تشعشع الگوی تک‌قطبی‌گونه از آنتن ریزنوار، در مقالات و پژوهش‌‌های زیادی استفاده شده است. با توجه به آنکه آنتن ریزنوار بارگذاری شده با رساناهای اتصال کوتاه‌کننده مولد الگوی مورد نظر در مد اصلی هستند و تحلیل کاملی نیز برای آن‌ها وجود ندارد، در این رساله سعی شده است تحلیل مناسبی برای آنتن ریزنوار دایروی تولیدکننده الگوی تک‌قطبی‌گونه بارگذاری شده با رساناهای اتصال کوتاه‌کننده ارائه شود. البته با توجه به کاربرد‌های دیگر رساناهای اتصال کوتاه‌کننده، می‌توان از نتایج تحلیل‌ها برای طراحی و بهینه‌سازی دیگر آنتن‌ها نیز استفاده نمود. در ادامه چندین آنتن ریزنوار دایروی با الگوی تشعشعی تک‌قطبی گونه به کمک روش ارائه شده تحلیل و ساخته شده‌اند. پارامترهای مهم هر یک از آنتن‌‌های مذکور مانند میدان‌های الکترومغناطیسی درون آنتن، الگوی تشعشعی، امپدانس ورودی و افت برگشتی به صورت عبارت‌های تحلیلی بیان شده و نتایج تحلیلی و اندازه گیری با هم مقایسه شده‌اند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی