توصيفگر ها :
آنتنهاي آرايهاي , آنتنهاي چند ورودي چند خروجي , آنتنهاي ريزنواري , فرامواد , جفتشدگي متقابل , كاهش جفتشدگي متقابل , فراسطوح
چكيده فارسي :
جفتشدگي متقابل يكي از چالشهاي اساسي در طراحي آنتنهاي آرايهاي، به ويژه در سامانههاي فراپهنباند (UWB) و فناوريهايMIMO است كه ميتواند منجر به كاهش كارايي و ايجاد تداخلهاي ناخواسته شود. در اين پاياننامه، ابتدا مروري جامع بر جفتشدگي متقابل و روشهاي متداول كاهش آن در آنتنهاي آرايهاي و MIMO ارائه شده است. سپس، با تاكيد بر كاربرد فرامواد، طراحي سلولهاي واحد فراماده با بيشينه پهناي باند براي تراوايي (μ) و گذردهي(ε) منفي انجام شد.
آنتن فراپهنباند (UWB) بر اساس مرجع مربوطه معرفي و ابعاد آن بهينهسازي گرديد. به منظور كاهش جفتشدگي متقابل، دو روش متفاوت مبتني بر كاربرد سلولهاي واحد فراماده بررسي شده است. در روش نخست، آرايهاي از سلولهاي فراماده در ارتفاع 4 و 6 ميليمتر بالاي آنتنها قرار گرفت كه اين روش با افزودن ساختار و لايهاي اضافي و محدوديت پهناي باند كاهش جفتشدگي همراه بود و كاهش جفتشدگي متقابل نسبت به روش دوم كمتر بود. در اين روش، بيشترين ميزان كاهش جفتشدگي متقابل به مقدار 34 دسيبل حاصل گرديد.
روش دوم، قرار دادن فرامواد به صورت يك يا دو رديف ستون ميان آنتنها است كه تغيير ساختاري كمتري در ساختار آنتن ايجاد ميكند و موجب افزايش پهناي باند كاهش جفتشدگي متقابل ميگردد. در اين روش، كاهش جفتشدگي متقابل بين 5 تا 40 دسيبل در پهناي باند عملياتي مشاهده شد كه نشاندهنده اثربخشي بالاي اين رويكرد است.
نتايج تجربي و شبيهسازيها نشان ميدهد كه استفاده از فرامواد به ويژه در پيكربندي ميان آنتني، روشي مؤثر و بهينه براي كاهش جفتشدگي متقابل و بهبود عملكرد آنتنهاي آرايهاي فراپهنباند ميباشد. اين دستاوردها، ضمن حفظ ساختار كلي آنتن، بستر مناسبي براي توسعه طراحيهاي آنتني با عملكرد بالاتر در سامانههاي مخابراتي جديد فراهم ميآورد.
چكيده انگليسي :
Mutual coupling is one of the major challenges in the design of array antennas, especially in ultra-wideband (UWB) systems and MIMO technologies, which can lead to reduced performance and the creation of unwanted interferences. In this thesis, a comprehensive review of mutual coupling and common methods for its reduction in array and MIMO antennas is presented. Then, with an emphasis on the application of metamaterials, the design of metamaterial unit cells with maximum negative bandwidth in permeability (μ) and permittivity (ε) parameters is carried out.
The ultra-wideband (UWB) antenna was introduced based on the relevant reference, and its dimensions were optimized. In order to reduce mutual coupling, two different methods based on the use of metamaterial unit cells were investigated. In the first method, an array of metamaterial cells was placed at heights of 4 and 6 millimeters above the antennas. This method involved adding an additional structure and layer, imposed bandwidth limitations on the reduction of mutual coupling, and achieved less mutual coupling reduction compared to the second method.
In the second method, metamaterials are placed as one or two rows of columns between the antennas, which results in less structural modification to the antenna structure and leads to an increased bandwidth for mutual coupling reduction. In this method, a mutual coupling reduction of between 5 to 40 dB was observed within the operational bandwidth, indicating the high effectiveness of this approach. In this method, the maximum reduction of mutual coupling achieved was 34 dB.
Experimental results and simulations demonstrate that the use of metamaterials, particularly in inter-antenna configurations, is an effective and optimal method for reducing mutual coupling and improving the performance of ultra-wideband array antennas. These achievements, while preserving the overall antenna structure, provide a suitable basis for the development of higher-performance antenna designs in new communication systems.