בעשור האחרון, אנטנות הפועלות במספר תחומי תדרים מאוד שימושיות בתקשורת אלחוטית כגון WIFI, סלולר ובשימושים הצבאיים. על מנת לממש אנטנה כיוונית, הפועלת בשני תחומי תדרים, ניתן להשתמש באנטנת מיקרוסטריפ, מפני שאנטנות אלו קלות משקל, בעלות פרופיל צר, קלות ליצור על מצע שטוח ועקמומי (ניתן להשתמש במעגל מודפס גמיש) [1-2]. באופן כללי, אנטנה Microstrip Patch בנויה ממשטח אדמה מוליך, חומר דיאלקטרי ואלמנט קורן. ניתן להזין את האנטנה הנ”ל בשיטות שונות, לדוגמא ע”י שימוש במחבר קואקסיאלי, בקו מיקרוסטריפ וכו’.
איור 1. מבט מלמעלה על האנטנה Microstrip Patch עם אלמנט קורן עגול, מקדם החזרה
ועקום הקרינה בתדרים שונים
עקום הקרינה הינו אחד הפרמטרים החשובים באנטנות. באנטנת Microstrip Patch, עקום הקרינה נראה שונה בתדרי תהודה שונים. לדוגמא, עבור אלמנט קורן עגול, בקיטוב ליניארי, בתדר התהודה הראשון, מקסימום עקום הקרינה הינו בכיוון הניצב למשטח. לעומת זאת, עבור תדרי תהודה השני והשלישי, מקסימום קרינה אינו בכיוון הניצב למשטח, מתקבל עקום הקרינה מעוות, כפי שניתן לראות באיור 1.
ניתן להשתמש בצורות שונות של אלמנטים קורנים על מנת לשלוט על צורת עקום הקרינה של האנטנה וגם על מנת להקטין ממדים פיסיים של האנטנה, לדוגמא ע”י שימוש באנטנות פרקטליות (Fractal) [3-4] וצורות המבוססות על אורגניזמים ביולוגיים ((Biological – Inspired [5]. באנטנות הנ”ל ניתן לקבל רוחב סרט רחב יותר או מספר תהודות.
בעבודה הזאת, אנו מציעים שימוש באלמנט קורן מיוחד על מנת לקבל אנטנה מתואמת בשני תחומי תדרים ומקסימום קרינה בכיוון הניצב למשטח האנטנה.
כל הסימולציות בוצעו ע”י שימוש בתוכנת ANSYS HFSS במישור התדר, בשיטת חישוב FEM .
אלמנט הקורן נראה בצורת עטלף. הרעיון הוא להשתמש באלמנט הקורן עם יותר מתהודה אחת בגלל צורות גיאומטריות שונות מהן מורכב האלמנט. מפני שהאלמנט הנבחר מכיל בתוכו צורות עם ממדים שונים (ראש, כנפיים, גוף וזנב), לכן ישנו סיכוי טוב שניתן לקבל תיאום אימפדנסים במספר תחומי התדר. האנטנה מתוארת באיור
איור 2. תיאור גאומטרי של אנטנת עטלף
2.
האנטנה מודפסת על מצע דיאלקטרי עם ו-tan(δ)=0.0018 בעובי 1.52mm. האנטנה מוזנת ע”י שימוש במחבר קואקסיאלי.
איור 3. מקדם החזרה, עקומי הקרינה וצפיפות הזרם על אלמנט הקורן עבור
אנטנת עטלף
איור 3 מציג את מקדם ההחזרה, עקומי קרינה וצפיפות זרמים על האלמנט הקורן בשני תדרי תהודה.
ניתן לראות שאנטנה עובדת סביב התדרים המרכזיים 6.65GHz ו-8.53GHz. האנטנה צרת סרט. בשני תחומי העבודה, עקום קרינה נראה כיווני, כאשר מקסימום הכיווניות בכיוון הניצב למשטח האנטנה.
כעת, נתבונן באיור 4, כאשר הורדנו את הזנב מאלמנט הקורן
ניתן לראות מאיור 5, כאשר ישנו שינוי באלמנט הקורן, פילוג הזרמים עלול להשתנות, כפי שקרה במקרה שלנו ולכן עקום הקרינה משתנה ומתעוות בתחום התדרים הגבוהים. בנוסף, תדרי תהודה מוזזים יחסית לאנטנה המקורית עם הזנב.
כאשר מבצעים ניתוח אלקטרומגנטי עבור מבנים מורכבים, כגון האנטנה הנ”ל, חשוב להשתמש בכלי סימולציה כי ללא ניתוח נומרי (או מדידות של עקום הקרינה במתווך האנטנות), לא ניתן לדעת כיצד האנטנה קורנת. יכול להיות מצב שאנטנה מתואמת
עם מקדם החזרה נמוך בתדר הרצוי, אבל עקום הקרינה יהיה מעוות ותהיה פגיעה במערכת התקשורת.
איור 5. מקדם החזרה, עקומי הקרינה וצפיפות הזרם על אלמנט הקורן עבור אנטנת עטלף ללא הזנב
מקורות:
[1] K. Yang, K. Wong, “Dual–band Circularly–Polarized Square Microstrip Antenna“, IEEE Trans. Antennas and Propagation, Vol. 49, 2001, pages 377 – 382.
[2] S.H.S. Esfahlani, A. Tavakoli, P. Dehkhoda, “A Compact Single–Layer Dual–Band Microstrip Antenna for Satellite Applications“, Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE , Vol. 10, 2011 , pages 931 – 934.
[3] J. Eichler, P. Hazdra, M. Capek, T. Korinek, P. Hamouz, “Design of a Dual–Band Orthogonally Polarized L–Probe–Fed Fractal Patch Antenna Using Modal Methods“, Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, Vol. 10, 2011, pages 1389 – 1392.
[4] J. Anguera, E. Martinez–Ortigosa, C. Puente, C. Borja, J. Soler, “Broadband Triple–Frequency Microstrip Patch Radiator Combining a Dual–Band Modified Sierpinski Fractal and a Monoband Antenna“, IEEE Trans. Antennas and Propagation, Vol. 54, 2006, pages 3367 – 3373.
[5] W. Jiang Y. Liu; S. Gong T. Hong, “Application of Bionics in Antenna Radar Cross Section Reduction “, Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, Vol. 8, 2009, pages 1275 – 1278.
הכתבה באדיבות EM Infinity ו-ANSYS. לפרטים נוספים ניתן לפנות לנציגות המקומית של חברות.
