موجبر مستطیلی کنگره های دی الکتریک موج های پسرو

موجبر مستطیلی کنگره های دی الکتریک موج های پسرو – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه برق – الکترونیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

موجبر مستطیلی با کنگره های دی الکتریک و با قابلیت پشتیبانی از موج های پسرو

چکیده

در این مطالعه کاربرد جدید موجبرهای کنگره دار با ساختارهای موجبر فراماده چپ گرد (LH) مورد بررسی قرار گرفته است. این موجبر زیر فرکانس قطع مود غالب عمل می نماید، بگونه ای که موجبر دارای یک اندوکتانس شنت ذاتی می باشد. کنگره های دی الکتریک / عایق به منظور فراهم آوردن ظرفیت خازنی سری مورد استفاده قرار می گیرند، که همراه با اندوکتانس شنت، قابلیت ایجاد محیط ضروری جهت پشتیبانی از موج های پسرو را نیز خواهند داشت. بر این مبنا، یک مدل مدار ـ معادل ساده ساخته شده است که قابلیت کاملاً دقیقی در ارتباط با تعیین پاشندگی، و همچنین مشخصه های پراکندگی این ساختار را دارد. رویه های تصدیقی آزمایشی در خصوص بروز موج های پسرو در موجبر کنگره دار ارائه می شوند. بر این مبنا توافق بسیار خوبی بین نتایج حاصله با استفاده از مدل مدار ـ معادل و راه حل تفاضل محدود حوزه زمانی حاصل آمده است. تأثیر پارامتر طراحی مختلف پهنای باند انتشار LH نیز مورد بررسی قرار گرفته است. مزیت ها و کاربردهای احتمالی این ساختار مورد مطالعه قرار می گیرد.

کلمات کلیدی: موجبر کنگره دار، خطوط انتقال فراماده، روش های ممان، ساختار تناوبی

موجبر مستطیلی کنگره های دی الکتریک موج های پسرو

۱- مقدمه

با توجه به افزایش علاقه به خطوط انتقال فرا ماده (TLs) [1] ـ [۴] که معرف شکست / انکسار منفی حاصل آمده به وسیله انتشار چپ گرد (LH) می باشد [۵] یا [۱۱]، غالب نظرات معطوف به ساختارهای موجبری شده است که قابلیت ارائه یک رفتار مشابه را داشته باشند [۱۲] ـ [۱۵]. این نوع از ساختارها دارای مزیت های نزدیکی و بنابراین اتلاف اندک تابشی می باشند و از هیچ گونه تأثیرات خارجی نیز در رنج نمی باشند. در مرجع [۱۳]، یک موجبر LH از طریق درج تشدیدگرهای شکاف دار در امتداد مسیر انتشار در موجبر مستطیلی متعارف حاصل آمد. بر حسب مدل مدار ـ معادل TL، دلیل استفاده از این ویژگی حاصل آوردن ظرفیت خازنی سری و اندوکتانس شنت به صورت همزمان در محدوده فرکانسی می باشد که در آن انتشار LH به صورت مطلوب حاصل می آید.

در این مقاله، ظرفیت خازنی سری از طریق ارائه کنگره های عرضی دی الکتریک / عایق برای یک دیواره گسترده موجبر، همانگونه که در هندسه ارائه شده در شکل ۱ مشخص شده است، حاصل می شود. موجبرهای کنگره دار به طور متعارف با آنتن های شیپوری کنگره دار [۱۶] جهت پشتیبانی از مودهای هیبریدی یا ترکیبی که قابلیت ارتقای مشخصه های تابشی را داشته اند بکار گرفته شده اند. با این وجود، با انتخاب مناسب پارامترهای کنگره، از آنها می توان به عنوان سطح امیتانس خازنی نیز استفاده کرد. کاربرد موجبر زیر فرکانس قطع، که در آن یک اندوکتانس شنت ذاتی نیز حاصل می شود، آن هم با حضور کنگره های خازنی، سبب ارائه یک محیط مناسب برای پشتیبانی از ویژگی انتشار LH خواهد شد.

در بخش دو، مود مداری سلول واحد، یعنی یک کنگره، با جزئیات آن ارائه می شود. از آنالیز مدار، ثابت انتشار نیز مشخص خواهد شد. نتایج تجربی نشان دهنده قابلیت انتشار LH و امواج مرتبط می باشد که در بخش سه ارائه شده و همراه با نتایج مربوط به پدیده پیش فاز می باشد. تأثیر پارامترهای مختلف بر روی پهنای باند LH نیز در بخش سه عرضه خواهد شد. نتایج حاصله با استفاده از آنالیز مدار با موارد مرتبط با استفاده از روش تفاضل محدود حوزه زمان (FDTD) مقایسه شده که معرف توافق بسیار خوبی می باشد. نتیجه گیری ها و مباحث مرتبط نیز در بخش چهار عرضه خواهند شد.

موجبر مستطیلی کنگره های دی الکتریک موج های پسرو

۲- مدل مدار معادل

پارامترهای فیزیکی و الکتریکی موجبر کنگره دار در شکل ۲ نشان داده شده اند. این موجبر پر شده از هوا می باشد، یعنی m = m₀ و e = e₀ در آن صادق خواهد بود. طول کنگره l_s الزاماً دارای یک گسترش دیوار به دیوار، یعنی l_s £ a، نمی باشد. کنگره ها با موادی پر شده اند که دارای پارامترهای شکل دهنده m_s و e_s بوده و از پهنا، عمق و تناوب w_s، t_s، و p به ترتیب بهره مند هستند. طول موجبر b از سطح مشترک کنگره به جداره دیگر موجبر برآورد می شود.

۳- نتایج

الف. ویژگی های تصدیقی و نتایج تجربی

جهت تصدیق انتشار موج زیر فرکانس قطع، یک نمونه موجبر کنگره دار همانگونه که در شکل ۵ نشان داده شده است مشخص گردید. کنگره ها از طریق انباشتگی قطعات مستطیلی که به صورت لایحه های با فرکانس بالای Rogers کنگره دار گردیده اند (RO3010) و با توجه به ثابت دی الکتریک e_rs = 10.2 و ضخامت w_s= 1.27 مشخص و ساخته شدند. بخش های مستطیلی دارای ابعاد l_s = 17 و t_s = 3.7 می باشند. یک بخش ساخته شده نیز در سطح مقطع موجبر باند ـ X با طول ۸/۸ میلیمتر جهت کاهش پهنا به a = 17 میلیمتر و افزایش فرکانس قطع به f_c = 8.82 GHz درج شد. شکل ۶ نشان دهنده میزان اتلاف برآورد شده با و بدون کنگره ها می باشد. نتایج تجربی با نتایج حاصل آمده با استفاده از نرم افزاری تجاری FDTD مقایسه شدند. موجبر با استفاده از آداپتورهای باند ـ X استاندارد که متصل به آنالیزر شبکه HP8510 بودند تحریک شد.

ب. کنترل پهنای باند و مطالعات پارامتری

تأثیر پارامتر طراحی مختلف بر روی باند انتشار LH و مشخصه های پاشندگی با توجه به ویژگی نشان داده شده در شکل ۸ (الف) مورد مطالعه قرار گرفته اند که با توجه به آن مدار معادل نیز در شکل ۸ (ب) ارائه شده است. دیواره پهن موجبرهای پورت و موجبر کنگره دار به ترتیب ۸۶/۲۲ و ۱۷ میلیمتر اندازه گیری شدند. در مدل مدار معادل، پورت ها بر حسب امپدانس مشخصه Z_p طراحی گردیدند. هر سلول واحد در شکل ۸ (ب) متشکل از مدار شکل ۳ (ب) می باشد. توجه شود که ناپیوستگی در مدل این مدار مدل سازی نشده است.

موجبر مستطیلی کنگره های دی الکتریک موج های پسرو

۴- نتیجه گیری

یک تحلیل مدل مداری برای موجبر مستطیلی با کنگره های دی الکتریک ارائه شده است. نتایج حاصله با استفاده از مدل مدار معادل، از توافق بسیار خوبی با راه حل FDTD تمام موج برخوردار می باشند، که نشان دهنده این موضوع است که چنین ساختاری قابلیت انتشار LH را داشته و با دقت بالایی توان پیش بینی باند فرکانس آن را دارد.

خطوط توپر و بریده معرف بخش های حقیقی و فرضی هستند. منحنی ها بترتیب بصورت    و   و ۲٫۵۴ با علایم (+)، ( ) و ( ) مشخص شده اند.

سادگی تحلیل مرتبط با چنین ساختاری این مورد را به عنوان یک ابزار جذاب برای حاصل آوردن بینش بیشتری در خصوص فیزیک پدیده انتشار LH در ساختارهای موجبری مطرح می سازد، مخصوصاً با توجه به آنکه راه حل مربوط به این نوع از مدل موجبر کنگره دار نیز در دسترس می باشد. احتمال طراحی یک موجبر LH با باند دوگانه از طریق کاربرد کنگره ها با عمق های مختلف بر روی جداره های مخالف یا جایگزینی آن بر روی یک جداره مشخص نیز مدنظر است. به علاوه ذکر این نکته قابل توجه است که ابعاد این موجبر را می توان در عین پشتیبانی از امواج انتشاری LH در حد مینیاتوری حفظ نمود.

یک کاربرد بالقوه قابل توجه برای موجبر RH/LH ترکیبی استفاده از آن در آرایه های آنتن اسلات موجبر می باشد، که در آن قابلیت پویش را می توان از طریق پویش فرکانس در امتداد باندهای گذر RH و LH ارتقا داد. یک مسئله شناخته شده برای آرایه های آنتن موجبر این حقیقت است که طول موج موجبری بزرگتر از طول موج فضای آزاد می باشد. بنابراین، المان های آن با توجه به فاصله بزرگتر از نصف طول موج فضای آزاد (جهت تضمین تحریک هم فاز) به صورت مجزا قلمداد شده، که خود می تواند منجر به پدیدار شدگی لوبهای گریتینگ به هنگام پویش فرکانس شود. در باند LH ، ثابت انتشار را می توان برابر با یا بزرگتر از میزان همتای آن در فضای آزاد و همچنین گرادیان آن با فرکانس بسیار بیشتر حاصل آورد، که اجازه زوایای پویشی بزرگتری با تغییر فرکانس کوچک را خواهد داد. چنین موردی سبب تعدیل نیاز به استفاده از اجزا با پهنای باند الگوی تابشی وسیع می شود چرا که جاروب فرکانس کوچک سبب تغییر زیادی در ثابت انتشار گردیده و بنابراین یک محدوده گسترده ای از تغییر فاز پیشرفته بین المان های آرایه حاصل می شود. اسلات های موجبر را می توان در جداره پهن مقابل با دیواره کنگره دار یا در بخش جداره باریک در مورد موجبر کنگره دار دو دیواره قرار داد.

مطالعات آتی شامل بررسی های عمیق تری در خصوص آنالیز این ساختار تناوبی و درک رفتار مودهای پشتیبان در چنین محیطی می باشد. با وجود آنکه چنین ساختاری ممکن است از نقطه نظر ساخت در مقایسه با دیگر طرح ها مشکل باشد، نظیر تشدید کننده شکاف دار حلقوی و جای دادن آن در موجبر مستطیلی، چنین موردی سبب ارائه قابلیت مناسبی جهت تحلیل ساختارهای دیگری می شود که می توانند تاثیرات مشابه و یکسانی، همانند دو قطبی ها و اسلات های چاپی، اسلب های دی الکتریک با حفره های مربوطه، اسلب های دی الکتریک یا ورقه های دی الکتریک نواری و دو قطبی های چاپی، را از خود نشان دهند.

موجبر مستطیلی کنگره های دی الکتریک موج های پسرو