طراحي آنتن فراپهن باند با رويكرد بهينه سازي بهره آنتن

UWB Antenna Design Based on Gain Optimization

در مقاله ارايه شده، ما به طراحي و بهينه‌سازي آنتن فراپهن باند در گستره فركانسي 300 تا 3000 مگاهرتز پرداخته‌ايم. رويكرد ما براي طراحي، ارايه آنتن فراپهن باندي در اين گستره فركانسي مي‌باشد كه اولا داراي تطبيق امپدانس مناسبي در گستره فركانسي ذكر شده باشد و ثانيا در گستره فركانسي 900 تا 2200 مگاهرتز بهره آن بر روي محور و زواياي مجاور آن يكنواخت شود. دليل نياز به يكنواختي بهره در اين گستره فركانسي به اين خاطر است كه پالس تشعشعي توسط اين آنتن بيشترين توان خود را در اين بازه فركانسي ارسال خواهد داشت و يكنواختي بهره در اين بازه فركانسي متضمن يكنواختي دامنه پالس ارسالي خواهد شد. تحليل و شبيه‌سازي آنتن را با بكارگيري نرم افزار CST به انجام رسانده و بازخوردهاي هر بار تحليل را به بخش بهينه‌سازي-كه كد نويسي آن بوسيله نرم افزار Matlab به انجام رسيده است- اعمال مي‌كنيم. ساختار فيزيكي اين آنتن تقريبا مانند آنتن V شكل با بازوهاي صفحه‌اي مي‌باشد كه شيب هر يك از بازوهاي اين آنتن بصورت متقارن و بفرم قطعه قطعه شده داراي مقادير مختلفي است. پس از هر بار تحليل آنتن، شيب‌هاي هر يك از اين قسمت‌ها طي يك فرايند بهينه‌سازي با بكارگيري روش گراديان با رويكرد جستجوي مستقيم به فرمي تعيين خواهد شد كه هم تطبيق امپدانس مناسبي داشته باشيم و هم مقدار بهره آنتن بر روي محور آنتن به عنوان شاخص اصلي طراحي، در گستره فركانسي 900 تا 2200 مگاهرتز تاحد امكان يكنواخت گردد.

In the present paper an ultra-wide band antenna in frequency range of 300-3000 MHz is designed and optimized. The main approach adopted here is the optimization of UWB antenna based on: good impedance matching in frequency range of 300-3000 MHz and good gain flatness in frequency range of 900-2200 MHz for antenna boresigth and neighbor angles. Main reason of gain flatness requirement in these frequency is that this restrict is guaranteed the pulse handling of antenna, without pulse distort in these frequency range that the main power of our pulse generator is in these frequency range. The analysis of antenna is done through finite difference time domain method with simulation at CST Microwave studio and the optimization of antenna is done with direct search gradient method. Physically the antenna resembles a V shape with symmetric arms whose parts slope is different. After analyzing of antenna in each step, with applying gradient optimization method, the slope of each part of antenna arms is calculated. The optimization is based on variation of slope of antenna arm so provided for us the good impedance matching in frequency range of 300-3000 MHz and good gain flatness if frequency ranges of 900-2200 MHz Also in connection of antenna input to the pulse generator we use the balun that fabricated from coax cable, for good feeding of balanced input of antenna from unbalance output of coax cable.