CC BY
10INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
LOGOPERIODLI DIPOL ANTENNA MODELINING PARAMETRLARINI CST
STUDIO MUHITIDA TAHLIL QILISH Mirzoqulov H.B.1, Olmasov A.A.2, Usmonov J.A.1, Haydarov Sh.J.1
1Muhammad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent axborot texnologiyalari universiteti Samarqand
filiali, Samarqand, O'zbekiston 2 "EMMM" DUK Samarqand viloyati Elektromagnit moslashuv xizmati, Samarqand,
O'zbekiston https://doi.org/10.5281/zenodo.7856728
Abstract. This paper shows the scheme of operation, the features of one of the antennas widely used in wireless networks-the logoperiodic dipole antenna. The antenna consists of two components located on both sides of the dielectric layer according to the established rule, and their elements together form dipoles. In the CST studio environment, the antenna efficiency is analyzed and output based on parameters such as the antenna parameter S11, the radiation pattern.
Keywords: logoperiodic antenna, electromagnetic wave, radiation pattern, dipole.
Antenna lotin tilidan olingan bo'lib, nur degan ma'noni bildiradi. Umumiy olib qaralganda antenna - radio to'lqinlarni uzatish yoki qabul qilish uchun mo'ljallangan qurilmadir [1].
Antenna qurilmalarining rivojlanish tarixiga to'xtaladigan bo'lsak, biz uni alohida davrlarga ajratishimiz mumkin. Ularning har biri radiotexnika, shu jumladan antenna texnologiyasini rivojlantirishda ba'zi asosiy yo'nalishlar bilan tavsiflanadi.
Karlsrueda 1877-yilda nemis fizigi G.Gerts ingliz fizigi J.Maksvell tomonidan taklif qilingan radioto'lqinlarning tarqalish nazariyasini sinab ko'rish uchun klassik tajribalar o'tkazdi. Uning tajribalarida uzatuvchi antenna uchida (o'tkazgich) sig'imli yukga ega bo'lgan tekis sim, qabul qiluvchi antenna esa kvadrat simli halqa bo'lgan.
Antennalarni turli mezonlarga ko'ra tasniflash mumkin. Shakli bo'yicha, qutblanish turiga ko'ra gorizontal, vertikal yoki aylanaviy polarizatsiyaga ega antennalarga, chastota diapazonining kengligi bo'yicha tor va keng polosali, chastota xususiyatlariga ko'ra rezonans va aperiodik, nurlanishning yo'nalishi bo'yicha yo'naltirilgan va yo'naltirilmagan turlariga bo'linishi mumkin.
Logoperiodli antenna (LPA) - logarifmik davriy antenna sifatida ishlatiladigan, keng chastota diapazonida ishlash uchun mo'ljallangan ko'p elementli, yo'naltiril gan antennadir. U 1952 yilda Jon Danlavi tomonidan ixtiro qilingan [2].
Logoperiodli antennaning eng keng tarqalgan shakli logarifmik davriy dipol massivi yoki logoperiodli dipolli antenna (LPDA) hisoblanadi. LPDA turli xil uzunlikdagi bir qator yarim to'lqinli dipol elementlaridan iborat bo'lib, ularning har biri, bir juft metall tayoqchalardan iborat. Dipollar o'zgaruvchan fazali elektr uzatish liniyasiga parallel ravishda ulangan chiziqda bir -biriga yaqin o'rnatiladi.
LPDA antennalari Yagi-Uda antennalariga biroz o'xshaydi, chunki ular ikkalasi ham tayanch sterjen bo'ylab chiziqqa o'rnatilgan dipol elementlaridan iborat, ammo ular turlicha tamoyilga asosan ishlaydi. Yagi-Uda antennasiga elementlarni qo'shish uning yo'nalishini yoki kuchaytirish koeffisientini oshiradi, LPDAga elementlarni qo'shish esa chastota xarakteristikasini yoki o'tkazish polosasi kengligini oshiradi [2].
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
LPDA odatda bir qator yarim to'lqinli dipol "elementlar" dan iborat bo'lib, ularning har biri antennaning tayanch to'sinli o'qi bo'ylab joylashgan bir juft metall novdalar (elementlar)dan iborat. Elementlar chastotaning logarifmik funksiyasiga muvofiq joylashadi. Ketma-ket elementlar uzunligi L o'q bo'ylab kamayadi. Dipol elementlari orasidagi masofa R parametr sifatida qabul qilingan. Dipollar uzunligi L va ular orasidagi masofa R bu logoperiodli antennaning asosiy parametrlari hisoblanadi.
Har bir dipol element o'z uzunligidan taxminan ikki barobar katta to'lqin uzunligiga teng to'lqinni shakllantiradi. Antennaning polasa kengligi, uning maksimal quvvatga ega bo'lgan chastota diapazoni, taxminan, eng uzun va eng qisqa elementning rezonans chastotalari orasidadir.
LPDA antennasidagi har bir element keying elementlarga bog'liq, ammo alohida ahamiyatga ega element (dipol) hisoblanib, fiderga elektr liniya orqali bog'langan. Uzatish liniyasining simi parallel ravishda, markaziy sterjen bo'ylab o'tadi va har bir keyingi element unga qarama-qarshi fazada ulanadi. Uzatish liniyasi ko'pincha elementlarni ushlab turgan novda bo'ylab zigzag shaklda ulanadi. LPD antennaning yana bir keng tarqalgan yaratish usullaridan biri bu ikkita parallel markazni qo'llab-quvvatlovchi novdalardan foydalanish, ular ham uzatish liniyasi vazifasini bajaradi va dipollarni muqobil sterjenlarga joylashtiradi. LPDA antennalarining dizaynning boshqa shakllari dipollarni uzatish liniyasining o'zi bilan almashtirib, logarifmik davriy zig-zag antennasini hosil qiladi. Bundan tashqari uzatish simini faol element sifatida ishlatib yasaladigan boshqa ko'plab shakllar ham mavjud.
Yagi va LPDAlarning dizaynlari bir qarashda bir-biriga juda o'xshashdir, chunki ularning ikkalasi ham tayanch novdasi bo'ylab o'rnatilgan bir qator dipol elementlardan iborat. Biroq, Yagi faqat uzatish liniyasiga ulangan bitta izdosh (bosh) dipolga ega, odatda bu massivning orqa qismidan ikkinchisi, qolgan elementlari parazit elementlar hisoblanadi. Yagi antennasi LPDA dan juda tor o'tkazish kengligi bilan farq qiladi. Yagi va LPDA dizaynlari bir qarashda juda o'xshash ko'rinadi, chunki ularning ikkalasi ham tayanch novda bo'ylab o'rnatilgan bir qator dipol elementlardan iborat [3].
Shuni qat'iy ta'kidlash kerakki, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers -Elektrotexnika va elektronika muhandislari instituti) tomonidan aniqlangan logoperiodli to'lqin shakli antennalar uchun keng polosali xususiyatga mos kelmaydi. Logoperiodli antennalarning keng polosaliligi ularning o'ziga o'xshashligidan kelib chiqadi.
Antenna qurilmasining modelini yaratish va uning parametrlarini tahlil qilish bo'yicha juda ko'p dasturiy vositalar mavjud, masalan ANSYS HFSS, FEKO, Matlab Simlink, CST Studio Suite
« 2
1-rasm. Logoperiodli antennaning umumiy ko'rinishi
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
va boshqalar. Ushbu dasturiy vositalarning har birining o'ziga xos hususiyatlari va imkoniyatl ari mavjud.
HFSS (High-Frequency Structural Simulator) [4] elektromagnit to'lqinlar bilan bog'liq jarayonlarni modellashtirish uchun keng qo'llaniladigan dastur bo'lib, murakkab elektromagnit tuzilmalarni, shu jumladan antennalarni modellashtirish va simulyatsiyasini amalga oshira oladi. Maksvell tenglamalarini yechish uchun chekli elementlar usulidan foydalanadi, bu esa turli xil antenna dizaynlarini aniq tahlil qilish imkonini beradi.
CST Microwave Studio [5] yana bir mashhur antenna qurilmalarini modellashtirish dasturidir. U elektromagnit maydonlarni modellashtirish uchun cheklangan integratsiya usuliga asoslangan vaqt domenini hal qiluvchidan foydalanadi. CST Microwave Studio o'zining qulay interfeysi va murakkab geometriyalarni modellashtirish qobiliyatiga ega. Biroq, ba'zi hollarda u HFSS ga qaraganda kamroq aniqlikga ega.
(a) (b)
3-rasm. Loyihalanayotgan LPDA antennaning modeli. (a) old qismi, (b) orqa tomoni.
Antenna qurilmalarini modellashtirish uchun ishlatiladigan yana bir dasturiy vosita bu FEKO [6] dasturidir, keng qamrovli elektromagnit maydon simulyatsiyasi dasturiy ta'minot to'plami bo'lib, u turli elektromagnit muammolar uchun bir nechta hal qiluvchilarni o'z ichiga oladi. U antennalarni, antenna massivlarini va boshqa elektromagnit tuzilmalarni turli usullar, jumladan, chekli elementlar usuli va moment usuli yordamida modellashtirishi mumkin. FEKO o'zining ko'p qirraliligi bilan mashhur va turli xil antenna dizaynlarini bajara oladi.
Biz ushbu ishda ko'rib chiqilayotgan antenna qurilmasining modelini yaratishda aynan CST Microwave studio dasturidan foydalanganmiz, sababi yaratilayotgan antenna modeli geometric shakli murakkab bo'lib elementlar soni ko'p bunda ushbu dasturdan foydalanish nisbatan oson bo'ladi.
Ushbu ilmiy tadqiqot ishi doirasida ishlab chiqilayotgan antenna 2 qavatli dipollar to'plamidan iborat bo'lib ularning biri ikkinchisini to'ldiradi, ushbu qatlamlar o'zaro bir-biridan
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
dielektrik qatlam bilan ajratilgan. Ularning aloqasi koaksial kabelli fider qurilmasi bilan ta'minlanadi va u antenna markazidan o'tkazilgan.
-10-,
-15
m
T3
-20
-25-
-30-
-35
-40
Chastota (GHz)
4-rasm. Loyihalangan antennaning aks ettirish koeffitsienti parametrining chastotadan
bog'liqlik grafigi.
(a)
0
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
(b)
5-rasm. Loyihalangan antennaning yo'nalish diagrammasi.
Olingan natijalar asosida shuni takidlab o'tish kerakki antenna logoperiodli dipolli antennalarga xos keng polasali antenna bo'lgan. 500 MGsdan 4 GGsgacha bo'lgan chastotalarda antennaning yaxshi natijalarini ko'rish mumkin (4-rasm).
Modellashtirish va simulyatsiya jarayonida olingan yo'nalish diagrammasidan ham ko'rish mumkinki 1 GGs chastotada ham (5(a)-rasm), 2 GGs chastotada ham (5(b)-rasm) ishlash burchagi va signal sathi deyarli bir xil qiymatga ega.
CST Studio Suite dasturi yordamida modellashtirilgan LPDA antenna ixcham o'lchamlarga ega va keng polosa chastotasida samarali ishlash imkoniyatiga ega, uning bu qobiliyatini radiochastotani monitoring qilish sohasida keng qo'llash mumkin. Antenna 0.4^4.5 GGs chastota oralig'ida yaxshi natija ko'rsatdi va uni shu chastota diapozonida qo'llash bo'yicha tavsiyalar bergan holda yasash mumkin.
REFERENCES
1. Карл Ротхаммель, Антенны. Том 1. Москва: Данвель, 2007, 416 стр. ISBN: 5-85648-715-X.
2. Gheethan, A. A. and D. E. Anagnostou, "Reduced size planar log-periodic dipole arrays using rectangular meander line elements," IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 1-4, 2008.
3. Feng, C. and Q. Jian, "A novel infinite balun used in folded dipole," IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, Vol. 1, 547-548, 1990.
4. Al-Tumah, Wa'Il & Tahir, Akeel & Shaaban, Raed & Malallah, Ra'ed. (2020). High Frequency Structure Simulator HFSS-Software. doi:10.13140/RG.2.2.3 0775.68000.
5. Trachanas, Emmanouil & Bignami, A & Gazis, Nikolaos & Jones, B & Zeng, R & Fikioris, G & Gazis, E & Kladas, A. (2022). ESS RFQ Electromagnetic Simulations Using CST Studio Suite. doi:10.18429/JACoW-IPAC2022-WEPOMS049.
6. Mujawar, Mehaboob & Thangavel, Gunasekaran & Rashid, Aiyas. (2021). Design and Analysis of X Band Pyramidal Horn Antenna using FEKO. 1-4. 10.1109/ICAECT49130.2021.9392523.
7. Casula, Giovanni & Maxia, Paolo & Mazzarella, Giuseppe & Montisci, Giorgio. (2013). Design of a printed log-periodic dipole array for ultra-wideband applications. Progress In Electromagnetics Research C. 38. 15-26. doi:10.2528/PIERC13012704.
