الفهرس 
ABSTRACT
Development in Wireless CommunicationsOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 156 |  |  |
| | | from | 156 | | |
Abstract
شهد مجال الإتصالات الخلوية تغيراً وتطوراً سريعاً فى الأونة الأخيرة، وخاصة بعد أن صرحت لجنة الاتصالات الاتحادية (الفيدرالية) بالولايات المتحدة الأمريكية منذ عام 2002 بالإفراج عن الإستعمال التجارى غير المرخص للنطاق الترددى من 3,1 جيجيا هيرتز إلى 10,6 جيجا هيرتز لإستخدامه فى تطبيقات النطاق الترددى الفائق الإتساع. وأصبح التحدى فى كيفية نقل كمية كبيرة من البيانات فى وقت قصير وبدون أدنى تداخل أو خطأ. ومن هنا بدأ النظر إلى الهوائيات ذات المدى الترددي فائق الإتساع كوسيلة لبث البيانات وأستقبالها وفى كيفية إستخدامها فى تغطية أكبر مدى من الترددات المتاحة للتطبيقات المختلفة. هذه الهوائيات ذات المدى الترددي فائق الإتساع لاقت إهتمام أكثر وأكثر من الأوساط الأكاديمية والصناعية فى جميع أنحاء العالم. فهناك الكثير من التحديات والصعوبات التي تواجه المصمم لهذا النوع من الهوائيات على عكس الهوائي التقليدى ذات المدى الترددي الضيق، حيث ينبغى أن يكون الهوائي ذات المدى الترددي فائق الإتساع قادر على العمل فى مدى عرض النطاق الترددي الفائق الإتساع الذي خصصته لجنة الإتصالات الفيدرالية وبنمط إشعاع إحادى مع تحقيق معامل كسب وكفائة عالية مقبولة. فى نفس الوقت يجب أن يكون حجم الهوائي صغير ومدمج، وذلك حتى يمكن إدماجة داخل أنظمة الإتصالات التى تعمل فى النطاق فائق المدى الترددي.
هناك تحدى رئيسي آخر ومهم يواجه هذا النوع من الهوائيات فائقة المدى الترددي وهو يجب أن يكون الهوائي قادراً على تلاشى التداخل مع النطاقات الترددية المخصصة لبعض الأنظمة الخلوية المعروفة والموجودة فى نطاق عمل الهوائي الفائق المدى الترددي مثل نظام التشغيل البيني في جميع أنحاء العالم من أجل الوصول بالموجات الدقيقة (WiMAX) والذى يشغل النطاق الترددي (3,3 جيجا هيرتز إلى 3,9 جيجا هيرتز) ونظام الشبكات المحلية اللاسلكية (WLAN) والذى يشغل النطاق الترددي (5,15 جيجا هيرتز إلى 5,825 جيجا هيرتز). وهناك طريقتان لتلاشى هذا التداخل: (1) الطريقة الاولى عن طريق إضافة مرشح خارجي كمرحلة ثانية بعد نظام الهوائي يعمل على فلترة هذه الترددات. (2) الطريقة الثانية عن طريق البناء الذاتي لهذا المرشح داخل تصميم الهوائي. وبالطبع الطريقة الثانية هى المفضلة وهي التي تم إستخدامها فى هذه الدراسة.
تهدف هذه الرسالة إلى تصميم ودراسة وتحسين أداء هوائي الرقعة فائـق المدى الترددي وذات ترددات قطع قادرة على حجب أكبر عدد من النطاقات المرفوضة غير المرغوب فيها والتى تشغل تطبيقات مستقره وعالمية. حيث فى البداية تم عمل دراسة كاملة للهوائيات فائقة المدى والمتغيرات والعوامل التى تؤثر على أدائها وتم عرض بعض التصميمات المختلفة التى سبق عملها فى هذا المجال ثم تم تقديم دراسة للحصول على الدائرة الكهربية المكافئة لهذا النوع من الهوائيات ذات ترددات القطع بإستخدام تقنية ملائمة المتجة (Vector Fitting). وبعد هذه الدراسة تم تصميم عدد اثنين هوائي رقعة فائـق المدى الترددي وذات ترددات قطع قادرة على حجب أكبر عدد من النطاقات المرفوضة غير المرغوب فيها كما تم أيضاً الحصول على الدائرة الكهربية المكافئة لكل هوائي.
التصميم الأول هو لهوائى رقعة فائـق المدى الترددي وذات أربعة ترددات قطع قادرة على حجب أربعة أنظمة معروفة غير مرغوب فيها. الهوائي ذات أبعاد 1,5 مم x 30 مم х 30 مم ويستخدم تقنية التغذية عن قرب بخط تغذية ذات أبعاد 3 مم x 18,5 مم. تم إستخدم تقنية حفرالفتحات داخل اللوح الأرضي لحجب أربعة نطاقات غير مرغوب فيها عند الترددات 2,3 جيجا هيرتز، 2,8 جيجا هيرتز، 3,5 جيجا هيرتز و 5,5 جيجا هيرتز لتجنب التداخل مع الشبكات اللاسلكية التي تشغل الحيز الترددى عند هذه الترددات. تم إجراء تحليل وتصميم الهوائي المقترح بإستخدام برنامج محاكاة التصميمات عالية التردد (HFSS). وتم تصنيع الهوائي المقترح واختباره وقد أظهرت النتائج العملية المقاسة إتفاق جيد جداً مع نتائج التى حصل عليها من برنامج المحاكاة. حيث أن الهوائي المقترح حقق مدى ترددي من 1,9 جيجا هيرتز إلى 10,3 جيجا هيرتز مع نمط إشعاع إحادي شامل كل الإتجاهات تقريباً بالإضافة إلى معامل كسب مستقر وكفاءة إشعاع عالية فى النطاق الترددي بإستثناء الأربعة نطاقات غير المرغوب فيها. كما تم ايضاً تقديم نموذجين للدائرة الكهربية المكافئة لهذا التصميم ذات الأربعة ترددات قطع وأظهرت نتائج الدائرة الكهربية المكافئة توافق كبير جدا مع النتائج التى تم الحصول عليها من برنامج المحاكاة والنتائج العملية المقاسة.
التصميم الثانى لهوائى رقعة صغير الحجم مضغوط وفائـق المدى الترددي وذات أربعة ترددات قطع قادرة على حجب أربعة أنظمة معروفة لتجنب التداخل معها. التصميم هو لهوائى ذات أبعاد صغيرة 1,5 مم x 20 مم х 20 مم ويستخدم تقنية التغذية عن قرب بخط تغذية ذات أبعاد 2 مم x 12 مم. تم حفر شكل شجرة الآرز داخل اللوح الأرضي للحصول على النطاق الترددى الفائق ثم تم استخدم تقنية حفرفتحات على شكل حرف T وحفر شرائح مستطيلة ضيقة لحجب أربعة نطاقات غير مرغوب فيها عند الترددات 3,5 جيجا هيرتز، 3,9 جيجا هيرتز، 5,25 جيجا هيرتز و 5,9 جيجا هيرتز لتجنب التداخل مع الشبكات اللاسلكية التي تشغل الحيز الترددي عند هذه الترددات. أجرى تحليل وتصميم الهوائي المقترح بإستخدام برنامج تكنولوجيا المحاكاة بالحاسب الآلي (CST). ثم تم تصنيع الهوائي المقترح واختباره وقد أظهرت النتائج العملية المقاسة إتفاق جيد جدا مع نتائج التى حصل عليها من برنامج المحاكاة. حيث أن الهوائي المقترح حقق مدى ترددي من 3,1 جيجا هيرتز إلى 11,7 جيجا هيرتز مع نمط إشعاع إحادي شامل كل الإتجاهات تقريباً بالإضافة إلى معامل كسب مستقر وكفاءة إشعاع عالية فى النطاق الترددى بإستثناء الأربعة نطاقات غير المرغوب فيها. كما تم ايضاً تقديم نموذجين للدائرة الكهربية المكافئة لهذا التصميم ذات الأربعة ترددات قطع وأظهرت نتائج الدائرة الكهربية المكافئة توافق كبير جداً مع النتائج التى تم الحصول عليها من برنامج المحاكاة والنتائج العملية المقاسة.
الرسالة تتضمن ستة أبواب بالإضافة إلى قائمة المراجع التى تم الإستعانة بها وفيما يلى عرض لمحتويات كل باب:
الباب الأول:
يقدم مدخلاً إلى الإتصالات اللاسلكية، ونظرة عامة على تكنولوجيا النطاقات الترددية الفائقة مثل التصميم البنائي للمرسل والمستقبل والتطبيقات والمزايا ويعطى مقدمة عن الهوائيات فائقة المدى وأنواعها. بالإضافة لعرض الأهداف والخطوط العريضة للرسالة.
الباب الثانى:
يقدم إستعراضاً موجزاً للعوامل والخصائص التى تميز الهوائيات. ويقدم أيضاً دراسة لهوائي الرقعة من حيث طرق التغذية وطرق تحسين وتوسيع النطاق الترددي. بالإضافة إلى إستعراض لبعض التصميمات السابقة فى مجال الهوائيات فائقة المدى الترددي ذات ترددات القطع.
الباب الثالث:
يقدم مدخلاً لتقنية ملائمة المتجه. ودراسة كيفية الحصول على الدائرة الكهربية المكافئة للهوائيات فائقة المدى الترددي بإستخدام هذه التقنية.
الباب الرابع:
يعرض هذا الباب تصميم جديد لهوائي رقعة فائق المدى الترددي وذات أربعة ترددات قطع مع دراسة متقنة من محاكاة وتصنيع وإختبار والحصول على الدائرة الكهربية لهذا الهوائي.
الباب الخامس:
يعرض هذا الباب تصميم آخر جديد مضغوط وأصغر حجماً لهوائي رقعة فائق المدى الترددي وذات أربعة ترددات قطع مع دراسة متقنة من محاكاة وتصنيع وإختبار والحصول على الدائرة الكهربية لهذا الهوائي.
الباب السادس:
الباب الأخير ويقدم الإستنتاجات وملخص لما تم التوصل إليه فى هذه الدراسة ويقترح بعض التوصيات للدراسات المستقبلية التي تعتبر إمتداداً لهذه الدراسة.