بهبود آنتن آرایه ای موج رونده موجبر شکا فدار برای کاهش سطح لوب کناری وپلاریزاسیون متقاطع

دانشکده مهندسي
پايان نامه کارشناسي ارشد
در رشته‌ي مهندسي برق – مخابرات
بهبود آنتن آرایه ای موج رونده موجبر شکا فدار برای کاهش سطح لوب کناری وپلاریزاسیون متقاطع
بوسيله‌ي:
محمد هادی مرادی اردکانی
استاد راهنما:
دکتر حبیب اله عبیری
شهریور ماه 1391

1829242118567
تقدیم به
مادر مهربانم
به‌نام خدا
اظهارنامه
اينجانب محمد هادی مرادی اردکانی (880668) دانشجوي رشته‌ي برق-مخابرات دانشكده‌ي برق و كامپيوتر اظهار مي‌كنم كه اين پايان‌نامه حاصل پژوهش خودم بوده و در جاهايي كه از منابع ديگران استفاده كرده‌ام، نشاني دقيقو مشخصات كامل آن را نوشته‌ام. همچنين اظهار مي‌كنم كه پايان‌نامه و موضوع پايان‌نامه‌ام تكراري نيست و تعهد مي‌نمايم كه بدون مجوز دانشگاه دستاوردهاي آن را منتشر ننموده و يا در اختيار غير قرار ندهم. كليه‌ي حقوق اين اثر مطابق با آيين‌نامه‌ي مالكيت فكري و معنوي متعلق به دانشگاه شيراز است.
محمد هادی مرادی اردکانی

-1262966-1078865
سپاسگزاري
بر خود لازم می دانم که از همه کسانی که مرا در انجام اين پايان‌نامه ياري رساندند، تشکر و قدرداني نمايم. بهویژه از استاد گرامي، جناب آقاي دکتر حبیب اله عبیری که با همراهي، راهنمایی و حمایتهای صادقانه و بیدریغشان مرا در انجام اين پايان‌نامه مدد رساندند.از ایشان سپاسگزارم به خاطر راهنماییهای عالمانه و اخلاق حسنه ایشان و به خاطر همه‌ی آنچه که در طول این مدت به من آموختند. همچنين سپاس و تشکر از اساتيد محترم مشاور، جناب آقاي دکتر فرزاد مهاجری و جناب آقاي دکتر عباس علی قنبریکه دروس زیادی را خدمتشان شاگردی کرده ام. عرض سپاس صمیمانه از این دو استاد عزیز دارم که با راهنماییهای خود باعث ارتقاء سطح این پایاننامه گردیدند.
چکيده
بهبود آنتن آرایه ای موج رونده موجبر شکاف دار برای کاهش سطح لوب کناری و پلاریزاسیون متقاطع
آنتن های موجبر شکاف دار در سال 1943 در دانشگاه Mc-Gill معرفی شدند. ساختار ساده، بازده بالا و پلاریزاسیون خطی این تشعشع کننده ها ، باعث محبوبیت آن ها در بسیاری از کاربردهای راداری شده است. برای پلاریزاسیون عمودی و اسکن زاویه ای زیاد، شکاف های روی بدنه باریک موجبر استفاده می شود. یک شکل متداول از این شکاف ها، شکاف های اریب می باشد. کوپلینگ بین المان های مجاور، به صورت قابل ملاحظه ای سطح لوب کناری را تحت تاثیر قرار می دهد. برای شکاف های روی بدنه باریک موجبر یک فرمول بندی دقیقی در دسترس نیست. به دلیل فرورفتگی طول شکاف ها به بدنه پهن موجبر آنالیز تحلیلی این شکاف ها مشکل است. در این مورد معمولا نتایج اندازه گیری استفاده می شود که بسیار هزینه بر می باشد. در این کار با استفاده از نرم افزار CST-Microwave Studio که یک تحلیگر میدانی عددی تمام موج می باشد، رسانایی و طول های رزونانس شکاف ها با در نظر گرفتن اثر کوپلینگ به وسیله اعمال شرایط مرزی پریودیک، محاسبه می شود. یک نمودار رسانایی برای المان های متفاوت فراهم و برای طراحی یک آرایه موج رونده موجبر شکاف دار استفاده می شود. کج شدن شکاف ها باعث افزایش پلاریزاسیون متقاطع می شود. در این کار یک نمونه شکاف چرخش نیافته که پلاریزاسیون متقاطع بسیار کمتری را به وجود می آورد پیشنهاد می شود. ساختار پیشنهاد شده از لحاظ ساخت بسیار آسان بوده و دارای مزیت قابل تیونینگ بودن با حساسیت کم به تلرانس ساخت می باشد. در این مورد هم یک نمودار طراحی برای رسانایی شکاف ها که اثر کوپلینگ متقابل بین شکاف ها را در نظر می گیرد فراهم می شود. آرایه طراحی شده با این نمونه از شکاف ها با طراحی با شکاف های اریب مقایسه می شود تا بهبود پلاریزاسیون متقاطع را نشان دهد.
کلید واژه : آنتن های شکاف دار ، سطح لوب کناری ، پلاریزاسیون متقاطع ، موج رونده

فهرست مطالب
TOC o “1-3” فصل1.مقدمه PAGEREF _Toc367887598 h 2
فصل2.تئوری آنتن و آرایه ها PAGEREF _Toc367887599 h 6
2-1. پارامترهای مهم آنتن PAGEREF _Toc367887600 h 7
2-1-1. پهنای باند فرکانسی PAGEREF _Toc367887601 h 7
2-1-2. الگوی تشعشعی PAGEREF _Toc367887602 h 8
2-1-3. جهت دهندگی ، بهره و پلاریزاسیون PAGEREF _Toc367887603 h 9
2-2. آنتن های آرایه ای PAGEREF _Toc367887605 h 14
2-2-1. آرایه خطی یکنواخت PAGEREF _Toc367887606 h 15
2-2-2. توزیع جریان تیلور PAGEREF _Toc367887607 h 18
2-3. خلاصه PAGEREF _Toc367887608 h 21
فصل3.معرفی آنتن های آرایه ای موجبر شکاف دار PAGEREF _Toc367887609 h 22
3-1. معرفی انواع شکاف های تشعشع کننده بر روی بدنه موجبر PAGEREF _Toc367887610 h 24
3-2. روش های محاسبه مشخصه های شکاف PAGEREF _Toc367887611 h 28
3-2-1. فرمول های Stevenson PAGEREF _Toc367887612 h 29
3-2-2. تحلیل مدل پراکندگی PAGEREF _Toc367887613 h 30
3-2-3. شکاف اریب روی دیواره کناری موجبر PAGEREF _Toc367887614 h 32
3-3. طراحی آرایه های شکاف دار موجبری PAGEREF _Toc367887615 h 33
3-3-1. طراحی آرایه موجبر شکاف دار از نوع رزونانسی PAGEREF _Toc367887616 h 36
3-3-2. طراحی آرایه موجبری شکاف دار از نوع موج رونده PAGEREF _Toc367887617 h 48
3-4. خلاصه PAGEREF _Toc367887618 h 55
فصل4.آرایه موج رونده موجبر شکاف دار با شکاف اریب روی بدنه باریک موجبر PAGEREF _Toc367887619 h 57
4-1. مقدمه PAGEREF _Toc367887620 h 57
4-2. روش طراحی آرایه موج رونده با شکاف اریب روی بدنه باریک موجبر PAGEREF _Toc367887621 h 58
4-2-1. برنامه متلب برای محاسبه توزیع جریان خطی تیلور: PAGEREF _Toc367887622 h 58
4-2-2. بدست آوردن فاصله بین المان ها و بررسی تاثیرات آن بر پهنای باند و پترن PAGEREF _Toc367887623 h 60
4-2-3. بدست آوردن دامنه تحریک و رسانایی شکاف ها PAGEREF _Toc367887624 h 65
4-2-4. تعیین مشخصات شکاف ها PAGEREF _Toc367887625 h 68
4-2-5. نتایج شبیه سازی آرایه موجرونده طراحی شده با شکاف اریب PAGEREF _Toc367887626 h 74
4-3. خلاصه PAGEREF _Toc367887627 h 82
فصل5.شکاف های چرخش نیافته روی بدنه باریک موجبر PAGEREF _Toc367887628 h 84
5-1. مقدمه PAGEREF _Toc367887629 h 84
5-2. نحوه تحریک شکاف های چرخش نیافته روی بدنه باریک موجبر PAGEREF _Toc367887630 h 85
5-3. ساخار پیشنهاد شده برای کاهش پلاریزاسیون متقاطع PAGEREF _Toc367887631 h 87
5-4. بدست آوردن رسانایی ساختار پیشنهاد شده PAGEREF _Toc367887632 h 88
5-5. آرایه موج رونده طراحی شده با ساختار پیشنهاد شده و نتایج شبیه سازی PAGEREF _Toc367887633 h 89
5-5-1. پهنای باند PAGEREF _Toc367887634 h 91
5-5-2. الگوهای تشعشعی PAGEREF _Toc367887635 h 91
5-6. آنالیز حساسیت ساختار پیشنهادی PAGEREF _Toc367887636 h 97
فصل6.نتیجه گیری و پیشنهادهایی برای کارهای آتی PAGEREF _Toc367887637 h 102
6-1. نتیجه گیری PAGEREF _Toc367887638 h 102
6-2. پیشنهاد های کارهای آینده PAGEREF _Toc367887639 h 103
فهرست جداول
TOC h z c “جدول”
جدول‏41 : رسانایی شکاف ها برای رسیدن به مشخصات پترن مطلوب73
فهرست شکلها
TOC c “شکل شماره” TOC h z c “شکل”
شکل‏21: آنتن به عنوان یک قطعه مبدل13شکل‏22: مدارمعادل آنتن16شکل‏23 : دوقطبیهرتز17شکل‏24 : یک موج صفحه ای با پلاریزاسیون بیضوی21شکل‏25 : آرایه خطی یکنواخت با N المان23شکل‏26 : مقادیر مناسب n برای سطح لوب های کناری متفاوت26شکل‏27 : پترن وتوزیع جریان تیلوربرای سطح لوب کناری -15dB26شکل‏28 : پترن و توزیع جریان تیلور برای سطح لوب کناری-25dB27شکل‏31: اصل بابینه29شکل‏32 : انواع شکاف روی بدنه یک موجبر مستطیلی31شکل‏33 : توزیع جریان سطحی روی بدنه موجبر مستطیلی در مد غالب.32شکل‏34 : تغییرات رسانایی و سوسپتانس بر حسب عمق شکاف.39شکل‏35 : نمونه ای از یک آرایه صفحه ای موجبر شکاف دار40شکل‏36 : آرایه موجبر خطی با شکاف رزونانس طولی الف)تغذیه از کنار ب)تغذیه از وسط45شکل‏37 : یک نمونه آرایه خطی رزونانسی با شکاف موازی طولی46شکل‏38 : نمونه هایی از آرایه صفحه ای موجبر شکاف دار48شکل‏39 :نمونه هایی از آرایه صفحه ای موجبر شکاف دار از نوع رزونانسی50شکل‏310 : نمونه ای از آرایه صفحه ای رزونانسی با تغذیه از وسط توسط شکاف های سری51شکل‏311 : آرایه موج رونده ای که از وسط تغذیه می شود56شکل‏312 : پترن آرایه موج رونده تغذیه از وسط57شکل‏41 : توزیع جریان تیلور برای سطح لوب کناری -35db و پهنای بیم 1.9 درجه65شکل‏42 : آرایه خطی موجبر شکاف دار موج رونده با شکاف های اریب برای زاویه 85 درجه66شکل‏43 : VSWR در کل بازه فرکانسی برای آرایه با زاویه بیم اصلی 85 درجه66شکل‏44 : پترن در راستای سمت در فرکانس 2.7 GHz67شکل‏45 : پترن در راستای سمت در فرکانس 2.85 GHz67شکل‏46 : پترن در راستای سمت در فرکانس 3 GHz68شکل‏47 : پترن در راستای سمت در فرکانس 3 GHz69شکل‏48 : VSWR در کل بازه فرکانسی برای آرایه با زاویه بیم اصلی 86.5 درجه69شکل‏49 : پترن آرایه طراحی شده با نمودار های موجود در مراجع74شکل‏410 : ساختار پیشنهاد شده برای بدست آوردن مشخصات شکاف اریب با اثر کوپلینگ متقابل75شکل‏411 : تغییرات S21 بر حسب عمق فرورفتگی شکاف برای Ө=7 درجه76شکل‏412 : مدار معادل خط انتقالی unit-cell شکل 4-1077شکل‏413 : نمودار رسانایی شکاف اریب بر روی بدنه باریک موجبر بر حسب زاویه شکاف ها79شکل‏414: شمای کلی آرایه طراحی شده با شکاف های اریب روی بدنه باریک موجبر79شکل‏415: اندازه S11 آرایه طراحی شده با شکاف اریب80شکل‏416 : الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در فرکانس 2.85GHz در مختصات دکارتی81شکل‏417 : الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در فرکانس 2.85GHz در مختصات قطبی82شکل‏418 : الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در فرکانس 2.7GHz در مختصات دکارتی83شکل‏419 : الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در فرکانس 2.7GHz در مختصات قطبی83شکل‏420 : الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در فرکانس 3GHz در مختصات دکارتی84شکل‏421 : الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در فرکانس 3GHz در مختصات قطبی84شکل‏422 : اندازه S11 آرایه طراحی شده در باند x85شکل‏423 : الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در باند x86شکل‏424 : پترن پلاریزاسیون متقاطع آرایه موج رونده طراحی شده با شکاف اریب86شکل‏51 : نحوه تحریک شکاف اریب روی بدنه باریک موجبر89شکل‏52 : نحوه تحریک شکاف چرخش نیافته روی بدنه باریک موجبر90شکل‏53 : ساختار پیشنهاد شده برای تحریک شکاف چرخش نیافته روی بدنه باریک موجبر92شکل‏54 : رسانایی شکاف چرخش نیافته پیشنهاد شده بر حسب ارتفاع استوانه ها93شکل‏55 : شمای کلی آرایه طراحی شده با ساختار پیشنهاد شده94شکل‏56 : نمودار اندازه VSWR آرایه با ساختار پیشنهادی95شکل‏57 : الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در فرکانس 2.85GHz در مختصات دکارتی96شکل‏58 : الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در فرکانس 2.85GHz در مختصات قطبی96شکل‏59 : پلاریزاسیون آرایه طراحی شده در فرکانس 2.85GHz97شکل‏510: پترن وپلاریزاسیون متقاطع آرایه طراحی شده با نرم افزار HFSS98شکل‏511 : الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در فرکانس 2.7GHz در مختصات دکارتی98شکل‏512: الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در فرکانس 2.7GHz در مختصات قطبی99شکل‏513: پلاریزاسیون متقاطع آرایه طراحی شده در فرکانس 2.7 GHz99شکل‏514: الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در فرکانس 3GHz در مختصات دکارتی100شکل‏515: الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده در فرکانس 3GHz در مختصات قطبی100شکل‏516: پلاریزاسیون متقاطع آرایه طراحی شده در فرکانس 3GHz101شکل‏517 : نمودار هیستوگرام رسانایی شکاف ها102شکل‏518: اندازه VSWR آرایه طراحی شده با تالرانس100 میکرون103شکل‏519: الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده با تلرانس 100 میکروندر فرکانس 2.85GHz103شکل‏520: الگوی جهت دهندگی آرایه طراحی شده با تالرانس 100 میکروندر فرکانس 2.85GHz104شکل‏521:پترن پلاریزاسیون متقاطع آرایه طراحی شده با تلرانس 100 میکرون در فرکانس 2.85GHz104
فصل اول
16738604870454000020000
285178576204000020000مقدمهرادارها در واقع سنسورهای الکترومغناطيسي هستند که براي موقعيت‏يابي و تعقيب اهداف گوناگون در فضا مورد استفاده قرار مي‏گيرند. رادار ها در فرکانس ها و توان های مختلف، برای کاریرد های بسیار متنوع طراحی شده و به کار برده می شوند. مشخصاتی که در رادار ها باید مورد توجه قرار گیرد برد و دقت بالا می باشد. اغلب رادار ها در محدوده فرکانس های باند VHF تا باند C ساخته می شوند. در فرکانس های باند VHF رادار ها دارای برد بلند و دقت پایین بوده و همینطور که فرکانس ها به سمت باند C می روند، برد کاهش پیدا کرده ودر عوض دقت بالاتر می رود. بنابر این بیشترین توجه در رادار ها مربوط به باند های L وS می باشد.در این دو باند یک سازگاری بین دو مساله دقت و برد وجود دارد. بدین معنی که برد رادار نسبتا قابل قبول بوده و رادار دارای دقت خوبی نیز می باشد. در بین این دو باند، باند S نیز بیشترین کاربرد را در سراسر دنیا داشته و بیشترین رادار ها در این باند طراحی و ساخته می شوند.
رادارها در واقع انرژي الکترومغناطيسي را از طريق آنتن در فضا تشعشع مي‏کنند. بخشي از انرژي تشعشع شده، به يک شيء که اغلب هدف ناميده مي‏شود، برخورد می‏کند و در جهات گوناگون بازتابيده مي‏شود. بخشي از اين انرژي بازتابيده شده، به سمت رادار منتشر شده و توسط آنتن دريافت مي‏گردد و پس از آن، عمليات تقويت و پردازش سیگنالو … بر روي آن انجام مي شود.
بنابراين بخش مهمي از سيستم‏هاي راداري، آنتن است که بسته به مأموريت سيستم، مشخصات گوناگوني مي تواند داشته باشد. امروزه استفاده از تکنولوژي رادارهاي آرايه فازيکه در آن از آنتن هاي آرايه اي استفاده مي شود کاربردهاي بسياري يافته است. آنتن‏هاي آرايه‏اي مزاياي زيادي دارند که از آن جمله مي‏توان به

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *