آرایه، لوب، شکاف، موجبر، پترن، تیلور

ت انتشار در فضای آزاد است.در حالت پلاریزاسیون خطی :
(27.2)∅y-∅x=±nπ n=0,1,2,…برای پلاریزاسیون دایروی :
(28.2)∅y-∅x=±12+2nπ n=0,1,2,…و برای پلاریزاسیون بیضوی داریم :
(29.2)∅y-∅x≠±nπ2 n=0,1,2,…در واقع پلاریزاسیون خطی و دایروی حالت های خاصی از پلاریزاسیون بیضوی می باشند. شکل زیر یک موج با پلاریزاسیون بیضوی را نشان می دهد.
-73984-175463
شکل 2-4 : یک موج صفحه ای با پلاریزاسیون بیضوی
آنتن های موجبر شکاف دار که در این تحقیق مورد بررسی قرار خواهند گرفت دارای پلاریزاسیون خطی می باشند.[1]
آنتن های آرایه ایدر خیلی از کاربردها نیاز به آنتن و ساختارهایی با بهره بالا می باشد. در این موارد از چندین المان تشعشعی(آنتن) کنار هم استفاده می کنند. به آنتنی که از چندین المان تشعشعی کنار هم تشکیل شده است، آنتن آرایه ای گفته می شود. برای تولید کردن یک پترن دایرکتیو لازم است که میدان های المان های تشعشعی در راستایی دلخواه با هم جمع شوند و در بقیه راستاها همدیگر را خنثی کنند.
پترن یک آرایه را به پنج صورت می توان تغییر داد : 1- ساختار آرایه 2-دامنه تحریک المان ها 3- فاز تحریک المان ها 4- فاصله المان ها 5- نوع المان ها. در این پایان نامه آرایه خطی که المان ها روی یک خط کنار یکدیگر قرار می گیرند، مورد توجه قرار گرفته است. همانطور که می دانیم پترن یک آرایه خطی می تواند به صورت ضرب یک Element factor (EF) در یک Array factor (AF) در نظر گرفته شود. هر گونه تغییر در ساختار آرایه بدون آن که نوع المان ها عوض شود منجر به تغییر AF می شود. ولی چنانکه فقط نوع آنتن را عوض کنیم بدون آنکه ساختار آرایه تغییر کند منجر به تغییر در EF می شود.[13]
آرایه خطی یکنواختبه آرایه ای که دامنه تحریک المان های آن یکسان باشد، آرایه یکنواخت گفته می شود. در شکل 5-2 یک آرایه خطی یکنواخت با N المان که فاصله بین المان ها یکسان و برابر d می باشد را ملاحظه می کنید. در این آرایه فرض شده است که همه المان ها با هم مشابه هستند و تنها فاز تحریک آن ها با هم متفاوت می باشد. اگر فاز المان اول صفر باشد و اختلاف فاز هر المان با المان قبلی خود β باشد در آن صورت میدان کل آرایه در یک نقطه دور می تواند به صورت زیر نوشته شود[13]:
(30.2)
Εt = Ε1+E1ejβejkdcosθ+Ε1ej2βej2kdcosθ+…+Ε1ej(N-1)βejN-1kdcosθ(31.2)Εt =E1(1+ejψ+ej2ψ+…+ejN-1ψ)
درحالیکه :
(32.2)ψ=β+kdcosθ1032480-272062
شکل STYLEREF 1 s ‏25 :آرایه خطی یکنواخت با N المان
معادله (31.2) همان اصل ضرب الگوها در آرایه خطی را نشان می دهد و بیانگر این است که میدان کل حاصل ضرب Element factor در Array factor می باشد.
در حالی که Array factor را می توان به صورت زیر نوشت:
(33.2)AF= 1+ejψ+ej2ψ+…+ejN-1ψ=sin(Nψ2)sin(ψ2)فرمول (33.2) شکل کلی Array factor یک آرایه خطی یکنواخت را نشان می دهد. پترن کلی آرایه از ضرب Array factor در Element factor بدست می آید. اما چون اغلب المان های به کار رفته در طراحی یک آرایه از نوع نیمه جهتی می باشند (مانند دایپل)، پترن کلی آرایه بیشتر تحت تاثیر Array factor می باشد. از این رو مشخصاتی مانند سطح لوب کناری وپهنای بیم کل آرایهبا پهنای بیم وسطح لوب کناری Array factor برابر می باشد. به همین خاطر در طراحی آرایه ها توجه بیشتر به طراحی Array factor می باشد.[14]
طبق فرمول (33.2) پترن آرایه در صورتی ماکزیمم می شود که ψ2=±kπ (k=0,±1,±2,…) شود. به ازای k=0 اولین ماکزیمم آرایه رخ می دهد که به آن لوب اصلی می گویند. به ازای بقیه k ها ماکزیمم ها یی به وجود می آیند که اندازه دامنه آنها به اندازه دامنه لوب اصلی می باشد و به آن ها لوبهای گریتینگ گفته می شود.معمولا در رادار ها برای اینکه بتوان تشخیص هدف را به درستی انجام داد، آرایه ها را طوری طراحی می کنند که آنتن تنها یک لوب اصلی داشته باشد. به خاطر اینکه بخواهیم یک آرایه فازی تشکیل دهیم به صورتی که ماکزیمم پترن در راستای θ0 باشد باید :
(34.2)ψ2=β+kdcosθ02=0که نتیجه می دهد :
(35.2)β=-kdcosθ0اگر بخواهیم که لوب گریتینگ نداشته باشیم باید به ازای بقیه k ها یک Өمعنی دار نداشته باشیم. از این رو می توان به راحتی اثبات کرد که برای نداشتن لوب گریتینگ، فاصله بین المان ها باید به صورت زیر باشد[15] :
اگر 00≤θ0≤9d<λ1+cosθ0 (الف)
(36.2)
اگر 90≤θ0≤180d<λ1-cosθ0 (ب)
در حالی که λ طول موج در فضای آزاد می باشد.
در مرجع [13] اثبات شده است که سطح لوب کناری این آرایه تقریباdB -13.46 می باشد که برای خیلی از کاربرد های راداری مناسب نیست. برای رسیدن به سطح لوب کناری پایینتر از وزن دهی دامنه های تحریک المان ها استفاده می شود.
توزیع جریان تیلوربرای رسیدن به سطح لوب کناری مناسب توزیع های جریان زیادی همچون دوجمله ای، چپی شف، تیلور و…. وجود دارد. در میان همه آن ها توزیع تیلور از محبوبیت بیشتری برخوردار است زیرا در طول آرایه دامنه تحریک المان ها به آرامی زیاد شده و سپس کم می شود.
در مرجع [16] اثبات می شود که اگر طول آرایه L باشد، آنگاه می توان با توزیع جریان زوج g(x) به پترن زوجF که دارای پهنای بیم باریک و سطح لوب کناری پایین است رسید.
اگر تعریف کنیم p=2πxL و u=Lcosθλ در آنصورت داریم[16] :
(37.2)F(u,A,n)=[n-1!]2n-1+u!(n-1-u)!n=1n-1(1-u2σ2A2+n-122)(38.2)gp=12π{1+2m=1n-1F(m,A,n)cosmp} و-π<p<πدر حالی که :
(39.2)coshπA=10(-SLL20)=ηکه SLL، سطح لوب کناری می باشد.
(40.2)σ=nA2+(n-12)2انتخاب nکه عدد صحیحی است، توسط خودمان انجام می شود. n را نمی توان خیلی بزرگ یا خیلی کوچک انتخاب کرد. باید به گونه ای انتخاب شود که به ازای اضافه کردن یکی به n اندازه σ خیلی تغییر نکند. اگر n را خیلی بزگ انتخاب کنیم g(x) در ابتدا و انتهای آرایه (±L2) پیک خواهد زد. در جدول زیر مقدار n برای سطح لوب های کناری متفاوت آمده است[16] :
-190716960
شکل STYLEREF 1 s ‏26 : مقادیر مناسبn برای سطح لوب های کناری متفاوت
مشاهده می شود که مثلا برای سطح لوب کناری -35dB کمترین مقدار n که می توانیم انتخاب کنیم 5می باشد. در شکل زیر مشاهده می شود که برای سطح لوب کناری -15 دی بی مقدار n برابر با 5، مقدار بزرگی می باشد و باعث می شود توزیع جریان تیلور در کناره ها پیک بزند.
188663123366
شکل STYLEREF 1 s ‏27 : پترن و توزیع جریان تیلور برای سطح لوب کناری -15dB
اما شکل زیر پترن و توزیع جریان تیلور برای سطح لوب کناری -25 دی بی و n=5 را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود توزیع جریان تیلور در طول آرایه دارای فرم خوبی می باشد.
18485364554
شکل STYLEREF 1 s ‏28 : پترن و توزیع جریان تیلور برای سطح لوب کناریdB -25
همانطور که در دو شکل بالا نیز دیده می شود پترن برحسب u کشیده شده است و نقطه u=±n ناحیه را به دو قسمت سطح لوب های یکنواخت و قسمتی که دامنه سطح لوب ها در حال کم شدن است تقسیم می کند.
به طور تقریبی اثبات می شود که مقدار پهنای بیم نیم توان آرایه با توزیع جریان تیلور به صورت زیر محاسبه می شود :
(41.2)B=σ2πλL[cosh-1η]2-[cosh-1(η2)]2اگر بخواهیم یک نتیجه گیری روی طراحی آرایه با توزیع تیلور داشته باشیم می توان گفت که با مشخص بودن سطح لوب کناری مورد نظر با استفاده از جدول شکل (2-6) می توان مقدار n مناسب را بدست آورد و سپس σ را از فرمول (40.2)محاسبه کرد. سپس از روی پهنای بیم مورد نظر و با استفاده از فرمول (41.2)می توان طول کل آرایه را بدست آورد. از فرمول های (37.2) و (38.2) می توان توزیع جریان تیلور مناسب برای رسیدن به پهنای بیم وسطح لوب کناری مورد نظر در طول آرایه را محاسبه کرد.
البته باید توجه داشت که توزیع جریان تیلور یک توزیع جریان پیوسته می باشد و برای طراحی آرایه این توزیع جریان را باید نمونه برداری کرد و هر نمونه را به دامنه جریان یا ولتاژ تحریکیک المان که توان دوم آن می تواند معادل توان تشعشعی توسط آن المان باشد نسبت داد.
لازم به ذکر است که توزیع جریان تیلور که به صورت صفحه ای دایروی است و برای طراحی آرایه های صفحه ای دایروی با سطح لوب کناری پایین به کار می رود نیز وجود دارد. نمونه هایی از این آرایه های صفحه ای در فصل بعد نشان داده خواهد شد.[17]
خلاصهیکی از قسمت های کلیدی و مهمهر راداری آنتن آن می باشد. آنتن رادار ها را معمولا از نوع آرایه ای طراحی می کنند. سطح لوب کناری پایین یکی از مشخصات مهم این آنتن ها می باشد. آرایه یکنواخت دارای سطح لوب کناری مطلوبی نمی باشد.روشهای مختلفی برای کاهش سطح لوب کناری آنتنآرایه ای وجود دارد. یکی از این روش ها استفاده از توزیع جریان تیلور می باشد که برای آرایه های خطی بزرگ با پهنای بیم باریک استفاده می شود.
فصل سوم
14795507727954000020000
4164965-1657354000020000معرفی آنتن های آرایه ای موجبر شکاف داریک شکاف باریک در صفحه زمین نامحدود را می توان مکمل یک دایپل در فضای آزاد دانست. این مسأله توسط [18] H.G. Booker، توصیف شده است که در واقع اصل بابینه را از اپتیک به این حالت تعمیم داده است. این موضوع از طریق قضیه field equivalence که برای تحلیل آنتن های روزنه ای به کار برده می شود قابل تحقیق است. به این ترتیب شکافهمان پترن تشعشعی شبیه دایپل (با ابعاد یکسان) را دارد با این تفاوت که جای میدان‏های تغییر می کند. این مسأله در شکل زیر نشان داده شده است.
172359728618
شکل STYLEREF 1 s ‏31 : اصل بابینه
در واقع شکاف، یک دایپل مغناطیسی است. در نتیجه پلاریزاسیون آنتن به میزان چرخش می‏کند. پس یک شکاف عمودی پترن یکسانی با یک دایپل الکتریکی افقی با همان ابعاد دارد.
سیستم های آرایه‏ای موجبر شکاف دار می‏توانند به دو صورت موج رونده و موج ایستان طراحی شوند. موجبرها به گونه ای عمل می کنند که با تغییر فرکانس اختلاف فاز بین تحریک شکاف ها تغییر می کند. از این رو تحریک آرایه در طول موجبر یک رابطه فاز تفاضلی میان المان‏ها ایجاد می‏کند که با فرکانس تغییر می‏کند و سبب می‏شود بیم اسکن کند. برای آرایه‏های با بیم ثابت، موجبر تبدیل به یک ساختار رزونانسی موج ایستان می‏‏شود. اما ازطرف دیگر پهنای باند آرایه رزونانسی چندان خوب نیست و با افزایش المان های تشعشعی به شدت کاهش می یابد.[1]
معرفی انواع شکاف های تشعشع کننده بر روی بدنه موجبرالمان‏های تشعشعی آرایه موجبر شکاف دار، بخشی از سیستم تغذیه که خود موجبر می‏‏باشد، هستند. این مسأله طراحی را ساده‏تر می‏کند چرا که به مدارهای تطبیقاحتیاجی نیست. آشنایی با میدان‏های انتشاری در داخل موجبر، یافتن محل مناسب روی بدنه موجبر برای قراردادن شکاف به گونه‏ای که به خوبی تحریک شود، مسأله ای اساسی است و در این راستا آشنایی با میدان‏های انتشاری در داخل موجبر، ضروری می‏باشد.
اگر یک شکاف روی بدنه موجبر قرار داده شود به گونه‏ای که شارجریان را قطع کند، سبب می‏شود که جریان اطراف شکاف حرکت کرده و توان از موجبر و از طریق شکاف به فضای آزاد کوپل شود.[1] معمولاً فرض می‏شود موجبر در مد غالب تحریک می شود و در یک مد کار می کند. ساختار یک موجبر به همراه انواع شکاف‏های ممکن بر روی بدنه موجبر در شکل 2-3 نشان داده شده است. در این شکل، به عنوان مثال شکاف های hو gتشعشع نمی‏کنند چون شار جریان روی بدنه موجبر را قطع نمی کنند.[1]
به طور کلی شکاف هایی که با جریان های عرضی تحریک می شوند شکاف موازی و شکاف هایی که با جریان های طولیتحریک می شوند شکاف سری گویند.[19]در شکل (3-2)، شکاف‏های a، b، c، iو jشکاف‏های موازی هستند چرا که با جریان‏های transverse، برخورد دارند و بوسیله شبکه ادمیتانس موازی دو پورتی مدل می‏شوند. درعوض شکاف‏های e، kو d با برخورد دارند و شکاف‏های سری نامیده می‏شوند.شکاف‏های سری را به کمک شبکه امپدانسی سری مدل می‏کنند.[19]
499948-87914
شکل STYLEREF 1 s ‏32 : انواع شکاف ها روی بدنه یک موجبر مستطیلی
البته زمانی که شکاف ها در طول رزونانس خود عمل می کنند معادل یک مقاومت سری(برای شکاف سری) یا یک رسانایی موازی(برای شکاف موازی) می باشند.وقتی موجبر در مد تحریک شود و انتهای آن به یک بار منطبق متصل شود، میدان‏ها از روابط زیر بدست می‏آیند:
(3.1)Hx=-βzωμE0sin(βxx)e-jβzz(3.2)Ey=E0sin(βxx)e-jβzz(3.3)Hz=jβxωμE0cos(βxx)e-jβzzکه در روابط فوق، کمیت‏های به کار رفته، به شرح ذیل است:
(3.4)βx=πa(3.5)βz=k2-βx2=2πλg(3.6)k=2πλ=ωc(3.7)λg=λλc2-λ2(3.8)λc=2aهمانطور که می دانیم جریان‏های J بر روی دیواره های



قیمت: 11200 تومان

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

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