بخشی از مقاله
چکیده - آرایههای صفحهای پرتو اصلی را در هر دو جهت - عمودی - و - افقی - اسکن میکنند بنابراین، یک آرایه صفحهای مناسبترین گزینه برای وسایل قابل حمل که نیاز به ارتباط در تمام جهات را دارند، میباشند. کاربردهای مختلف آنها شامل رادار ردیاب، رادار جستجو، سنجش از دور، ارتباطات و بسیاری دیگر میباشد. در این تحقیق به طراحی دو آنتن آرایهای صفحهای شکافی در باند X پرداختیم که ساختار اول یک آرایه صفحهای مستطیلی شکل است که مقدار بهره ، سطح گلبرگ کناری، پهنای باند و بازده در فرکانس 9,375 GHz بهترتیب برابر 29,1 dB، 19 dB؛، 400 MHz و 98 تا 99 درصد میباشد. و ساختار دوم یک آرایه صفحهای دایرهای شکل است که مقدار بهره ، سطح گلبرگ کناری، پهنای باند و بازده در فرکانس 9,45 GHz بهترتیب برابر 28,9 dB، 23,7 dB؛، 600 MHz و 102 درصد میباشد.
-1 مقدمه
در بسیاری از کاربردها، به مشخصههای تشعشعی خاصی نیاز داریم که با یک تک عنصر قابل حصول نیستند.معمولاً الگوی تشعشعی یک عنصر تکی، نسبتاً پهن و مقادیر سمتگرایی هر عنصر - بهره - کوچک است. در بسیاری از کاربردها ضرورت ایجاب میکند آنتنی با سمتگرایی بسیار بالا - بهره بسیار بالا - به منظور تأمین ارتباطات فواصل طولانی طراحی شود و اینکار تنها با افزایش اندازه الکتریکی آنتن امکانپذیر است. اغلب بزرگ کردن عناصر تکی منجر به افزایش سمتگرایی آنتن میشود.
راه دیگر برای بزرگ کردن ابعاد آنتن بدون افزایش اندازه عناصر تکی، کنار هم نهادن یک مجموعه از عناصر تشعشعی در یک ساختار هندسی و الکتریکی است، این آنتن جدید که متشکل از چندین تک عنصر است، یک آرایه نامیده میشود. در بیشتر موارد، عناصر یک آرایه مشابه هستند، البته لزوماً اینگونه نیست، اما اغلب مناسبتر، سادهتر و عملیتر هستند. عناصر تکی یک آرایه ممکن است هر شکلی داشته باشند - سیمی، روزنهای و غیره - . میدان کل یک آرایه با جمع برداری میدانهای تشعشع شده توسط هر عنصر تکی معین میشود. در این صورت فرض میشود جریان در هر عنصر با جریان یک عنصر مجزایکسان است.
معمولاً اینگونه نیست و به فاصله میان عناصر، وابسته است. برای فراهم کردن الگوهای با سمتگرایی بالا لازم است میدانهای حاصل از عناصر آرایه در جهات مطلوب به صورت فزاینده با هم تداخل پیدا کنند و در فضای باقیمانده به گونهای با هم تداخل کنند که موجب حذف همدیگر شوند. این موضوع را میتوان به صورت ایدهآل پیاده سازی کرد، اما در عمل به این هدف نزدیک میشود. در هر آرایه با عناصر مشابه، پنج عامل کنترلی وجود دارد که میتوان برای شکلدهی الگوی کل آنتن مورد استفاده قرار داد که عبارتند از:
-1 شکل هندسی آرایه - خطی، دایروی، مستطیلی، کروی و غیره -
-2 جابجایی نسبی بین عناصر
-3 دامنه تحریک عناصر تکی
-4 فاز تحریک عناصر تکی
-5 الگوی نسبی عناصر تکی. آرایههای آنتن بسیاری وجود دارند که برای کاربردهای شخصی و نظامی مورد استفاده قرار میگیرند و این آرایهها از عناصر متفاوت از جمله دوقطبیها، حلقهها، روزنهها، مایکرواستریپها، شیپوریها، بازتابندهها و مانند آن، بهره میبرند. برای اسکن الکترونیکی یک الگوی تشعشعی در یک جهت معلوم، لازم است یک آرایه از المانهایی که با یک آرایش خاص در کنار هم قرار گرفتهاند، داشتهباشیم. دو پیکربندی در اینجا انتخاب میشود: آرایه خطی که در آن عناصر در امتداد یک خط قرار میگیرد و آرایه صفحهای که در آن تشعشعکنندهها در امتداد یک شبکه مستطیلی قرار میگیرد و آرایه صفحهای مستطیلی تشکیل میدهد. آرایههای صفحهای متغیرهای بیشتری دارند که برای کنترل و شکلدهی الگوی آرایه مورد استفاده واقع میشوند.
اگرچه آرایههای خطی توانایی اسکن کردن در فضای سهبعدی را ندارند، اما آرایههای صفحهای پرتو اصلی را در هر دو جهت - عمودی - و - افقی - قابلیت اسکن دارند. بنابراین، یک آرایه صفحهای مناسبترین گزینه برای وسایل قابل حمل که نیاز به ارتباط در تمام جهات را دارند، میباشند. کاربردهای مختلفی مانند رادار ردیاب، رادار جستجو، سنجش از دور، ارتباطات و بسیاری دیگر دارند.[1] آنتنهای آرایه موجبری با شکافهای طولی به طور گسترده در رادارها و سیستمهای مخابراتی استفاده میشوند.[2] این آنتنها خصوصیات قابل توجهی بر حسب وزن، صدا و مشخصات تشعشعی ارائه کرده اند. این آنتنها نسبت به ساختار صفحهای، فشرده و سختشان کاربری نسبتاً بالایی دارند.
یک موجبر فلزی یک ساختار کم تلفات است و میتواند برای ساختارهای توان بالا بهکاربرده شود. ابعاد شکافها در دیوارههای موجبر میتواند به شکل الگوی مطلوب واقعی کنترل شود. آرایههای شکافی موازی طولی همچنین نسبت به سطحهای پلاریزاسیون خیلی کمشان خوب هستند. طراحی یک آنتن آرایه موجبری با شکافهای کوچک مشدد بهطورکلی بر اساس روند انتشار یافته توسط Elliott ارائه شد5]؛.[3 در این روندهای طراحی، فاصله شکاف داخلی یک و نیم طول موج هدایتی و آخر موجبر است.
مدار اتصال کوتاه شده در یک فاصله از یک ربع طول موج هدایتی از مرکز شکاف آخر است. آرایههای خطی مجاور نسبت به یکدیگر قرار دارند که آرایههای صفحهای محقق میشوند. یک موجبر تغذیه زیر شاخه موجبرهای شامل شکافهای تشعشعی است و توان از موجبر اصلی به شاخه موجبرها از طریق شکافهای مایل سری تزویج شده است. موجبر منتهی شده در مدار اتصال کوتاه در یک فاصله یک و نیم طول موج هدایتی از مرکز آخرین تزویج به صورت مایل قرار دارد.
اثرات تزویج متقابل داخلی و خارجی تماما در روند طراحی در نظر گرفته میشوند. تحقیق مهم دیگر آنتنهای موجبری با شکافهای کوچک صفحهای و غیرخطی هستند7]،.[6 مشخصههای شکاف مجزا نیاز به طراحی آرایههای موجبری با شکافهای کوچک دارد. ادمیتانس شکاف مجزا را هم میتوان تجربی اندازهگیری کرد[3] هم با روش عددی آن را محاسبه نمود9]؛.[8 باید در محاسبه داده شکاف تکی به عنوان خطاهای مهم چندین اثر کلی طراحی آرایه دقت کرد.
همانطور که در شکل 1 مشاهده میکنید شکافها به 4 دسته مهم تقسیم می-شوند: - الف - : شکاف طولی، موازی محور موجبر - ب - : شکاف عرضی و عمود بر جهت انتشار از مود تغذیه شدگی - پ - : شکاف مرکزی-شیبدار، که در مرکز محور موجبر قرار گرفته است و با یک زاویه خاص - - مشخص شده است - ت - : شکافهای مرکب، شیبدار- از محور موجبر جابجا شده است.در این مقاله، ابتدا به بررسی روش تحلیل برای تزویج متقابل آرایه صفحهای بین شکافها و سیستم تغذیه خواهیم پرداخت و سپس به روند طراحی و شبیهسازی اشاره خواهیم کرد و در آخر به نتیجهگیری این مباحث میپردازیم.
