بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله یک آنتن آرایه موجبری شکافدار رزونانسی برای کاربرد مونوپالس طراحی شده است.این آنتن از چهار ربع دایره با تغذیه جداگانه تشکیل شده و بوسیله شبکه تغذیه مونوپالسی که برای کاربرد هوایی مناسب باشد، دارای الگوی تشعشی مجموع و تفاضل در راستای سمت و ارتفاع خواهد بود . به لحاظ کاربرد خاص ، ابعاد آنتن به گونه ای بوده که فضای کافی برای شبکه تغذیه مونوپالس معمولی نداشته و مجبور به استفاده از ساختار چند لایه ایی می شود که ساختار را حجیم تر و سنگین تر خواهد کرد. اما در این مقاله با تغذیه مناسب آن، هم در قسمت تغذیه هریک از ربع های آنتن و هم در تغذیه مونوپالس آنتن این مشکل حل گردیده و در مقایسه با نمونه های دیگر یک لایه موجبری کاهش یافته و از لحاظ ساخت نیز آسان تر خواهد شد.
-1 مقدمه
آرایههای موجبر شکافدار درسال 1943 در دانشگاه McGill در Montreal ابداع گردید .[1] سادگی هندسه ساختار آنتنهای موجبری شکافدار، راندمان خوب، توانایی ایجاد امواج با پلاریزاسیونهای خطی، توانایی ارسال پرتوهای broadside، قابلیت حمل توان بالا ،کوچک بودن و الگوی تشعشعی با بهره بالا و ... از ویژگیهای مهم این نوع آنتنها است که سبب شده در کاربردهای هواییو علی الخصوص راداری مورد توجه قرار بگیرند.[ 2]
آنتنهای شکاف موجبری در اصل از موجبرهایی تشکیل شدهاند که به منظور دستیابی به تطبیق امپدانس و الگوی تشعشعی موردنظر در آنها شکافها با توزیع خاصی ایجاد شدهاند. طول، موقعیت، شیب و عرض شکاف رفتار الکتریکی را بر حسب تشعشع و امپدانس کنترل می کند. با تنظیم این پارامتر-های ساختاری می توان به بهره، سطح لوب کناری و تلفات بازگشتی مشخص در طراحی آرایه دست یافت.
آرایه های شکاف موجبری به دو گروه تقسیم بندی می شوند : آرایه های موج رزونانسی و آرایه های موج رونده . در نوع اول المان ها یک پرتو broadside تشعشع می کنند و موجبر تبدیل به یک ساختار رزونانسی موج ایستا میشود اما در آرایه های موج رونده راستای بیم اصلی به زوایایی اشاره میکند که نسبت به موجبر دروضعیت broadside نیستند.[1]
درکاربردهای هوایی که نیاز است پرتو ثابت بوده و اسکن بصورت مکانیکی انجام شود از آرایه های رزونانسی استفاده می شود. یک آنتن آرایه موجبر شکافدار جهت کاربردهای مونوپالس به چهار ربع مشابه تقسیم می شود که هر ربع آنتن یک خروجی موجبری دارد. تمامی چهار خروجی آنتن وارد شبکه مونوپالس می شوند. شبکه مونوپالس بایستی با ترکیب سیگنال های ورودی ، از چهار خروجی آنتن سیگنال های مجموع، تفاضل در ارتفاع و تفاضل در سمت را به دست دهد. نتایج شبیه سازی این ساختار در محیط نرم افزار ، در ادامه ارائه خواهد شد.
-2 ساختار آنتن پیشنهادی
این آنتن برای کاربرد راداری هوایی از نوع آرایه رزونانسی در باند فرکانسیX با پلاریزاسیون عمودی طراحی و شبیه سازی می شود، شعاع آنتن 16.5cm و ضخامت کل آن 2.124cm می باشد - شکل. - 1 ابعاد موجبرهای استفاده شده بصورت a=21.39mm,b=5.08mm و همچنین ضخامت موجبر 1mmدر نظرگرفته شده است.آنتن از دو بخش اساسی تشکیل شده است:
-1آرایه های تشعشع کننده
-2 شبکه تغذیه مونوپالس. با توجه به حمل توان بالا ساختار آنتن کاملا موجبری می باشد. برای مونوپالس بودن آنتن، هر ربع آنتن بطور مستقل یک پورت خروجی موجبری دارد و شبکه تغذیه مونوپالس الگوهای تشعشعی مجموع و تفاضل در سمت و ارتفاع را ایجاد می کند.
-3آرایه های تشعشع کننده
برای طراحی یک آرایه از این نوع آنتن ها در ابتدا باید با چگونگی تشعشع یک شکاف و رابطه میزان تشعشع شکاف آشنا شده ، سپس به نحوه آرایه کردن شکاف ها و روابط طراحی آنها در حالت رزونانسی پرداخته شود.
3؛-1شکاف طولی
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. 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 خود تحریک می شود و در یک مد کار می کند. ساختار یک موجبر به همراه انواع شکافهای ممکن بر روی بدنه موجبر در شکل2 نشان داده شده است.
باتوجه به انتخاب پلاریزاسیون عمودی و کاربرد در رادارهای هوایی شکاف طولی برای این آنتن در نظر گرفته می شود. این نوع شکاف که با جریان های عرضی تحریک می شوند شکاف موازی نامیده شده و بوسیله شبکه ادمیتانس موازی دو پورتی مدل میشوند.[3] برای کنترل توان کوپل شده به شکاف ها، تغییر مکان شکاف های طولی نسبت به خط میانی موجبر استفاده می شود.
زیرا این چیدمان باعث می شود که 180 درجه دیگر اختلاف فاز بین شکاف های کنار هم، برقرار شود. آرایه های رزونانسی به دو روش میتوانند تغذیه شوند. یکی تغذیه از طرفین یا کناره و دیگری تغذیه از وسط است. در نوع اول، تغذیه از یکی از طرفین صورت گرفته و طرف دیگر اتصال کوتاه می شود. در نوع دوم تغذیه از مرکز موجبر صورت میگیرد و دو انتها اتصال کوتاه میگردد.
-4شبکه تغذیه مونوپالس
درکاریرد های مونوپالس به کمک چهار عدد انشعاب هایبرید 180 درجه - به عنوان مثال - Magic Tee و با توجه به ساختار نشان داده شده درشکل3 می توان سیگنال های مجموع، تفاضل در ارتفاع و تفاضل در سمت را به دست آورد. شبکه های هایبرید مورد استفاده در کاربرد های هوایی بسیار محدود هستند، چرا که محدودیت هایی از قبیل وزن، ارتفاع و اسکن مکانیکی وجود دارند. در چنین مواردی از هایبریدهای مبتنی بر Magic Tee نمی توان استفاده نمود، در عوض می توان از هایبرید های Tee مسطح استفاده نمود.
