بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک آنتن آرایه موجبری شکافدار رزونانسی مونوپالس پهن باند برای کاربرد رادارهای هوایی و پرنده طراحی شده است.این آنتن دارای پهنای باند فرکانسی 9,86-8,94GHz ، جهت دهی 27,9dB و سطح گلبرگ کناری پایین می باشد. در این نوع آنتن رزونانسی، برای داشتن پهنای باند زیاد از زیر آرایه های تغذیه شده با شبکه تغذیه ترکیبی - corporate - استفاده شده و در مقایسه با آنتن های نمونه ، پهنای باند وسیعی بدست آمده 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 تشعشعی مجموع و تفاضل در راستای سمت و ارتفاع خواهد بود . به لحاظ کاربرد خاص ، آنتن به گونه ای طراحی شده که ساختار فشرده شبکه تغذیه ترکیبی و مونوپالس آن ، وزن و حجم بسیار کمی را اشغال می کند.
کلمات کلیدی: آنتن آرایه موجبری شکافدار رزونانسی ، مونوپالس، پهن باند، شبکه تغذیه ترکیبی - corporate -
.1 مقدمه
آرایههای موجبر شکافدار درسال 1943 در دانشگاه McGill در Montreal ابداع گردید . سادگی هندسه ساختار آنتنهای موجبری شکافدار، بازدهی خوب، توانایی ایجاد امواج با پلاریزاسیونهای خطی، توانایی ارسال پرتوهای broadside، قابلیت حمل توان بالا ،کوچک بودن ، مسطح بودن و الگوی تشعشعی با بهره بالا و ... از ویژگیهای مهم این نوع آنتنها است که سبب شده در کاربردهای هوایی و راداری مورد توجه قرار بگیرند.[2-1] 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. یک شکاف باریک در صفحه زمین نامحدود را می توان مکمل یک دایپل در فضای آزاد دانست.
این مسئله توسط H. G. Booker توصیف شده است که اصل بابینت را از اپتیک به این حالت تعمیم داده است. به این ترتیب شکاف همان پترن تشعشعی شبیه دایپل با ابعاد یکسان را دارد با این تفاوت که جای میدان های HوE تغییر می کند .به عبارت دیگر شکاف یک دایپل مغناطیسی است به جای آنکه دایپل الکتریکی باشد .در نتیجه پلاریزاسیون آنتن به میزان 90درجه چرخش می کند .لذا تشعشع از یک شکاف عمودی دارای پلاریزاسیون افقی است . پس یک شکاف عمودی پترن یکسانی با یک دایپل افقی با همان ابعاد دارد. [3 ] طول، موقعیت، شیب و عرض شکاف رفتارالکتریکی را بر حسب تشعشع و امپدانس کنترل می کند. با تنظیم این پارامترهای ساختاری می توان به بهره، سطح گلبرگ کناری و تلفات بازگشتی مشخص در طراحی آرایه دست یافت [4] .
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. در آرایه های رزونانسی ، تعداد شکافهایی که میتوان در یک بخش از موجبر ایجاد نمود محدود است. پهنای باند امپدانسی آرایه موجبری، با افزایش تعداد المان ها به سرعت کم میشود.
برای رسیدن به پهنای باند زیاد در طراحی این آرایه ها ، آنتن از زیرآرایه هایی تشکیل می شود که در کنار یکدیگر قرار گرفته اند و آرایه اصلی را تشکیل می دهند و تغذیه آن ها بصورت شبکه تغذیه ترکیبی - - corporate در نظر گرفته می شود.[7-5] 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 ، سیگنال های مجموع، تفاضل در ارتفاع و تفاضل در سمت را به دست دهد.[8] در این مقاله ، محدودیت های پهنای باند زیاد، حجم کم ساختار و فشرده سازی و ... نسبت به نمونه های مشابه از چالش های پیش رو بوده است. شبیه سازی آنتن طراحی شده به کمک نرم افزار CST Microwave Studio که یک تحلیلگر میدانی تمام موج می باشد، انجام می کیرد.
.2 ساختار آنتن پیشنهادی
آنتن پیشنهادی از نوع آرایه رزونانسی در باند فرکانسیX با پلاریزاسیون عمودی و مرز دایروی طراحی و شبیه سازی می گردد، شعاع مرز دایروی آنتن 17cm و ضخامت کل آن 2,124cm می باشد - شکل. - 1 با توجه به باند فرکانسی آنتن و کاهش حجم ساختار ، از موجبر مستطیلی استاندارد WR-90 کاهش یافته استفاده شده است بدین صورت که عرض موجبر برابر با 2,286cm ، ارتفاع 0,508cm و ضخامت آن 1mm می باشد. با توجه به حمل توان بالا، آنتن طراحی شده از سه لایه کاملا موجبری تشکیل شده است: -1زیرآرایه های تشعشع کننده - 2شبکه تغذیه ترکیبی -3 corporate شبکه تغذیه مونوپالس. لایه اول آنتن از کنار هم قرار گرفتن موجبرهای مستطیلی ایجاد شده است که آرایه صفحه ای از شکاف های تشعشعی را تشکیل می دهند. در لایه دوم تقسیم کننده های توان Tee-Hplane بصورت شبکه تغذیه ترکیبی قرارگرفته و در لایه سوم شبکه مونوپالس مسطح ویژه کاربرد هوایی برای داشتن الگوی تشعشعی مجموع و تفاضل ایجاد شده است.
