بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله یک روش جدید جهت طراحی آنتن دوقطبی دوبانده فعال ارائه شده است. فرکانسهای کاری انتخاب شده برای آنتن پیشنهادی در این مقاله منطبق بر دو فرکانس 150 و 450 مگاهرتز است که در کاربردهای نظامی مختلف استفاده میشود. تکنیک اصلی استفاده شده در طرح پیشنهادی، استفاده از یک قطعه فرعی سری برای ایجاد یک رزنانس مستقل در فرکانسهای بالاتر از فرکانس رزنانس اصلی دوقطبی است.
برای ایجاد تطبیق مناسب امپدانسی در هر دو باند فرکانسی در آنتن پیشنهادی، از تکنیک ایجاد یک کابل کواکسیال داخلی در بخش تغذیه این آنتن استفاده شده است. علاوه بر این، به منظور بهبود بهره آنتن، یک تقویت کننده به صورت سری با آنتن قرار گرفته است. نتایج اندازهگیری و شبیهسازی تلفات بازگشتی، پترن تشعشعی و بهره آنتن پیشنهادی، نشان-دهنده عملکرد مطلوب این آنتن در دو باند فرکانسی مورد نظر است.
-1 مقدمه
امروزه با پیشرفت سیستم های مخابراتی چند بانده، کاربرد آنتن ها با قابلیت عملکرد در چند باند فرکانسی مستقل بیش از پیش احساس می شود 1]، .[2 از جمله آنتن های چندبانده معرفی شده می توان به مواردی همچون آنتن تک قطبی تاخورده دو بانده برای سیستم های ارتباطی زمینی [3]، آنتن دوبانده هیبریدی برای وسایل نقلیه [4]، آنتن تک قطبی دو بانده با نوار آستین شکل برای سیستم های لپ تاپ [5] و آنتن تک قطبی ریشه مانند برای دو حالت تلفن همراه UMTS و [6] WLAN اشاره کرد.
در این مقاله هدف، معرفی آنتن دوقطبی دوبانده با فرکانس های 150 و 450 مگاهرتز جهت کاربرد در سامانه های نظامی می باشد.
در یک آنتن دوقطبی مرسوم، محل تغذیه عموما نقطه میانی آنتن، یعنی دقیقا جایی است که جریان آن ماکزیمم می شود. اما آنتن پیشنهادی در این مقاله از نوع آنتن های دوقطبی با تغذیه خارج از مرکز و به صورت نامتقارن میباشد. آنتن دوقطبی نامتقارن دارای دو رزنانس در فرکانس های 150 و 450 مگاهرتز می باشد که برای ایجاد تطبیق مناسب امپدانسی در باند دوم فرکانسی از تکنیک ایجاد یک کابل کواکسیال داخلی در این آنتن استفاده شده است. فاصله بین قوطی ها و همچنین محل و نوع تغذیه آنتن دوقطبی که به صورت نامتقارن می باشد، بر اساس شکل پترن مورد نیاز در فرکانس های مختلف و همچنین میزان تطبیق امپدانسی در دو فرکانس رزونانس انتخاب شده است. جهت بهبود بهره این آنتن نیز از یک تقویت کننده مناسب به صورت سری با آنتن استفاده شده است. در ادامه ابتدا آنتن پیشنهادی در حالت غیر فعال بررسی می شود و سپس عملکرد آنتن در حضور تقویت کننده مجددا بررسی خواهد شد.
شکل .1 ساختار کلی بدنه بیرونی آنتن پیشنهادی به همراه اجزا مختلف آن
-2 طراحی آنتن
شکل 1 ساختار کلی آنتن دو قطبی دو بانده پیشنهادی را نشان می دهد. بطور کلی آنتن از دو قسمت مجزا تشکیل شده است، قسمت اول بدنه بیرونی آنتن است که مطابق با شکل 1 شامل 8 جزء می باشد و قسمت دوم، بخش داخلی که شامل اتصالات مربوط به تقویت کننده و کانکتورها است و به منظور سهولت حمل و کوچک شدن ابعاد نهایی آنتن، در داخل بدنه جانمایی شده اند.
8 جزء اصلی بدنه بیرونی آنتن به ترتیب شماره شامل -1 قوطی پایینی به همراه صفحه تخت ، -2 قوطی بالایی با اتصال داخلی، -3 استوانه فلزی، -4 مهره، -5استوانه تفلونی، -6 مکعب تفلونی بیرونی، -7 مکعب تفلونی داخلی و - 8 درپوش تفلونی می باشد. جنس قوطی و صفحه پایینی و قوطی بالایی از آلومینیوم - با پوشش آلوداین - است. قوطی پایینی به همراه صفحه تخت در واقع نقش یکی از دو بازوی آنتن دوقطبی را ایفا می کند. صفحه فلزی تخت در انتهای این بازو آنتن، جهت شکل دهی به پترن آنتن در دوباند فرکانسی مورد نظر استفاده می شود.
قوطی بالایی با اتصال داخلی که دومین قطعه از بدنه آنتن پیشنهادی می باشد، از دو بخش درونی و بیرونی مطابق با شکل - 2ب - تشکیل شده است. بخش درونی که دارای ابعاد کوچکتری بوده در واقع نقش اصلی را در ایجاد فرکانس رزنانس دوم این آنتن بر عهده دارد. استوانه فلزی نشان داده شده در شکل 2 - ج - وظیفه اتصال مغزی کانکتور به قوطی بالایی را برعهده دارد. همان طور که در شکل - 2ج - مشاهده می کنید داخل این استوانه جهت اتصال مغزی کانکتور رزوه شده است. ابعاد قطعات طراحی شده به همراه مقادیر آن ها در جدول 1 بر حسب میلی متر به طور کامل آمده است.
جدول .1 ابعاد قطعات طراحی شده آنتن پیشنهادی - ابعاد قطعات طراحی شده بر حسب میلی متر است -
شکل .2 ابعاد قطعات آنتن دو قطبی فعال الف. قوطی پایینی به همراه صفحه تخت ب. قوطی بالایی با اتصال داخلی ج. استوانه فلزی
ابعاد کلی آنتن شامل طول قوطی بالایی و طول قوطی پایینی جهت قرار گیری اولین فرکانس رزنانس آنتن در حدود 150 مگاهرتز - در محدوده 30 درصد اول پهنای باند - انتخاب شده است. همچنین طول قطعه فرعی داخل قوطی بالایی جهت قرارگیری دومین فرکانس رزنانس در حدود 450 مگاهرتز - در محدوده 30 درصد آخر پهنای باند - انتخاب شده است. ابعاد صفحه تخت پایین جهت شکل دهی مناسب پترن در فرکانس های مختلف انتخاب شده است. فاصله بین قوطی ها و همچنین محل و نوع تغذیه آنتن دوقطبی که به صورت نامتقارن می باشد، بر اساس شکل پترن مورد نیاز در فرکانس های مختلف و همچنین میزان تطبیق امپدانسی در دو فرکانس رزنانس انتخاب شده است.
همان طور که در شکل 3 نشان داده شده است، بخش تغذیه آنتن پیشنهادی شامل کانکتور اتصال به بدنه، تقویت کننده و کانکتور خروجی آنتن می باشد که تماما در داخل قوطی پایینی - قطعه شماره - 1 قرار می گیرد. لازم به ذکر است جهت طراحی آنتن فعال در باند 500-30 مگاهرتز از تقویت کننده ZKL-+1R5 ساخت شرکت Mini-circuits استفاده شده است که پهنای باند فرکانسی وسیع از 10 تا 1500 مگاهرتز دارد. تقویت کننده دارای بهره بالا در حدود 40 دسیبل در کل پهنای باند 30 تا 500 مگاهرتز، ابعاد کوچک و وزن پایین و توان مصرفی پایین در حدود 1/5 وات است.
محل نصب کانکتور تغذیه آنتن دقیقا در داخل قوطی پایینی و مماس بر کف داخلی آن میباشد. به منظور تطبیق امپدانسی بهتر آنتن پیشنهادی در هر دو باند فرکانسی، بخش اتصال کانکتور تغذیه آنتن به بدنه قطعه شماره 1 ، به گونهای طراحی شده است که به صورت یک کابل هم محور 50 اهمی عمل کند. برای درک بهتر به شکل 2 - الف - نگاه کنید. در واقع اندازه سوراخ تغذیه که در آن یک حلقه تفلونی قرار می گیرد به گونه ای انتخاب شده که با توجه به قطر مغزی کانکتور تشکیل یک کابل کواکسیال داخلی را می دهد.
شکل :3 شبکه تغذیه آنتن فعال باند 500-30 مگاهرتز؛ جانمایی شده در داخل قوطی پایینی
