بخشی از مقاله
خلاصه
آنتن های آرایه ای شکافی یکی از مهمترین آنتن های کلاس مایکروویو با کاربردهای متعدد در سیستم های مخابراتی، ناوبری و رادار می باشد. اگر چه ساختارهای جدیدی از این نوع آنتن ها به از نظر شکل شکاف ها معرفی شده است ولی در طراحی آرایه های بزرگ تمایل به استفاده از ساختاره های اولیه بیش تر میشود.
ساختار تحریک این نوع از آنتن ها بوسیله صفحات غیر هم سطح و همچنین تحریک در صفحه هم سطح و به صورت مستقیم است. مهمترین هدفی که در این مقاله به انجام خواهد رسید، طراحی و شبیه سازی یک آنتن واقع بر موجبر با تغذیه بوسیله شکاف های مورب وصفحات غیرهم سطح در باند X مایکروویو میباشد. پهنای باند این آنتن 200 مگاهرتز بوده وگین آن نیز 21 دبی می باشد.
.1 مقدمه
درسیستم های راداری برای مقابله با تداخل امواج، موشک های ضد رادار و همچنین کاهش حملات آنتن هایی با ستون های جانبی انرژی کم مورد نیاز است. آرایه های شکافی طولی واقع بر موجبر بهترین گزینه برای این امر یعنی ستون های جانبی با انرژی کم میباشند. که به سبب کاربردهایی نظیر بهره بالا، کیفیت بالا، خلوص قطبش عالی و بهترین توانایی آن بالا بردن دقت کنترل در توزیع روزنه است.
هر چند که موجبرهای فلزی متعارف دارای اشکالاتی نظیر ابعاد بزرگ، وزن بالا و همچنین دشواری هایی جهت ساخت به هنگام تولید دارند. برای برطرف کردن این قبیل مشکلات ساختار SIW پیشنهاد شده است، در حالی که تحقیقات و مطالعات پیرامون آن طی چند سال گذشته به شدت افزایش یافته است
این طرح و ساختار مسطح مربوط به آن بیشتر مزیت های موجبرهای فلزی را داشته و علاوه بر آن ویژگی هایی نظیر هزینه کم، تولید انبوه و همچنین اجازه متراکم کردن و یکپارچگی کردن ساختار با همان زیر لایه را دارا می باشد.بنابراین آرایه های شکافی SIW برای کاهش سطوح انرژی جانبی بسیار کارآمد و فوق العاده هستند. مخصوصا برای کاربردهایی مانند هوابرد، سطح ماهواره ها و رادارهای کوتاه برد مورد توجه قرار دارند.
نشریه های کمی راجع به طراحی کاهش ستون های جانبی انرژی برای آرایه های شکافی SIW وجود دارد. در مرجع[4] روش کنترل تحریک آرایه های SIW خطی آورده شده است. هرچند که دستور العمل پیشنهاد شده در آن برای تحریک آرایه های سطحی و صفحه ای سختی ها و دشواری های خاص خود را دارد . که در این مورد روش کار استاندارد الیوت[5] جهت تغذیه و تحریک آرایه های شکافی موجبری تشدید شده کماکان قابل استفاده بود و به روش قبلی ترجیح داده میشود.
در حال حاضر تکنولوژی طراحی برای آرایه هایی با سطح جانبی با انرژی کم در حال توسعه است.در مرجع[6] استفاده از یک تقسیم کننده توان فازی در شبکه و ساختار تغذیه پیشنهاد شده است. هرچند که نتایج حاصل از آن نمیتوانند کاملا رضایت بخش باشند. که در طراحی آن اولین زوج از سطح جانبی را که با پرتو اصلی ادغام شده است برای ما پیدا میکند. در واقع به طور خلاصه هزینه این کاهش سطح انرژی ستون های جانبی، افزایش پهنای پرتو می باشد. در این مستند هدف طراحی یک آنتن آرایه ای طولی است، با 3 ردیف آرایه های شکافی که در هر کدام 8 شکاف وجود دارد و تحریک آن از طریق صفحات غیر هم سطح انجام میگیرد.
.2 طراحی آنتن موجبر شکافی
در شکل زیر یک آرایه خطی شامل N شکاف نشان داده شده است. فاصله بین مراکز به اندازه نصف طول موج الکتریکی منتشر شونده در موجبر می باشد. مرکز آخرین شکاف نیز در فاصل یک چهارم طول موج از انتهای بسته موجبر قرار دارد.
شکل-1 ساختار یک آرایه خطی از شکاف ها
ادمیتانس خودی ایزوله nامین شکاف و Zmn امپدانس متقابل بین nامین و mامین دو قطبی معادل می باشد.آرایه خطی n شکاف تشعشع یکنواختی در دوسمت کناره ندارد و برای دستیابی به یک الگوی تشعشی همه جهته می بایست ردیف یکسانی از شکاف ها بر روی دیگر دیواره عریض موجبر ایجاد گردد. در این حالت تعداد کل شکاف ها برابر 2n می باشد که تعداد مناسب و مطلوب جهت داشتن بهره و پهنای باند مطلوب است.
که N تعداد کل شکاف ها و slot spacing فاصله شکاف های متوالی و معمولا برابر نصف طول موج موجبر می باشد.
.3 طراحی و شبیه سازی
در ابتدا ساختار موجبر و شکاف های که باید روی آن تعبیه شوند از طریق مراجع طراحی میشوند. سپس از طریق فرمول های کتاب الیوت ابعاد این ساختار که قرار است در باند ایکس طراحی شوند، بدست میآیند. که در آن پارامتر های طراحی با این مقادیر در نظر گرفته شده اند.
لازم به ذکر است برای طراحی و محاسبه این پارامترها ، فرکانس مرکزی، طول وعرض هر ردیف از شکاف های تشعشعی را که مد نظر است، میبایست در ابتدا دانسته و سپس طراحی و محاسبات را آغاز نمود.
