شبیه سازی و طراحی آنتن های آرایه ای

شبیه سازی و طراحی آنتن های آرایه ای در قالب word به صورت کامل در 83 صفحه به قیمت 15000 تومان که لینک دانلود بلافاصله بعد از پرداخت نمایش داده می شود.

مبناي نظري آنتن ها بر معادلات ماكسول استوار است. جيمز كلارك ماكسول (1831-1879) در سال 1864 در حضور انجمن سلطنتي انگلستان نظريه خود را ارائه داد؛ مبني بر اينكه نور و امواج الكترو مغناطيسي پديده هاي فيزيكي يكساني دارند. همچنين پيش بيني كرد كه نور و اختلالات الكترو مغناطيسي را مي توان به صورت امواج رونده داراي سرعت برابر توجيه كرد. در سال 1882 فيزيكدان آلماني هاينريش هرتز (1894-1875) با افزايش تحقيقات در اين زمينه ادعاي ماكسول را در عمل اثبات كرد و نشان داد كه امواج الكترو مغناطيسي در فضا منتشر مي شود. هرتز، آنتن هايي از نوع دو قطبي و سهموي را نيز ساخت. مهندس برق ايتاليايي ماركوني (1937-1874) نيز يك آنتن استوانه ميكروويو در طول موج 23 سانتي متري را ساخت، ولي كارهاي بعديش براي حصول برد مخابراتي بهتر در طول موج هاي بلند تر بود.

فيزيكدان روسي الكساندر پوپوف (1895-1905) نيز اهميت كشف امواج راديويي را توسط هرتز تشخيص داد و يك سال بعد، قبل از ماركوني شروع به فعاليت كرد. اغلب افتخار كاربرد اولين آنتن در اولين سيستم راديويي را در سال 1879 براي ارسال سيگنال از كشتي به ساحل در مسافت 3 مايل به او مي دهند. در هر حال اين ماركوني بود كه راديوي تجارتي را توسعه داد و مخابرات راديويي را در ماوراي اقيانوس اطلس ايجاد كرد. ماركوني را پدر راديوی آماتور مي شناسند. لازمه ارتباط در اين سال ها با آنتن محدود به وجود مولدهاي سيگنال بود. ساخت مولدهاي سيگنال كلايستروني و مگنتروني ( در حدود يك گيگا هرتز ) باعث شد كه آنتن هاي بوقي توسعه يابند. در طول جنگ جهاني دوم اولين كوشش ها جهت توسعه آنتن هاي مدرن براي رادار انجام گرفت، و هم اكنون آنتن هاي پيشرفته اي جهت ارتباط مايكروويوي و راداري ساخته مي شوند. كه آنتن هاي آرايه فازي از جمله ي اين آنتن ها مي باشند.

قسمتی از فصل دوم پایان نامه :

ما در این فصل می خواهیم در مورد آنتن های آرایه ای بحث نمائیم. اما به علت اینکه هدف ما معرفی و شبیه سازی این آنتن های در باند X می باشد، برای این منظور در ابتدا در مورد این باند فرکانسی توضیحات مختصری را ارائه می دهیم.
فركانس‌هاي مخابراتي
همان‌گونه كه اشاره شد، امواج راديويي براي كاربردهاي گوناگون، داراي فركانس‌هاي متفاوتي هستند. بنابراين و با توجه به گستره جهاني مخابرات و ارتباطات راديويي، يك مرجع جهاني بايد وظيفه تنظيم و مديريت وضعيت فركانس‌هاي امواج را بر عهده داشته باشد تا از تداخل و اخلال جلوگيري به عمل آيد. امروزه، بخش مخابرات راديوييِ اتحاديه بين‌المللي مخابرات راه دور يا آي‌تي‌يو كه يك نهاد زيرنظر سازمان ملل متحد است، اين وظيفه جهاني را بر عهده دارد.

باندهاي فركانسي
باند فركانسي عبارت است از يك محدوده مشخص از فركانس‌ها. اتحاديه بين‌المللي آي‌تي‌يو، باندهاي فركانسي را مطابق جدول استاندارد ذيل مشخص كرده است:

ارتباطات ماهواره‌اي معمولاً در باند فرکانسي اِس‌اِچ‌اِف و گاهي نيز در باندهاي يو‌اِچ‌اِف و ئي‌‌اِچ‌اِف انجام مي‌پذيرند. اما بر اساس استانداردهاي مختلف رايج، بازه‌هاي فركانسي ديگري نيز، به‌ويژه در محدوده فركانس‌هاي ماهواره‌اي، نام‌گذاري مي‌شوند. به عنوان مثال، [موسسه مهندسان الكترونيك و الكتريك] يا «[آي‌تريپل‌ئي]» باندهاي فركانسي ذيل را بر اساس  استاندارد را در شماره 521 خود تعريف و نام‌گذاري مي‌كند:

1. باند پي (P): از 23/0 تا 1 گيگاهرتز
2. باند اِل (L): از 1 تا 2 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در خدمات ماهواره‌اي سيار
3. باند اِس (S): از 2 تا 4 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در ماهواره‌هاي سنجشي
4. باند سي (C): از 4 تا 8 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در ماهواره‌هاي ارتباطات تجاري
5. باند اِكس (X): از 8 تا 12 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در ماهواره‌هاي نظامي (از 8 تا 5/12 گيگاهرتز در ايالات متحده)
6. باند كِي‌يو (Ku): از 12 تا 18 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در ماهواره‌هاي ارتباطات تجاري (از 5/12 تا 18 گيگاهرتز در امریکا)
7. باند كِي (K): از 18 تا 27 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در ماهواره‌هاي ارتباطات تجاري (از 18 تا 5/26 گيگاهرتز در ايالات متحده)
8. باند كِي‌اِي (Ka): از 27 تا 40 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در ماهواره‌هاي ارتباطات تجاري (از 5/26 تا 40 گيگاهرتز در امریکا)
9. باند اُ (O): از 40 تا 50 گيگاهرتز
10. باند وي (V): از 50 تا 75 گيگاهرتز

قابل ذكر است كه اين محدوده‌گذاري چندان بر استاندارد آي‌تي‌يو، منطبق نيست. مثلاً بر خلاف استاندارد ارائه شده از طرف آي‌تي‌يو، آي‌تريپل‌ئي محدوده باند يواِچ‌اِف را از 300 مگاهرتز تا 1 گيگاهرتز ذكر مي‌كند. به هر حال، يك استاندارد مشخص جهان‌شمول براي اين دسته‌بندي وجود ندارد. در مراجع مختلف باندهاي فركانسي ذيل نيز تعريف شده‌اند:

• باند آر (R): از 76/1 تا 6/2 گيگاهرتز
• باند اِچ (H): از 95/3 تا 85/5 گيگاهرتز
• باند كيو (Q): از 33 تا 50 گيگاهرتز
• باند يو (U): از 40 تا 60 گيگاهرتز
• باند دابليو (W): از 75 تا 110 گيگاهرتز
• باند مايكرووِيو: از 1 تا 300 گيگاهرتز

اما بايد توجه داشت كه اگرچه تعريف و نامگذاري محدوده‌هاي متفاوت است، اينكه هر محدوده مشخص فركانسي (بدون در نظر گرفتن نام آن محدوده) براي چه منظوري و تحت چه ضوابطي مورد استفاده قرارگيرد، فقط برعهده آي‌تي‌يو است و همه كشورهاي جهان موظف به رعايت آن هستند.

بنابراین همانطور که بیان شد، باند X باند فرکانسی 8-12GHz است که کاربرد بسیار زیادی در تجهیزات مخابراتی و بخصوص در رادارها دارد.

آنتن­های آرایه ­فازی:

از ویژگی‌های آنتن‌های آرایه فازی، امکان دستیابی به پترن‌های دایرکتیو (لوب اصلی باریک) و تغییر جهت لوب اصلی آنتن است؛ ویژگی‌ای که در رادارهایی که وقتی آنتن قادر به حرکت‌های مکانیکی نیست، امکان اسکن کردن محیط وسیعی را برای آن فراهم می‌آورد.

در فرکانس های بالا، برای اکثر آنتن‌ها، الگوی تابش به شکل ایزوتروپیک نزدیک می‌شود که برای حصول الگوهای تابش دایرکتیو، آرایه فازی کردن، برای طیف وسیعی از انواع آنتن ها مفید خواهد بود.

این دسته از آنتن ها در سیستم های راداری هواپیماها کاربرد گسترده ای دارد که البته هزینه طراحی آنها نسبت به انواع دیگر، بیشتر است.

یک آرایه آنتن در حقیقت عبارت است از سیستم تشعشعی که شامل چندین تشعشع کننده یا عنصر تکی است. این عناصر در یک آرایه در کنار هم قرار دارند که هریک در میدان القائی بقیه واقع می‌شوند. بنابراین بر روی هم اثر گذاشته و یک پرتو کلی ایجاد می‌کنند که به صورت جمع برداری تک تک پرتوها حاصل می‌شود.

تئوری آرایه فازی به طور وسیعی در کاربردهای نظامی، پزشکی، ارتباطات و غیره به کار گرفته می شود.

در کاربرد های نظامی، این آنتن ها قادر به چرخش لوب اصلی پترن آنتن در زمان های بسیار کوتاه در حد چند نانو ثانیه بوده که امکان قفل بر روی تعداد بسیار زیادی از اهداف را فراهم می آورد.

آنتن های آرایه فازی اکتیو به طور گسترده توسط ارتش‌های کشورهای پیشرفته بر روی هواپیماها و رزم ناوها و پایگاه‌های زمینی و متحرک و نیز در رادارهای رهگیری موشک های بالستیک به کار گرفته می شود.

اصول آرایه ­فازی:

الزامات آرایه فازی برای سیستم ها:

• قابلیت تفکیک در زاویه است که بستگی به نقاط نیم توان بیم دارد که در رادارهای آرایه فاز ی در هر بیم نقاط نیم توان از رابطه زیر به دست می آید:

θ_3db=

3db پهنای بیم در نقاط نیم توان

k عدد ثابت بین 70درجه  و 22  رادیان

λ طول موج برحسب متر

d قطر دهانه ای که ( سلولی که ) بیم را می سازد بر حسب متر

• قدرت تفکیک در برد (cross range resolution) که با _xRδ نمایش داده می شود به صورت زیر محاسبه می شود.

جهت دانلود شبیه سازی و طراحی آنتن های آرایه ای از فرم زیر اقدام نمایید.