Downloaded 273 times
تئوری آنتن های ماهوره ای
- 1. تئوری آنتن هایماهوره ای تهیه کننده :دانیال خسروی
- 2. • تشعشع وانتشارموج •مبانی آنتن • آنتن های کاربردی در مخابرات ماهوارهای
- 3. • اصول تشعشعدر امواج الکترو مغناطیسی • انتشار امواج • امواج زمینی • امواج آسمانی • امواج فضایی • مخابرات سماوی (خارج از زمین)
- 4. تابش الکترومغناطیسی تابش الکترومغناطیسییا انرژی الکترومغناطیسی براساس تئوری موجی، نوعی موج است که درفضا انتشار می یابد واز میدان های الکتریکی و مغناطیسی ساخته شده است. این میدان ها در حال انتشار بر یکدیگر و بر جهت پیشروی موج عمود هستند.گاهی به تابش الکترومغناطیسی نور می گویند، ولی باید توجه داشت که نور مرئی فقط بخشی از گستره امواج الکترومغناطیسی است. امواج الکترومغناطیسی بر ٔ حسب بسامدشان به نام های گوناگونی خوانده می شوند: امواج رادیویی، ریزموج، فروسرخ(مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نام ها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شده اند. ماهیت فیزیکی امواج الکترومغناطیسی را نخستین بار ماکسول پیش بینی کرد و سپس هاینریش هرتز آن را با آزمایش به اثبات رساند. ماکسول پس از تکمیل نظریه الکترومغناطیس، از معادالت این نظریه شکلی از معادله موج ٔ ٔ را به دست آورد و بنابراین نشان داد که میدان های الکتریکی و مغناطیسی هم می توانند رفتاری موج گونه داشته باشند. سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی از معادالت ماکسول درست برابر با سرعت نور به دست می آمد،و ماکسول نتیجه گرفت که نور هم باید نوعی موج الکترومغناطیسی باشد.طبق معادالت ماکسول، میدان الکتریکی متغیر با زمان باعث ایجاد میدان مغناطیسی می شود و برعکس. بنابراین اگر یک میدان الکتریکی متغیر میدان مغناطیسی بسازد، میدان مغناطیسی نیز میدان الکتریکی متغیر می سازد و این گونه موج الکترومغناطیسی ساخته می شود و پیش می رود.
- 6. قطبش (موجها) قطبش یاپالریزاسیون یکی از ویژگیهای امواج عرضی است که جهت نوسان را در صفحهٔ عمود بر انتشار موج نشان ِ میدهد. در الکترومغناطیس، قطبش یک موج الکترومغناطیسی (مانند نور) نشاندهنده جهت بردار میدان الکتریکی آن ِ ِ ٔ نسبت به راستای انتشار است. ِ در امواج قطبشهای متفاوتی را میتوان دید؛ از جمله قطبش بیضوی و دایروی (که نوع خاصی از قطبش بیضوی است) و قطبش خطی. انواع قطبش امواج طولی مانند صوت قطبش ندارند، زیرا راستای نوسان در این امواج در راستای پیشروی آنها بوده و بنابراین به طور یکتا تعیین میشود. ولی در امواج عرضی مانند نور جهت نوسان میدان الکتریکی یکتا نیست و با قطبش تعیین میشود. قطبش عمود بر مسیر حرکت موج است. در این حالت میدان الکتریکی در یک جهت هدایت میشود (قطبش خطی) یا ممکن است که آن به حالت چرخشی درآید مثل حرکت موج (قطبش چرخشی یا فشرده) در حالتهای دیگر نوسانها میتوانند در حرکت به طرف راست یا چپ بچرخند. طبق اینکه کدام چرخش در یک موج مشخص نشان داده شود به آن گردش میگویند. در کل قطبش موج الکترومغناطیسی یک مسئله پیچیدهاست. برای مثال در یک موج مثل فیبرنوری یا پرتوهای پالریزه شده در فضای آزاد، توضیح دادن پالریزاسیون موج پیچیدهتر است، چون میدانها اجزای طولی و عرضی دارند. برای موجهای طولی مثل امواج صوتی در سیالها، جهت نوسان به وسیله مسیر حرکت مشخص میشود و بنابراین قطبشی وجود ندارد. در یک وسیله جامد امواج صوتی میتوانند به صورت عرضی باشند. در این حالت قطبش با مسیر تنش برشی در سطح عمود بر جهت انتشار در ارتیاط است. این موضوع در زلزلهشناسی اهمیت دارد. قطبش در زمینه علوم و تکنولوژی در رابطه با انتشار موج اهمیت دارد مثل علوم نوری، مخابرات و علوم رادار. قطبش نور را میتوان با یک قطبش اندازه گیری کرد.
- 8. • ساده ترینمظهر قطبش که قابل تصور است موج تخت میباشد که تقریب مناسب در اکثر امواج نوری هستند.(یک موج تخت عبارت است از یک موج با جبهه موج وسیع و بلند) برای توابع موجهای تخت «مکس ول» مخصوصا قوانین گاوس نیاز به نوسنجی را تحمیل میکند که میدان الکتریکی و مغناطیسی عمود بر جهت انتشار و عمود بر یکدیگر هستند. وقتی که قطبش را در نظر میگیریم بردار میدان الکتریکی مشخص میشود و میدان مغناطیسی نادیده گرفته میشود، چون آن عمود بر میدان الکتریکی در یک موج تخت به طور دلخواه به دو مولفه عمود بر هم تحت عنوان xوyتقسیم میشوند. برای مثال یک موج هارمونیک در جائیکه دامنه بردار الکتریکی در حالت سینوسی در زمان متفاوت است، دو مولفه دقیقا دارای فرکانس یکسانی هستند. با این حال این مولفهها دارای ویژگیهای مشخص دیگری هستند که با هم فرق دارند. اوال دو مولفه دارای دامنه یکسانی نیستند، ثانیا دو مولفه دارای فاز یکسانی نیستند یعنی اینکه آنها همزمان به حداقل و حداکثرنمیرسند. از نظر ریاضی میدان الکتریکی در یک موج به صورت زیر نوشته میشود:
- 9. • حالت قطبش •طرح ترسیم شده در یک طرح ثابت با بردار الکتریکی مثل یک موج صفحهای که از آن میگذرد، حالت قطبش را نشان میدهد. شکلهای باال بعضی از نمونههای تغییر شکل بردار میدان الکتریکی را با زمان (محورهای عمودی) در یک نقطه ٔ مشخص در فضا در راستای مولفههای xو yرا نشان میدهد و مسیر با نوک بردار در صفحه مشخص میشود. تغییر مشابه زمانی رخ میدهد که به میدان الکتریکی در یک زمان مشخص نگاه کنیم در حالی که تغییر نقطه در فضا در راستای خالف جهت انتشار باشد: خطی، دایرهای، بیضی. در سمت چپ ترین شکل باال دو مولفه قائم در فاز وجود دارند. در این حالت نسبت مقاومت دو مولفه ثابت است، بنابراین جهت بردار الکتریکی هم ثابت است چون نوک بردار یک خط در صفحه رسم میکند این حالت خاص را قطبش خطی مینامند. مسیر (جهت) این خط به نوسان نسبی در دو مولفه بستگی دارد. در شکل وسط دو مولفه عمود بر هم دقیقا نوسان یکسانی دارند، دقیقا ۰۹ درجه خارج از فاز هستند. در این حالت یک مولفه صفر است. وقتی مولفه دیگر در دامنه مینیمم یا ماکسیمم باشد دو رابطه فازی احتمالی وجود دارند که این نیازمندی را جبران میکنند. مولفه xنود درجه از مولفه yجلو است یا آن میتوان ۰۹ درجه از مولفه yعقب باشد در این حالت مخصوص مدار الکتریکی یک دایره در سطح رسم میکند. این حالت به خصوص را قطبش دایرهای (چرخشی) مینامیم. جهت چرخشهای میدان به این بستگی دارد که کدام دو رابطه فازی موجود باشد. این حالت را قطبش دایرهای دست راست و قطبش دایرهای دست چپ نامیده میشوند و بستگی به این دارند که کدام جهت بردار الکتریکی میچرخد. حالت دیگر وقتی است که دو مولفه در فاز نباشند و با دامنه یکسانی نداشته باشند یا ۰۹ درجه بیرون از فاز نباشند. اگرچه فاز آنها عوض میشود ونسبت دامنه آنها ثابت میماند. این نوع قطبش، قطبش بیضی شکل نامیده میشود چون بردار الکتریکی یک بیضی در سطح رسم میکند. این در شکل باال در سمت راس نشان داده شدهاست. تجزیه دکارت در میدان الکتریکی در مراحل X.Yبه صورت اختیاری است. امواج صفحهای در هر پالریزاسیون با جایگزین کردن ترکیب دو موج پالریزه شده بیضی شکل برای نمونه امواج در خالف پالریزاسیون دایرهای مشخص میشوند. تجزیه پالریزاسیون دکارت وقتی طبیعی است که با انعکاس از سطوح، انکسار مضاعف مواد، یا انعکاس سینکروترون سر و کار داشته باشد. حالتهای پالریزه شده دایرهای سودمندترین پایه و اساس برای تحقیق درباره انتشار نور در ایزومر فضایی هستند. اگرچه این بخش پالریزاسیون را برای امواج صفحهای ایده آل مورد بررسی قرار میدهد ولی تمام مواد باال را میتوان برای تشخیص خیلی دقیق و صحیح اکثر آزمایشهای اپتیکال(نوری)عملی که از روش های METاستفاده میکنند بکار برد. که شامل اپتیک گاس هم میشود.
- 10. جذب (الکترومغناطیس) درجذبش یاجذب یک تابش الکترومغناطیسی، فرآیندی است که در آن انرژی یک فوتون توسط ماده (معموال الکترونهای یک اتم) گرفته میشود. بدین شکل انرژی الکترومغناطیسی به دیگر شکلهای انرژی مانند گرما تبدیل میشود. جذب نور در زمان انتشار موج را تضعیف میگویند. معموال جذب امواج به شدت آنها بستگی ندارد (جذب خطی)، با این وجود در شرایط ویژه، محیط انتقال ممکن است شفافیت خود را بر اساس شدت موجی که از آن میگذرد تغییر دهد و جذب اشباعپذیر (جذب غیر خطی) رخ دهد.
- 11. پایین تر از01گیگ جزب جزیی است از فرکانس های 32 یا 081 گیگا هرتز نیز جز در هوای خشک استفاده نشود فرکانس 06 و 021 گیگا هم در فواصل دور به کار برده نشود. فرکانس های 33 و 011 گیگاهرتز جذی کمتری وجود دارد و بهآن پنجره گویند با افزایش رطوبت جذب افزایش می یابد جذب در فرکانس های پایین جز در مصافت های دور ناچیز است. مثال رادار در هوای خشک آشکارسازی تا حدود 57 کیلمتر دارد و در هوای شدید بارانی 8 کیلومتر برد دارد.
- 12. تفرق امواج رادیویی اصلهویگنس در نورشناسی اصل هویگنس روشی برای تحلیل انتشار موج است. این اصل میگوید هر نقطه از موج پیشرونده خودش چشمهای تازه در انتشار موج است. موج نهایی جمع همهٔ این موجهای پیشرونده است. تاریخچه شکست نور از دید اصل هویگنس اولین گام در خصوص این مسئله مقالهای بود که در سال ۹۶۰۱/۰۶۹۱ تحت عنوان رساله در باب نور منتشر شد، که فیزیکدان هلندی به نام کریستیان هویگنس یازده سال پیش از آن تاریخ آن را نوشته بود. آنچه را که او در این مقاله اعالم کرده بود حاال به نام اصل هویگسن معروف است. مضمون اصل هویگنس هر نقطه روی جبهه موج اولیه همانند یک چشمه امواج کروی ثانویه عمل میکند. بطوریکه جبهه موج اولیه در لحظه بعدی پوش این موجکهای ثانویه است. افزون بر این، این موجکها با این سرعت و فرکانس مساوی با سرعت و فرکانس موج اولیه در هر نقطه از فضا به پیش میروند. اگر محیط همگن باشد، این موجکها میتوانند با شعاعهای متناهی تشکیل شوند. در صورتیکه اگر محیط ناهمگن باشد، موجکها به ناچار شعاعهای بینهایت کوچکی خواهند داشت.
- 13. تفرق در 2مورد بسیار مهم است اول سیگنالی که در پشت ساختمان های بلند ،کوه ها و موانع دیگر در تیجه تفرق می تواند دریافت شود.دوم، در طراحی آنتن های ماروویو ، تفرق با ایجاد گلبرگ ها کناری ، می تواند تشعشع در حوزه وسیعتری را نسبت به آنتن های با حوزه تشعشع باریک که اغلب مورد نیاز است ، ارائه دهد.
- 14. انتشار امواج امواج زمینی امواجآسمانی امواج فضایی انتشار موج به هر یک از از روشهای جابهجایی موجها گفته میشود در مورد موجهای الکترومغناطیسی انتشار ممکن است در خالء یا در محیط مادی صورت پذیرد اما بیشتر دیگر گونههای موج نمیتوانند در خالء انتشار یابند. یک پارامتر مفید برای توصیف انتشار، سرعت موج است، که بیشتر از همه به چگالی محیط انتقال وابسته است.
- 15. چگونگی انتشار امواجرادیویی امواج رادیویی از مسیرهای متفاوتی بین فرستنده و گیرنده را طی میکنند که مهم ترین آنها عبارتند از :امواج زمینی-امواج آسمانی و امواج فضایی. 1-امواج زمینی(:)ground waveامواج زمینی امواجی هستند که مسیر حرکتشان در سطح زمین است و انحنای زمین را طی میکنند.امواج زمینی به امواج سطحی نیز معروف اند.امواج زمینی موقعی وجود دارند که گیرنده و فرستنده نزدیک سطح زمین باشند چون فرکانس این امواج کم است لذا مسافت کمی را طی میکنند. این سطح امواج بیشتر در ناوبری کاربرد دارند بازده آنتن های آن کم است در نیجه دکل های بلند و با توان زید به کار می رود.از 01 تا 011 کیلوهرتز مربوط به ناوبری و مخابرات دریایی متحرک دارد.
- 17. 2-امواج آسمانی(:)sky waveانشارامواج آسمانی به نوعی انشار اطالق می گردد که در آن امواج رادیویی منشر شده در فضا بعد از برخورد با الیه های یونیزه ی جو (یونسفر)مجددا به طرف زمین منحرف می گردند. ناحیه ی یونیزه ی جو از 05کیلومتری سطح زمین شروع می شود و تا ارتفاع 004کیلومتری ادامه می یابد. ناحیه ی یونسفر خود به سه الیه تقسیم بندی شده است که به ترتیب (ارتفاع)به الیه های F,E,Dمعروف اند. الیه یFخود به الیه های فرعی مانند 1Fو2Fتقسیم بندی می شود.در شکل زیر چگونگی تقسیم بندی الیه های مختلف یونسفر در طول شب روز نشان داده شده است.الیهDکه موجب جذب امواج رادیویی در محدوده ی فرکانسی معینی می شود و در طول شب وجود ندارد. الیه Dدر ارتفاع 05تا09کیلومتری قرار دارد و فقط در هنگام روز به وجود می آید.اگر چه این الیه به عنوان منعکس کننده ی امواجELFوVLFو قسمتی ازLFعمل می کند ولی نقش عمده ای در جذب انرژی دارد و در نتیجه در طول روز موجب تضعیف امواج رادیویی در باند MFوHFمی شود.الیه یEدر ارتفاع 09تا03کیلومتری قرار دارد و چگالی یون آن در طول روز بسیار باالتر از هنگام شب است.به همین دلیل است که امواج رادیویی به هنگام روز در باند متوسط شدیدا در این الیه تضعیف می شوند.در طول شب امواج باند متوسط با کمترین تضیعیف به طرف زمین منعکس می شوند. الیهFکه در ارتفاع 031کیلومتری به باال قرار دارد.در هنگام روز به دو الیه1Fو2Fتقسیم می شود.بطوری که الیه ی 1Fدر ارتفاع 031کیلومتری تا012کیلومتری قرار دارد.آنچه در پخش صدای رادیو موج کوتاه از اهمیت ویژه ای برخوردار است وجود الیه های Eو Fاست. انعکاس امواج رادیویی HFدر الیه Fامکان برقراری ارتباط رادیویی بین نقاط بسیار دور را فراهم می سازد.
- 18. جهت برقراری یکارتباط رادیویی بین نقاط (Aفرستنده)و(Bگیرنده)از طریق انعکاس الیه Fدو حالت زیر را در نظر می گیریم. الف-اگر فرکانس از حد معینی(حدود03مگاهرتز)بیشتر باشد امواج منعکس نمی شوند و ادامه ی مسیر خواهند داد. ب-اگر فرکانس منتشر شده از فرستنده در باندMWوSWقرار داشته باشد و موج منتشر شده دارای انرژی کافی باشد و تحت زاویه ی معینی تابیده شود.در زمانی که به الیه یEمی رسند از آن عبور میکنند و پس از برخورد با الیه Fبه طرف زمین منعکس می شوند.این امواج در نقطه دیگری از سطح زمین قابل دریافت است. به عبارت دیگرالیه ی Fبه عنوان یک آنتن عمل میکند.به عنوان مثال امواج منتشر شده از فرستده ی Aپس از رسیدن به نقطه منعکس می شود و در نقطه ی Bقابل دریافت است.
- 20. محدوده فرکانسی امواجرادیویی و نوع انشار آنهاامواجی که فرکانس آها بین03KHzتا003KHzقرار دارد به امواج زمینی معروف اند و با LFنشان داده می شوند.و از آنها در باند رادیو های موج بلند استفاده مشود. امواجی که فرکانس آنها بین 003KHzتا3MHzقرار دارد ()MFدارای مولفه ی زمینی قوی و آسمانی ضعیف اند امواجی که فرکانس آنها بین003MHzتا3GHzقرار دارد(VHFو)UHFدارای مولفه ی فضایی قوی اند.از این رو به امواج فضایی معروف اند. انشار امواج فضایی به انشار در امتداد دید()LINE OF SIGHTنیز معروف است چرا که باید فرستنده و گیرنده در دید مستقیم یکدیگر قرار بگیرندتا بتوانند ارتباط برقرار کنند امواج فضایی در تلویزیون استفاده می شود.در شکل زیر چگونگی انتشار امواج فضایی آمده است. موج متوسط ()MWکه در محدوده ی 535کیلوسیکل تا5601کیلو سیکل قرار دارد و به صورت زمینی و آسمانی منتشر می شود. موجFMنیز که در محدوده ی 88تا801مگاهرتز واقع است به صورت امواج فضایی منتشر می شود. -پدیده ی فدینگ(_)FADINGمحو شدن اگر امواج زمینی و آسمانی از یک فرستنده منشر میشوند همزمان به گیرنده رادیویی برسند ممکن است در صورت هم فاز بودن باعث زیاد شدن صدای بلندگو شوند.این امواج اگر در فاز مخالف باشند باعث ضعیف شدن یا قطع صدای بلندگو می شوند.این پدیده به فدینگ معروف است.
- 24. بخش دوم مبانیآنتن ها
- 25. مقدمه براي تزویج خروجيیك فرستنده و یا ورودي یك گیرنده بفضا نوعي سیستم واسطه ضروري است . ساختمان این سیستم باید طوري باشد كه توانایي تشعشع امواج الكترومغناطیسي و یا دریافت آنها راداشته باشد . آنتن چنین سیستمي است و این سیستم براي تبدیل جریان فركانس زیاد به امواج الكترومغناطیسي و یا بالعكس بكار برده مي شود.معموال آنتن از یك جسم فلزي ، اغلب به صورت سیم یا مجموعه اي از سیمها درست شده است. در RFمكانیسم هاي واقعي تشعشع را میتوان توسط معادالت ماكسول بطور كمي تشریح نمود . مطالعه رفتار یك جریان یك سیم نشان مي دهد كه تمام انرژي اعمال شده به یك سرسیم به انتهاي آن نرسیده و قسمتي از آن فرار مي كندیعني تشعشع حاصل مي شود.همچنین میتوان رابطه ریاضي براي این انرژي فراري بدست آورد، كه در نتیجه نه فقط میزان انرژي بلكه جهات یا جهات تشعشع آن مشخص مي شود. چون این روش محاسبه تشعشع كمي پیچیده است ، در اینجا تشعشع را از جنبه نظر كیفي بر پایه رفتار امواج ساكن و متحرك در یك خط انتقال مورد بررسي قرار مي دهیم.
- 26. چگونگی تشعشع خط انتقالمدار باز شكل 1 را در نظر بگیرید مشاهده میشود مشاهده مي شود امواج رفت و برگشت با یكدیگر تركیب شده و موج ساكن در حالیكه شكم ولتاژ در نقطه مدار باز است ، عرضه مي گردد.در اینجا تمام انرزي از محل مدار باز به خط انتقال منعكس نمي گردد بلكه قسمت كمي از انرژي الكترو مغناطیسي از سیستم فرار نموده و بنابراین تشعشع حاصل مي شود تشعشع به خاطر اینست كه در خطوط نیرویي كه بطرف مدار باز در حرزكت هستند بصورت معكوس شدن فاز ، وقتي كه به مدار باز مي رسند رخ مي دهد. به دو علت قسمتي از موج كه از سیستم فرار میكند نسبت به باقیمانده موج ، خیلي كوچك است اول ، اگر محیط اطراف را بعنوان بار خط انتقال بحساب آوریم ، دیده مي شود كه عدم تطبیق به وقوع مي پیوندد . در نتیجه مقدار كمي از توان در بار تلف میشود. واضح است تشعشع از یك انتها ،تشعشع از انتهاي دیگر را حذف میكند علت اینست كه آنها داراي پالریته متفاوتي بوده ودر فاصله اي خیلي كوچكتر از طول موج واقع شدهاند. عكس مطالب فوق هم صادقست ، یعني خطوط انتقال دوسیمه در فركانس پایین تشعشع نمیكنند.براي حل مسئله فوق بنطر مي رسد كه قسمت مدار بار را وسیع سازیم
- 27. وقتي دو سیمرا دریك خط بصورت شكل خط حركت نموده -aخم مي كنیم بسبب باز شدن دو سیم از یكدیگر امواج در امتداد و به سختي در انتهاي سیم ها تغییر فاز میدهند .در اینجا میدان الكتریكي ( و همچنین میدان مغناطیسي ) بجاي اینكه بین دو سیم محدود شده باشد كامالً به فضاي اطراف تزویج خواهد شد لذاحداكثرتشعشع بوقوع مي پیوندد. بچنین تشعشع كننده اي یك دو قطبي مي گویند . وقتي كه مجموع طول دو سیم برابر با نصف طول موج باشد آنتن را دو قطبي نیم موج مي گویند كه شكل آن بصورت تشعشع زیادي -3cمي باشد . در اینحالت بوقوع مي پیوندد . دلیل این افزایش این است كه امپدانس كمي در نقطه اتصال بخط انتقال داشته ودر نتیجه جریان زیادي از خط انتقال به ورودي دو قطبي نیم موج اعمال شده و بازدهي تشعشعي زیادي به دست مي آید .
- 28. مشخصات گوناگون آنتنها بصورت اعداد مطلقي نمایش داده نمي شوند . این مشخصه ها را نسبت به مشخصه هاي نظیر آنتن هاي استاندارد تعیین مي كنند . آنتن هاي استاندارد تئوري را ساده نموده ولي الزم نیست كه در عمل وجود داشته باشد . همچنین میتوان بسادگي آنها را مشاهده و محاسبه نمود . یكي از چنین آنتن هاي مرجعي ، دو قطبي بینهایت كوچك است كه بصورت یك جفت كره نزدیك به یكدیگر داراي ظرفیت و با فاصله و ابعاد صرف نظر كردني است . آنتن مرجع دیگر نیز عبارت است از یك دو قطبي ابتدایي كه ساده ترین آنتن سیمي است . این دو قطبي بینهایت نازك بوده و داراي طولي خیلي كوچكتر از طول موج ג مي باشد . با استفاده از معادالت ماكسول شدت میدان تشعشع شده بصورت ذیل بدست مي آید در اینجا : شدت میدان تشعشعي بر حسب ولت بر متر =ε 021 اهم ) )пامپدانس مشخصه فضاي ازاد =Z فاصله نقطه اي كه شدت میدان در آن اندازه گیري شده از دو قطبي ابتدایي =D سرعت نور در فضاي آزاد =Vc زاویه انحراف =θ اولین جمله معادله فوق دامنه میدان الكتریكي را در فاصله معین بما مي دهد . مشاهده مي شود كه این شدت میدان بستگي به توان انتشاري داشته و بطور معكوس متناسب با فاصله از منبع تشعشعي ( در اینحالت دو قطبي كوچك است ) . همچنین مشاهده مي شود كه دامنه میدان الكتریكي براي دو قطبي هاي كوتاه بازاء هر طولي مناسب است با نسبت طول آن به طول موج
- 29. تشعشع كننده هايسیمي در فضا : تشعشع كننده هاي سیمي ساده ترین نوع تشعشع كننده ها بوده و ممكن است بصورت تعداد زیادي دو قطبي كه در انتهاي یكدیگر متصل شده اند در نظر گرفته شوند در نتیجه خواص آن شبیه به دو قطبي خواهد بود توزیع هاي ولتاژ و جریان : مانند یك خط انتقال یك آنتن در عمل داراي طولي برابر اندازه بخشي قابل توجه از طول موج و بعضي اوقات حتي چند برابر طول موج مي باشد . بنابراین آنتن بصورت مداري با ثابت هاي توزیع شده عمل مي كند . با اعمال ولثاژ در نقطه مشخصي از آن ولتاژ و جریاني در آن نقطه ایجاد خواهد شد . در نتیجه امواج متحرك و احتماالً امواج ساكني نیز بوجود مي آیند . بدین معني كه ولتاژ و جریان در آنتن بطور كلي از یك نقطه به نقطه دیگر تغییر مي كنند . این توزیع ولتاژ و جریان آنتن باید اثري برروي میدان تشعشعي بگذارد . میدان مذكور در درجه اول بستگي به طول آنتن نسبت به طول موج ، اتالفش و بارهاي انتهایي خواهد داشت . بعالوه ضخامت سیم آنتن نیز مهم بوده اما از نقطه نظر عملي چنین آنتني ممكن است بدون تلفات با قطر بي نهایت كوچكي در مقابله با طول موج فرض شود
- 30. توزیع ولتاژ وجریان ایده آلي را بر روي یك دو قطبي نیم موج كه ساده ترین آنتن سیمي عملي - شكل 3 است نشان مي دهد . چنانكه مشاهده مي شود این توزیع مشابه توزیع ولتاژ و جریان بر روي یك خط انتقال ربع طول موج مدار باز مي باشد . در اینجا حداقل ولتاژ و حداكثر جریان از مدار باز یك خط انتقال موجود خواهد بود .
- 31. آنتن هاي تشدید: در حالت كلي انتن ها به دو دسته تقسیم مي شوند: 1- آنتن هاي تشدید 2- انتن هاي غیر تشدید . آنتن هاي تشدید آنتن هایي هستند كه طول انها مضربي از نصف طول موج باشد و لي در آنتن هاي غیر تشدیدي چنین نیست . ساخت آنتن هاي تشدیدي راحت تر است ولي گین آنها نسبت به آنتن هاي غیر تشدیدي كمتر مي باشد . وقتي كه طول انتن برابر با یك طول موج كامل گردد پالریته جریان در یك نیمه از انتن ، عكس نیمه دیگرخواهد شد . واضح است كه در چنین حالتي تشعشع در جهت عمود بر آنتن بسبب حذف میدان حاصل از یك نیم انتن توسط نیم آنتن دیگر برابر صفر مي گردد . البته در جهاتي حداكثر تشعشع را خواهیم داشت ولي این جهات دیگر در امتداد عمود بر انتن نمي باشد . یك آنتن تشدید معادل یك خط انتقال تشدید بوده و تمام آنتن هایي كه پس از دو قطبي ابتدایي بیان گردیدند بصورت آنتن هاي تشدید عمل مي كنند . چنین آنتني را مي توان بصورت یك خط انتقال مدار باز در انتهاي آن با یك طول تشدید در نظر گرفت . مثالً ضریبي از ربع طول موج ( بنابراین طول آنتن ضریبي از نصف طول موج خواهد شد ) . پرتو تشعشعي یك سیم تشعشع كننده در فضاي آزاد در درجه اول بستگي به طول آن دارد . براي یك دو قطبي نیم موج این پرتو ها مانند دو قطبي ابتدایي بوده ولي كمي صافتر خواهند شد . براي بدست آوردن فرمول پرتو تشعشعي ، پرتو تشعشعي یك دو قطبي ابتدایي را در طول آنتن جمع و یا انتگرال گرفته كه در نتیجه پرتو 1 بدست مي آید - تشعشعي آنتن نیم موج مانند شكل 4 1 پر تو هاي تشعشعي دو قطبي هاي تشدید بازاء طول هاي مختلف را مشاهده مي نمائیم .حال به تعریف چند كمیت مهم در مورد آنتن ها از جمله بهره آنتن ، بهره جهتي ، جهتداري ، مقاومت آنتن ، پهناي باند ، پهناي پرتو و پالریزاسیون آنتن ها مي پردازیم .
- 33. • بهره آنتن: • تمام آنتن هاي عملي تشعشع خود را در جهت بخصوصي متمركز مي سازند . بسته به نوع آنتن این تمركز زیاد • و یا كم خواهد بود . بنابر این چگالي توان در آن جهت باید بیشتر از میزاني باشد كه آنتن بصورت تمام جهتي • مورد استفاده قرار مي گیرد . راه دیگر براي ارائه این تمركز تشعشع در سمت هاي بخصوصي اینست كه بگوئیم • آنتن داراي بهره مي باشد . • حاصل ضرب كارآیي یك آنتن درسمت گرایي آن بهره نامیده مي شود. در آنتني كه كارآیي آن صد درصد • باشد مقدار بهره با سمت گرایي برابر م یباشد. • سمت گرایي • یكي از مشخصات مهم دیگر براي هر آنتن كه توانایي تمركز انرژي در یك جهت خاص نسبت به سایر جهات • است، سمت گرایي نامیده م یشود. براي محاسبه سمت گرایي از رابط ه زیراستفاده م یشود:
- 34. بهره جهتي : اینبهره ایست كه در جهت بخصوصي تعیین مي شود و اغلب بصورت دسي بل بیان مي شود و آن از نسبت چگالي توان تشعشعي توسط انتن در آن جهت به چگالي تواني كه توسط یك آنتن ایزوتروپیك تشعشع گردد . آنتن ایزوتروپیك در عمل وجود ندارد و منظور ما از آن یك انتن ایده آل است .بهره جهتي نسبت چگالي توان ها است و در نتیجه یك نسبت توان مي باشد . بهره جهتي تمام آنتن هاي عملي بزرگتر از واحد است . بهره جهتي آنتن با افزایش طولش زیاد مي شود . آنتن هاي غیر تشدید داراي بهره جهتي بیشتري نسبت به انتن هاي تشدید با طول هاي معادل خواهند بود . جهتداري : بهره جهتي بهره اي بود كه براي هر جهتي تعیین مي شد اما جهتداري یا دایركتیویته حداكثر بهره جهتي در جهت یكي از گلبرگ هاي اصلي پرتو تشعشعي را گویند . پهناي باند ، پهناي پرتو و پالریزاسیون آنتن ها پهناي باند : كلمه پهناي باند كه در رابطه با آنتن ها بكار برده مي شود عینا ً همان معني را خواهد داشت كه در وسایل دیگر بكار مي رود . این عبارت است از محدوده اي از فركانس عملكرد كه بین دو نقطه نیم توان( )3dBواقع شده است . معهذا در اینجا دو پهناي باند وجود دارد یكي مربوط به پرتو تشعشعي انتن و دیگري مربوط به امپدانس ورودي آنتن خواهد بود . بنابراین وقتي كه صحبت از پهناي باند آنتني به میان مي آید باید مشخص شود كدام یك از پهناي باند ها مورد نظر مي باشد . در حقیقت دو شرط براي پهناي باند عریض در مورد
- 35. آنتن ها ضروریستاول آنتن هایي كه میتوانند در باند باریك عمل نموده ولي الزمه عملكرد آنها این است كه در فركانس هاي متعددي در محدوده نسبتا ً وسیعي از فركانس مي تواند كار كنند . آنتن هاي فركانس زیاد معموالً نمونه اي از این آنتن ها هستند كه در آنها با سوئیچ كردن در یك فركانس جدید مدارهاي جبران كننده نیز به حالت جدید خود سوئیچ مي نمایند . در نتیجه تطابق در تغذیه كننده خط انتقال به شرط اینكه پهناي باند پرتو تشعشعي بدتر نشده باشد باقي خواهد ماند . دوم آنتن هایي كه در پهناي باند وسیعي در حول یك فركانس ثابت عمل مي نمایند اینها بیشتر پیچیده هستند ولي با طرح هاي بخصوصي مي توان آنها را ساخت . پهناي پرتو : پهناي پرتو یك آنتن عبارت است از زاویه اي بین نقطه نیم توان بر روي پرتو تشعشعي چگالي توان آن . همچنین این همان زاویه بین دو نقطه با 3dBكمتر از حداكثر شدت میدان در پرتو تشعشعي آنتن است . عبارت پهناي پرتو را معموالً در مورد آنتن هاي با اشعه باریك بكار برده و به گلبرگ اصلي رجوع داده مي شود . پالریزاسیون : عبارت است از جهت بردار شدت میدان الكتریكي موج الكترومغناطیسي تشعشعي از آنتن در فضا كه موازي با خود آنتن نیز مي باشد . همجنین انتن ها را با پالریته آنها مثالً عمودي و یا افقي و یا به صورت دایروي و ... مشخص مي كنند . تمام آنتن هاي VLF,LF,MFو همچنین تعداد زیادي آنتن هاي HFرا به سبب نزدیكي به زمین با پالریزاسیون عمودي مي سازند . البته استفاده از آنتن هاي با پالریزاسیون افقي در فركانس هاي زیاد نیز داراي مزایایي است . بخصوص اغلب نویز ساخت بشرداراي پالریزاسیون عمودي مي باشند . انتن هایي با پالریزاسیون غیر خطي نیز وجود دارند كه در بعضي مواقع بكار برده مي شوند
- 36. پارامترهاي پرتو توانتشعشعي: پهناي تابه بین اولین صفرها BWFNمقدار زاویه بین دو صفر رانشان مي دهد، پهناي تابه نصف توان ویا ، ،-3db كه با HPBWنشان داده مي شود جایي است كه مقدار توان به نصف كاهش م ییابد. هر چه مقدار این زاویه كوچك تر باشد، سمت گرایي بیشترم یشود و بالعكس.
- 38. مقاومت آنتن : مقاومتیك آنتن داراي دو جزء است . مقاومت تشعشعي آن كه نتیجه توانیست كه تبدیل به امواج الكترومغناطیسي مي شود و همچنین مقاومت مربوط به اتالف آنتن كه این دو مقاومت را در اینجا مورد بررسي قرار مي دهیم . مقاومت تشعشعي آنتن : مقاوتي است كه اگر بجاي آنتن قرار گیرد تمام توان تشعشعي آنتن را در خود تلف مي سازد و بصورت نسبت توان تشعشعي آنتن به مجذور جریان در نقطه تغذیه بیان مي شود . این یك مقاومت dcنبوده و یك مقاومت acمي باشد . این مقاومت قسمتي از امپدانس ورودي آنتن است و نام بسیار مناسبي نیز دارد . همچنین با در نظر گرفتن آن محاسبات مربوط به بازدهي آنتن بسیار ساده تر مي شود . توانایي هر آنتني براي انتشار موج با مقاومت تشعشعي نشان داده مي شود. براي محاسبه این كمیت ابتدا توان تشعشعي را محاسبه مي كنیم:
- 39. مقاومت اهمي: تلفات اهميیكي از پدیده هاي نامطلوب درآنت نها مي باشد. مقاومت اهمي هر آنتن بیانگر این كمیت مي باشد. براي محاسب ه مقاومت اهمي ابتدا توان تلفاتي را محاسبه م یكنیم: تلفات اهمي در هر آنتني عالوه بر اتالف توان، باعث گرم شدن و در نتیجه تغییر فیزیكي شكل آنتن مي شود. بنابراین واضح است كه كوچك بودن مقاومت اهمي و بزرگ بودن مقاومت تشعشعي براي یك آنتن مطلوب مي باشد. كارآیي آنتن: با محاسبه مقاومت هاي تشعشعي و اهمي براي یك آنتن رابطه اي كه بیانگر نسبت این دو مقاومت است به صورت زیر تعریف شده و كارآیي آنتن نامیده م یشود: در بهترین حالت كه مقاومت اهمي آنتن صفر باشد كارآیي آنتن برابر یك و در بدترین حالت اگرمقاومت تشعشعي آنتن صفرباشد كارآیي آنتن صفرم یشودبنابراین كارآیي آنتن عددي بین صفرویك م یباشد.
- 40. اتالفات آنتن وبازدهي : عالوه بر انرژي كه توسط یك آنتن تشعشع مي شود مقداري از توان بصورت زیر تلف مي گردد : 1- در مقاومت زمین و آنتن 2- تلفات تخلیه و كورونا 3- تلفات در دي الكتریك ها 4- جریان هاي گردابي كه در اجسام فلزي در محدوده میدان القایي انتن مانند سیم هاي مهاري و آنتن هاي دیگر القا مي شود . تمام این اتالفات بصورت مقاومت Rdنمایش داده مي شود . جمع این دو مقاومت ، مقاومت كل آنتن بوده كه همچنین امپدانس كل آنتن در طول تشدید نیز محسوب مي گردد . براي دو قطبي هاي كوتاه با طول موثري كوچكتر از نصف طول موج ، مقاومت تشعشعي )R rمتناسب با مجذور طول مي باشد . مي توان توسط جداول و ( منحني هاي مربوطه در كتابهاي مرجع انتن این مقاومت را بصورت اندازه گیري و با محاسبه اغلب بدون در نظر گرفتن زمین بدست آورد . بنابراین بازدهي آنتن عبارت است از : )η = R r /( R r+ R d 2^) R r = 790 (l / λ آنتن هاي فركانس كم و متوسط بسبب اینكه ساخت آنها در طول هاي تشدید بسیار بزرگشان مشكل است بازدهي زیادي ندارند . با طرح خوب در حال حاضر بازدهي آنتن ها در حدود 57 الي 59 درصد است كه این را با افزایش مقاومت تشعشعي در مقایسه با مقاومت اتالفي آنتن مي توان بدست آورد
- 41. تزویج آنتن درفركانس هاي متوسط : ساخته شده آنتن هاي فركانس كم و متوسط از آن جمله آنتن هایي هستند كه كمتر مي توانند به ارتفاع موثر تشدید باشند و در نتیجه امپدانس ورودي آنها بصورت مقاومت خالصي نخواهد بود . بنابراین اینگونه آنتن ها را نمي توان مستقیما ً یا توسط خط انتقال به خروجي مدار تانك یك فرستنده متصل نمود در اینحالت شبكه تطبیقي براي اتصال آنتن به فرستنده مورد لزوم است .یك شبكه تزویجي با تزویج كننده انتن عبارت است از شبكه ایست كه شامل راكتانسها وترانسفورماتورهایي بصورت فشرده و یا گسترده مي باشد . شبكه تزویج عاملي براي تطبیق امپدانس بوده ومیتواند براي یك یا تمام دالئل زیرین بكار رود : 1 براي حذف قسمت راكتیو امپدانس آنتن كه در نتیجه امپدانسي كه فرستنده مي بیند تماما ً مقاومتخالصي خواهد بودبه فرستنده ایجاد مي شود. دراین عمل استفاده از راكتانس . در غیر اینصورت ناهماهنگي در موقع اتصال آنتن هاي متغییر الزم مي باشد . یك یا چند -2 ایجاد یك بار مقاومتي صحیح براي فرستنده ( و همچنین خط انتقال اگراستفاده شود ) براي اینكار به ترانسفور ماتور قابل تنظیم احتیاج است . بخصوص -3 براي جلوگیري از تشعشع غیر مجاز فركانس هاي زائد از تمام سیستم در این حالت عملكرد فیلتري فرستنده مي باشند . فیلتر هاي پائین گذر مورد لزوم است . چون فركانس هاي زائد بیشتر هارمونیك هاي فركانس متوسط و كم بیشتر از انواع دیگر این نكته را باید تذكر داد كه هر چند شرایط اول و دوم در فرستنده هاي فركانس گیري مي نمایند . همچنین یك مالحظه دیگر بكار برده مي شود ولي از آخرین شرط در تمام فرستنده ها بهره میگیرد . این در رابطه با فرستنده هائیست كه در آنها تانك بخصوص در فركانس هاي پائین نیز مورد توجه قرار شده تكي خواهد بود . در اینجا تزویج كننده آنتن dcمنبع تغذیه به آنتن خروجي بصورت تغذیه سري و هماهنگ باید از رسیدن ولتاژجلوگیري نماید .اگر این عمل انجام نگیرد دو مساله مهم بوجود مي اید : اشكاالت عایق بندي خطر براي اپراتور . خطر اخیر بعلت این حقیقت است كه گر چه سوختگي هاي RFآنتن وخیم و درد آور است . ولي اثرات ولتاژ زیاد منبع تغذیه DCتقویت كننده قدرت بیشتر اوقات مرگ آور مي باشد .
- 42. انتخاب نقطه تغذیه: آنتن هاي دو قطبي نیم موج را كه تا بحال مورد بررسي قرار دادیم معموالً از وسط تغذیه مي شوند . گرچه بیشتر آنتن هاي عملي باین صورت متصل مي شوند ولي این طرز اتصال ضروري نیست . نقطه اي كه یك آنتن بخصوصي تغذیه مي شود توسط چندین عامل تعیین مي گردد كه مهمترین آنها امپدانس آنتن است . چنانكه نشان داده شد این امپدانس از یك نقطه به نقطه دیگر آنتن تغییر مي كند . بنابر این بررسي هایي در این مورد باید بعمل اید . تغذیه ولتاژ و جریان : وقتي كه آنتن داراي طول موثري برابر با میزان تشدید خود باشد امپدانس در مركز آن مقاومت خالص مي شود . اگر در مركز انتن گره جریان وجود داشته باشد این امپدانس خیلي زیاد است مانند انتن تمام موج همچنین موقعي كه در مركز انتن گره ولتاژ ایجاد شود مانند دو قطبي نیم موج امپدانس فوق به حداقل خود مي رسد . این یك اصطالح معمولي است كه یك آنتن را با تغذیه جریان مي گویند اگر در نقطه اي كه جریان حداكثر است تغذیه شده باشد . بنابراین یك آنتن نیم موج تغذیه شده از وسط یا آنتن ماركني با تغذیه جریان مي باشد بهمین ترتیب یك آنتن تمام تغذیه شده از وسط را با تغذیه ولتاژ مي نامند . اگر آنتني در یك نقطه دیگري تغذیه گردد هر دو عبارت فوق معني خود را از دست خواهد داد . معني تغذیه جریان را مي توان تا آنجا توسعه داد كه شامل تمام نقاط تغذیه اي كه امپدانس هاي كمتر از 006 اهم را داشته باشند ، بشود . همچنین در مورد تغذیه ولتاژ امپدانسهاي بیشتر از 006 اهم در نظر خواهند شد . حتي بهتر است كه تغذیه هاي فوق را بصورت تغذیه امپدانس كم و تغذیه امپدانس زیاد معرفي كرد .
- 43. امپدانس نقطه تغذیه: چنانكه نشان داده شده است در یك دو قطبي نیم موج در فضا یا یك آنتن ماركني زمین شده ربع موج جریان در وسط آن حداكثر و در انتهاي آن صفر شده در حالیكه توزیع ولتاژ عكس انست. در یك آنتن عملي مقادیر ولتاژ یا جریان در آن نقاط خیلي كم است ( نه صفر ) بنابراین امپدانس آنتن در نقاط مذكور مقدار محدودي خواهد شد . بنابراین ما مقاومت هایي برابر با چندین هزار اهم را در انتهاي آنتن خواهیم داشت در صورتیكه در وسط آنتن فقط 27 اهم بدست مي اید در نتیجه آنتن هاي فرستنده معموالً در عمل بصورت تغذیه وسط با 27 اهم مقاومت ورودي از نقطه نظر خطوط انتقال خواهد بود . باین دلیل است كه آنتن ها را اگر چه زمین شده مینامند ولي از جنبه نظر الكتریكي نسبت به زمین عایق مي كنند در هر صورت پایه آنتن بر روي عایقي با فاصله نزدیك به زمین قرار گرفته است كه شبیه به انتن زمین شده حقیقي عمل مي نمایند آنتن هاي جهتي فركانس زیاد : آنتن هاي HFبا آنتن هاي فركانس كم دو تفاوت مهم دارند . اینها عبارتند از تجهیزات دریافت و انتشار HFو همچنین توانایي مقابله با آنها . چون بیشتر مخابرات HFبصورت مخابراه نقطه به نقطه انجام میشود . تشعشع یا تمركز پرتو بجاي تشعشع در تمام جهت بكار برده مي شود . چون در HFطول موج ها نسبتا ً كوتاه است بنابر این مي توان بسادگي شعاع آنتن را متمركز نمود . بنا براین آنتن ها با طول هایي در حدود چند طول موج ساخته مي شوند . بدون آنكه ابعاد آن بیش از حدود عملي بزرگ شود .
- 44. بخش سوم:آنتن هایکاربردی در مخابرات ماهواره ای آنتن سهموی آنتن شیپوری آنتن مارپیچی
- 45. آنتن هاي مایكرویو: آنتنهاي فرستنده و گیرنده در طیف مایكرویو ( 1 تا 001 گیگا هرتز ) بصورت انتن هاي جهتي هستند . از نظر نوع و شكل ظاهري انواع مختلفي از آنتن ها موجود مي باشد از جمله آنتن هاي سهموي عدسي ، مارپیچي ، دیسك مخروط ، آنتن هاي تناوبي لگاریتمي ، حلقه اي و غیره . اغلب در این آنتن ها بهره زیاد مورد لزوم بوده ولي دیگر مشخصات نیز مهم اند كه در زیر مي آید : 1 چون تعداد فرستنده هائي كه در این فركانس ها عمل مي كنند كم هستند بنا براین احتیاج كمي بهآنتن هاي تمام جهتي خواهد بود . 2 گیرنده ها نویزي تراز گیرنده هاي فركانس هاي پائین تر هستند . مگر گیرنده هاي مخصوص وگران قیمت بنابراین سیگنال در سر هاي ورودي گیرنده باید تا حد امكان زیاد باشد . 3 همچنانكه فركانس افزایش یابد ابعاد وسایل نیز كوچك مي شود . در نتیجه میزان اتالف توان و در نتیجهتوان عملكرد نیز كاهش مي یابد. بنابراین داشتن آنتن با بهره زیاد ضروریست كه باین ترتیب توان تشعشع شده در جهت مورد نظر افزایش خواهد یافت . 4 در كاربرد هاي زیادي از مایكرویو مانند رادار ، سمت یابي و اندازه گیري میدان مورد لزومست كهدر نتیجه احتیاج به آنتن هاي جهت دار بخوبي مشهود مي باشد . -5 چون طول موج در اینجا خیلي كوچك است بنابراین احتیاجي نیست كه آنتن هاي مایكرویو با ابعاد بزرگي ساخته شوند . در نتیجه بعضي فرضیات و ترتیباتي در ساخت آنتن براي این فركانس ها ممكن خواهد شد كه در فركانس هاي پائین تر به نتیجه نخواهند رسید .
- 46. آنتن ها بامنعكس كننده هاي سهموي : سهمي یك منحني صفحه ایست كه عبارت است از مكان هندسي نقطه اي طوري كه فاصله آن از یك نقطه دیگر ( كانون ) بعالوه فاصله از یك خط مستقیم ( خط هادي ) مقداري ثابت باقي بماند. چنانكه خواهیم دید این خصوصیات هندسي منعكس كننده بسیار خوبي را براي نور یا میكرویو عرضه خواهد نمود . مختصات سهمي : شكل 01 سهمي CADكه كانون آن در Fو محور آن ABاست نشان مي دهد توسط تعریف سهمي مي توان نوشت : FP+PP=FQ+QQ=FR+RR=K در اینجا Kمقدار ثابتي است كه با اشكال متفاوت سهمي تغییر مي كند AFطول كانوني سهمي : توجه كنید كه نسبت طول كانوني به قطر دهانه سهمي )AF/CDدهانه سهمي ( )Apertureنامیده ( مي شود . تصور كنید یك منبع تشعشع در كانون سهمي قرار گرفته باشد . تمام امواجي كه از منبع خارج شده و توسط سهمي منعكس مي شوند فاصله یكساني را در موقعي كه به خط هادي مي رسند طي خواهند نمود . در نتیجه تمام امواج هم فاز خواهند بود . دیده مي شود كه تشعشع منتجه بسیار شدید شده و در امتداد محور ABمتمركز خواهد شد . همچنین این تشعشع بسبب تفاوت طول مسیر در جهات دیگر از بین خواهد رفت . بنابراین سهمي خاصیت جمع و تمركز تشعشع را خواهد داشت .
- 47. یك منعكس كنندهعملي داراي خواص یك سهمي در سه بعد بوده كه توسط دوران سهمي حول محور AB و یا بشقاب مایكرویو میباشد . وقتي این براي گیرندگي بكار برده شود . عینا ٌ همان رفتار فرستنده را در آنتن خواهیم داشت . بنابراین این یك آنتن منعكس كننده گیرنده جهتي با بهره زیاد خواهد بود . این رفتار را توسط اصل هم پاسخي مي توان بدست آورد . با این اصل مي توان نشان داد رفتار یك آنتن مستقل از حالت گیرندگي یا فرستندگي آنست . منعكس كننده در حالت گیرندگي نیز داراي خاصیت جهتي است . چون در این حالت فقط اشعه اي كه از جهت BAبه منعكس كننده تابیده مي شود ( عمود بر خط هادي ) در كانون جمع خواهد شد . بهمین ترتیب اشعه اي كه از جهات دیگر وارد شوند بسبب تفاوت در مسیر هاي آنها اثرات یكدیگر را خنثي مي كنند . در اینجا آنتن داراي بهره زیادي است مانند آئینه یك منعكس كننده تلسكوپ كه تشعشع هاي یك سطح بزرگ را در نقطه كانوني خود متمركز مي كند .
- 48. خواص منعكس كنندههاي سهموي : پرتو جهتي یك آنتن با استفاده از یك منعكس كننده سهموي داراي یك گلبرگ اصلي خیلي تیز بوده كه توسط تعدادي گلبرگ هاي فرعي كه از آن خیلي كوچكترند احاطه شده است . شكل سه بعدي گلبرگ اصلي شبیه به یك سیگار برگ در امتداد ABمي باشد . اگر آنتن اولیه با تغذیه بصورت غیر جهتي باشد در نتیجه سهموي پرتو تشعشعي را با مشخصه زیر تولید مي كند . Dג / 07=Ф Ф0 =2Ф Фپهناي پرتو مابین نقاط نیم توان بر حسب درجه = 0Фپهناي پرتو مابین صفر ها بر حسب درجه = Dقطر دهانه بر حسب متر = هر دو معادله فوق نتیجه ساده شده اي از معادالت پیچیده هستند ولي در مورد دهانه هاي بزرگ یعني در حالتي كه نسبت قطر دهانه به طول موج بزرگ باشد نتایج دقیقي را ارائه مي دهند . بعبارت دیگر معادالت مذكور براي پهناي پرتو كوچك دقیق مي باشند . در حالیكه معادله باال تقریبا ً جنبه عمومي دارد اما داراي محدودیت هایي است . این براي حالتي مخصوص اما معمول در مورد توزیع میدان كه خاصیت یكنواختي خود را از مركز سهموي تا كناره هاي منعكس كننده از دست مي دهد بكار برده مي شود . میزان تغییرات نسبت به
- 49. مركز سهموي طوریستكه چگالي توان در كناره هاي منعكس كننده باندازه 10dBكمتر از چگالي توان در مركز خواهد شد . دو دلیل براي این كاهش میدان وجود دارد : 1 هیچ آنتن اولیه اي (آنتن تغذیه كننده ) كامالً ایزوتروپیك نبوده و در نتیجه كاهش چگالي توان در كناره هابوجود مي آید . 2 چنین كاهش یكنواختي در توزیع میدان داراي اثرات مفیدي در مورد كاهش شدت گلبرگ هاي فرعي خواهدبود . توجه كنید كه امواج به تمام سطح منعكس كننده تابانده شده و این ربطي به كاهش توزیع میدان بطرف كناره هاي سهموي نخواهد داشت . باالخره اگر فقط نصف سطح منعكس كننده مورد تابش قرار گیرد . منعكس كننده را مي توان فقط بصورت نصف اندازه معمولي خود در نظر گرفت . بهره آنتن كه شامل یك منعكس كننده سهموي است تحت تاثیر نسبت دهانه ( ג / Dو یكنواختي ( یا غیر ( یكنواختي ) توزیع میدان بر روي منعكس كننده قرار مي گیرد . اگر آنتن بدون اتالف و توزیع بصورت قبل بسمت كناره هاي سهموي كاهش داشته باشد . بنابراین بهره توان را با ترتیب خوبي مي توان از رابطه زیر بدست آورد . ג ( ^2 / A(p)= ( D Dقطر دهانه منعكس كننده بر حسب متر = در اینجا )A(pجهتداري ( نسبت به آنتن ایزوتروپیك ) = بهره توان = اگر آنتن بدون اتالف باشد .
- 50. بهره هاي خیليزیاد و پهناي تغذیه خیلي نازك را مي توان توسط منعكس كننده سهموي بسهولت بدست آورد . بسبب ابعاد بزرگ از این نوع آنتن ها در فركانس هاي پائین مانند فرستنده و گیرنده هاي VHFتلویزیون استفاده نمي شود . براي اینكه كامالً منعكس كننده موثر و و مفید باشد یك سهموي باید داراي قطر دهانه اي حداقل برابر با ג 01 را داشته باشد . چنانكه خواهیم دید در قسمت پائین باند فركانسي تلویزیون یعني 63MHZاین قطر باید حداقل برابر با 84 متر باشد . بسبب ابعاد بزرگ از این نوع آنتن ها در فركانس هاي پائین مانند فرستنده و گیرنده هاي VHF تلویزیون استفاده نمي شود . البته از طرف دیگر مشاهده مي شود كه در آنتن هاي عملي مایكرویو بهره هاي زیادي به كمك منعكس كننده ها نتیجه مي شود . مكانیسم تغذیه : براي بهترین نتیجه انتقال و در یافت آنتن اولیه ( یا تغذیه ) باید در كانون سهموي قرا ر گیرد . در هر صورت تشعشع مستقیم از تغذیه بدون برخورد به سهموي در تمام جهت پخش شده و در نتیجه جهتداري آنتن را خراب مي كند . چندین روش براي جلو گیري از این بكار مي رود . در یكي از روش ها از یك منعكس كننده كوچك ٣٢ كروي مانند شكل 11 استفاده مي گردد . در روش دیگر توسط ارایه دو قطبي كوچكي كه در كانون سهموي قرار گرفته است مانند ارایه یاگي اودا و یا یك ارایه اندیفایر تشعشع مستقیمي بطرف منعكس كننده ایجاد خواهیم كرد .
- 51. یك نوع دیگراز تغذیه با آنتن شیپوري در شكل 21 نشان داده شده است . این نوع تغذیه همانطوریكه خواهید دید داراي پرتو جهتي در جهت عمود بر دهانه منعكس كننده بوده و در نتیجه از تشعشع مستقیم توسط آنتن تغذیه اجتناب مي شود . این را باید تذكر داد كه گرچه آنتن تغذیه و منعكس كننده اش مسیر بخشي از امواج منعكسه از سهموي را موقعي كه در كانون آن قرار دارند مسدود مي سازند ولي این مقدار یست ناچیز . براي مثال اگر منعكس كننده اي به قطر 03 سانتي متر در مركز یك آنتن بشقابي به قطر 3 متر قرار گیرد میتوان با یك محاسبه ریاضي نشان داد كه فقط یك درصد از سطح آنتن بشقابي توسط تغذیه كننده پوشانده مي شود . چنین موردي را نیز میتوان در مورد آنتن شیپوري اعمال نمود كه در اینحالت قسمت كوچكي از آنتن بشقابي پوشانده مي شود . سطح پایه هاي منعكس كننده هذلولي را از نوع برنجي خیلي ریز مي سازند بطوري كه اثري روي امواج نداشته باشد
- 52. یك نوع دیگرتغذیه ، تغذیه كسگرین است . در این روش یك منعكس كننده ثانویه هذلولي بكار برده شده است . یكي از كانون هاي هذلولي منطبق بر كانون سهموي بوده كه در نتیجه پدیده نشان داده شده در شكل 31 روي مي دهد . این نوع تغذیه در ماهواره ها بیشتر استفاده مي شود وحداقل اتالف را در سیستم و كیفیت بهتري دارد .هورن در كانون هذلولي و سطح منعكس كننده هذلولي شكل در كانون سهمي قرار دارد . براي انتقال امواج اشعه صادره از آنتن شیپوري تغذیه توسط آئینه هذلولي منعكس شده و سپس تحت تاثیر منعكس كننده سهموي قرار خواهد گرفت .
- 53. ٥٢ تغذیه كسگرین موقعياستفاده مي شود كه بخواهیم آنتن اولیه را در موقعیت مناسبي قرار دهیم . همچنین باین ترتیب طول خط انتقال با موج بر متصله به گیرنده ( تا فرستنده ) كوتاه خواهد شد . این شرایط اغلب در گیرنده هاي كم نویز در آنهایي كه اتالفات در خط با موج بر را نمي توان تغییر داد . بخصوص در طول هایي كه از 03 متر در آنتن هاي بزرگ متجاوز است مشاهده مي شود . حل دیگر این مساله عبارت است از قرار دادن قسمت فعال فرستنده یا گیرنده در كانون . البته بسبب ابعاد بزرگ فرستنده آنرا نمي توان در كانون قرار داد . همچنین اغلب مشكل است كه تقویت كننده RFگیرنده را نیز در این مكان نصب نمود . این نیز بخاطر اندازه اش و یا سرد نمودن آن بسبب تجهیزات خیلي كم نویز مي باشد . در هر حالتي تقویت كننده RFممكن است بقدر كافي كوچك باشد .( در حالیكه تجهیزات دیگر چنین نیستند ) . در هر حالتي با قرار دادن تقویت كننده RFباین صورت اشكاالت جایگزین و سرویس رخ مي دهد كه در اینصورت تغذیه كسگرین بهترین راه حل است . چنانكه در شكل 31 مشا هده مي شود . اشكال اصلي در بكار بردن یك منعكس كننده ثانویه مسدود نمودن مقداري تشعشع از منعكس كننده اصلي است . این یك اشكال بزرگي است . بخصوص در مورد منعكس كننده هاي كوچك . چون ابعاد هذلولي توسط فاصله اش از تغذیه اولیه شیپوري و قطر دهانه شیپور كه بستگي به فركانس عمل دارد تعیین مي شود . یكي از راههاي مقابله با این اشكال استفاده از یك منعكس كننده اولیه بزرگ ( كه نمي تواند همیشه اقتصادي و مناسب باشد ) همراه با شیپوري است كه بحد امكان نزدیك به منعكس كننده ثانویه باشد . این داراي اثر كاهش قطر منعكس كننده ثانویه نیز مي باشد . راه دیگر آنست كه امواج با پالریزاسیون عمودي كه توسط تغذیه صادر مي شود توسط سطح هذلولي كه از میله هاي عمودي ساخته شده است به آئینه اصلي برگشت داده شده و پالریزاسیون آن باندازه 09 درجه توسط مكانیسمي كه در سطح سهموي است تغییر داده مي شود . بنا براین امواج منعكسه داراي پالریزاسیون افقي شده و مي توانند براحتي از میله هاي عمودي آئینه ثانویه عبور نمایند .
- 55.
- 61.
- 62. مقدمه: آنتنهاي روزنه ايشامل آنتن موجبر با انتهاي باز، آنتن شیپوري ، لنزها و... مي باشند .خواص تشعشعي آنتنهاي روزنه اي توسط توزیع میدان روي روزنه آنها مشخص مي شود . در واقع پترن تشعشي آنتن روزنه اي تبدیل فوریه توزیع میدان روزنه مي باشد . توزیع میدان روزنه با استفاده از معادالت ماكسول واعمال شرایط مرزي به طور یكتا بدست مي آید . در حالت كلي، بدست آوردن توزیع میدان روزنه كار آساني نیست، به خصوص وقتي كه صفحه اي كه روزنه در آن قرار گرفته است(صفحه مبنا ) كوچك باشد و میدانهاي موجود در صفحه روزنه هم فاز نباشند . باید توجه داشت كه به علت اینكه هادیهاي صفحه مبنا داراي ضریب هدایت محدودي مي باشند و هادي كامل نیستند، از حالت ایده ال به مقدار زیادي دور م یشویم. همچنین تفرق از لب ههاي صفحه مبنا بر پترن تشعشعي آنتن روزنه اي تاثیر م یگذارد این اثر هنگامیكه ابعاد صفحه مبنا در مقایسه با طول موج كوچك باشد بیشتر است.
- 63. موجبر با انتهايباز كه مد غالب را هدایت مي كند همانند آنتن روزنه اي عمل مي كند. خطوط میدان از طریق دهانه انتهایي باز موجبروارد فضاي آزاد مي شود و در نتیجه توان تغذیه شده به موجبربه بیرون تشعشع مي شود. میدان تشعشع شده به صورت یك بیم مشخص ، متمركز نشده است . علت این موضوع این است كه ابعاد انتهاي باز در مقایسه با طول موج كوچك مي باشد . بنابراین تنها مقداري از توان به بیرون تشعشع مي شود و بقیه توان در صفحه روزنه منعكس مي شود. این عدم تطابق را مي توان با استفاده از عنصر تطبیق كننده 3-stub tunerیا slide screw transformerكاهش داد .عالوه بر تاثیر ابعاد روزنه در پترن آنتن تفرق از لبه هاي این صقحه تاثیر زیادي روي لبهاي كناري پترن آنتن دارد. با استفاده ازقسمت شیپوري مانند در انتهاي بازمي توان تا حدي این مشكل را برطرف كرد و عملكرد آنتن را بهبود بخشید. بدین صورت آنتنهاي شیپوري به وجود آمدند و در واقع مي توان آنتن شیپوري را نوع خاصي از آنتن موجبري دانست. در صورتي كه زاویه باز شدگي روزنه )α ،(flare angleخیلي بزرگ نباشد. مود تغذیه ، شده به موجبر به مقدار زیادي به قسمت شیپوري انتقال داده مي شود. باید توجه داشت كه در صورتي كه زاویه بازشدگي، كوچك انتخاب شود مدهاي مرتبه باالتربه مقدار جزیي منتقل مي شوند و در نتیجه باعث به مریختگي پترن تشعشعي آنتن مي شود . توزیع میدان Eو Hمتناظر با موجبر مستطیلي با مد غالب 01 (TEدر شكل( 1 نشان داده شده است.
- 67. پایان باتشکر از استادخوشنیت مراجع کتاب آنتن برای تمامی کاربرد ها کراوس و مارفکا سیستم های مخابراتی جرج کندی ANTENNA THEORY ANALYSIS AND DESIGN Constantine A. Balanis