اندازه سطح لوب های فرعی طبق انتظاری که از توزیع تیلور می رفت با فاصله گرفتن از لوب اصلی رفته رفته کمتر می شود.
همانطور که دیده می شود راستای پترن آرایه ۹۷ درجه می باشد که ۰.۲ درجه با طراحی مورد نظر اختلاف دارد. همچنین همانطور که پیشتر اشاره شد و انتظار هم می رفت پهنای بیم آرایه ۲ درجه می باشد که۰.۱ درجه با هدف طراحی اختلاف دارد.
در شکل های زیر پترن دایرکتیویی آرایه در ابتدا و انتهای باند فرکانسی کشیده شده است. همانطور که دیده می شود مقدار سطح لوب کناری در وضعیت خوبی باقی می ماند.
همچنین دیده می شود به خاطر خاصیت موج روندگی آرایه، با تغییر فرکانس، راستای بیم اصلی آرایه تغییر می کند. راستای بیم اصلی در ابتدای باند۱۰۲ و در انتهای باند ۹۳ درجه می باشد که نشان دهنده این است که در کل باند فرکانسی پترن آنتن به اندازه ۹ درجه اسکن می کند.
همانطور که دیده می شود با افزایش فرکانس راستای بیم اصلی به سمت بار انتهای آنتن خم می شود. همچنین با افزایش فرکانس به دلیل این که طول الکتریکی آنتن بیشتر می شود، دایرکتیویتی آنتن نیز بیشتر می شود.
شکل ۱۸-۴ : پترن دایرکتیویی آرایه طراحی شده در فرکانس۲.۷ GHz در مختصات دکارتی
شکل ۱۹-۴ : پترن دایرکتیویی آرایه طراحی شده در فرکانس۲.۷ GHz در مختصات قطبی
شکل ۲۰-۴ : پترن دایرکتیویی آرایه طراحی شده در فرکانس۳GHz در مختصات دکارتی
شکل ۲۱-۴ : پترن دایرکتیویی آرایه طراحی شده در فرکانس۳ GHz در مختصات قطبی
آرایه طراحی شده در باند X
برای این که نشان داده شود نمودار طراحی شکل ۱۳-۴ را می توان برای بقیه آرایه ها در فرکانس های دیگر هم استفاده کرد، یک آرایه موج رونده موجبر شکاف دار در با ۵۸ شکاف در باند X در فرکانس ۹.۹۷۵ GHz طراحی شده است. البته واضح است چون محیط خطی است و معادلات ماکسول نیز معادلاتی خطی هستند، scale کردن ساختار نباید نتایج را تغییر دهد. اما این کار به این دلیل انجام شده است که نشان داده شود نمودار شکل ۱۳-۴ می تواند به عنوان یک نمودار جهانی در نظر گرفته شود به گونه ای که برای همه فرکانس ها می تواند استفاده شود و همچنین اثر کوپلینگ متقابل بین شکاف ها در همه فرکانس ها در دل این نمودار نهفته است.
( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
در شکل ۲۱-۴ نمودار اندازه کشیده شده است. همانطور که مشاهده می شود در باند فرکانسی ۱۰ درصد همچنان مقدار بسیار کمی دارد. پترن دایرکتیویتی آرایه در فرکانس ۹.۹۷۵ GHZ نیز در شکل ۲۲-۴ نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود مقدار سطح لوب کناری تقریبا -۳۲.۴ dB می باشد که مقدار قابل قبولی است.
شکل ۲۲-۴: اندازه آرایه طراحی شده در باند x
شکل ۲۳-۴ :پترن دایرکتیویتی آرایه طراحی شده در باند x
پلاریزاسیون متقاطع آرایه موج رونده طراحی شده با شکاف اریب
پترن دایرکتیویتی پلاریزاسیون متقاطع آرایه موج رونده ۵۸ شکافه طراحی شده در باند S در شکل زیر کشیده شده است. همانطور که دیده شد ماکزیمم دایرکتیویتی پترن اصلی آرایه مورد نظر در فرکانس مرکزی ۲۲.۱۵ dB بود. در شکل زیر دیده می شود پیک پلاریزاسیون متقاطع آنتن ۶.۲۸ dB می باشد که تقریبا۱۵.۵ dB پایینتر از ماکزیمم پترن اصلی می باشد که برای خیلی از کاربرد های راداری مقدار مناسبی نیست.
شکل ۲۴-۴ : پترن پلاریزاسیون مقاطع آرایه موج رونده طراحی شده با شکاف اریب
خلاصه
در این فصل روش طراحی آرایه موج رونده با شکاف اریب روی بدنه باریک موجبر با توزیع جریان خطی تیلور به طور کامل مورد بررسی قرار گرفت همانطور که دیده شد طراحی آنتن آرایه موجبر شکاف دار شامل چند مرحله می باشد : ۱- مشخص کردن خصوصیات پترن آنتن در راستای سمت(سطح لوب کناری، پهنای بیم) بر حسب کاربردی که مد نظر می باشد. ۲- بدست آوردن ضرایب تحریک شکاف ها در طول آرایه که پترن دلخواه را تولید می کند ۳- تبدیل ضرایب تحریک به رسانایی های مطلوب ۴- بدست آوردن مشخصات فیزیکی شکاف ها که رسانایی های مورد نظر را تولید می کنند. در این فصل بعد از بدست آوردن رسانایی های مطلوب، مشخصات شکاف ها با در نظر گرفتن اثر کوپلینگ متقابل بدست آمد. سپس یک آرایه با ۵۸ شکاف طراحی و در نرم افزار CST شبیه سازی شد و عملکرد آنتن مانند اندازه ، پترن آرایه و پلاریزاسیون متقاطع آن مورد بررسی قرار گرفت.
فصل پنجم
شکاف های چرخش نیافته روی بدنه باریک موجبر
مقدمه
در فصل گذشه روش طراحی آرایه موج رونده موجبر شکاف دار به صورت کامل مورد بررسی قرار گرفت و سپس آرایه ای با ۵۸شکاف های اریب روی بدنه باریک موجبر طراحی وشبیه سازی شد. همانطور که دیده شد پلاریزاسیون متقاطع این نمونه شکاف ها بسیار بالا می باشد. به گونه ای که برای بسیاری از کاربرد های راداری ناکارامد می باشد. بررسی و مطالعات مربوط به پلاریزاسیون متقاطع شکاف های اریب روی بدنه باریک موجبر به صورت کامل توسط Lee و Kurtz انجام شده است.[۴۵]
اگر بخواهیم به طور اجمالی این موضوع را بررسی کنیم، همانطور که در فصل سوم اشاره شد طبق اصل بابینه یک شکاف روی یک صفحه بینهایت معادل یک دایپل مغناطیسی است که جریان مغناطیسی روی دایپل در جهت راستای شکاف می باشد. تئوری Steavenson نیز از همین موضوع اسفاده کرده است. به گونه ای که یک شکاف که دارای عرض w ، طول L وضخامت t (معادل ضخامت موجبر) را خود معادل یک موجبر می گیرد که در مد تحریک می شود. سطح مقطع این موجبر (شکاف) همان L و w می باشد. میدان الکتریکی درون این موجبر یا شکاف مانند موجبر های عادی در مد غالب، عمود بر طول شکاف و هم راستا با عرض شکاف می باشد. از این رو طبق قضیه surface equivalentاین شکاف را می توان معادل یک جریان مغناطیسی در راستای طول شکاف و یک جریان الکتریکی در راستای عرض شکاف در نظر گرفت.[۱۹]
در تئوری Steavenson بعد از طرح این موضوع با فرض بی نهایت بودن صفحات و اسفاده از قضیه تصویر، شکاف را به صورت تقریبی تنها معادل یک جریان مغناطیسی در طول شکاف در نظر می گرفت.
نحوه تحریک یک شکاف اریب روی بدنه باریک موجبر در شکل ۱-۵ نشان داده شده است. همانطور که دیده می شود هرچه میزان چرخش شکاف بیشر باشد، تعداد خطوط میدان الکتریکی قطع شده بیشتر خواهد بود و میزان بیشتری توان به بیرون کوپل می شود.
همانطور که مطرح شد یک شکاف به صورت تقریبی معادل یک جریان مغناطیسی در راستای شکاف می باشد. برای شکاف های اریب روی بدنه باریک موجبر این جریان را می توان به صورت دو جریان عمود بر هم در نظر گرفت که یکی از آنها هم راستا با عرض موجبر و دیگری هم راستا با امتداد موجبر یا در راستای آرایه می باشد.
مولفه همراستا با عرض موجبر پترن دلخواه را به وجود می آورد و مولفه هم راستا با امتداد موجبر باعث تولید پلاریزاسیون متقاطع می شود. در آرایه های taper شده این جریان ها با هم برابر نیستند و شکاف های کنار هم که به صورت چیدمان مثبت و منفی هستند به دلیل مساوی نبودن جریان هایمعادلشان، در امتداد موجبر (آرایه) شکاف ها،این جریان ها نمی توانند به صورت کامل یکدیگر را خنثی کنند و با عث به وجود آمدن پلاریزاسیون متقاطع می شوند.
شکل ۵-۱ : نحوه تحریک شکاف اریب روی بدنه باریک موجبر
نحوه تحریک شکاف های چرخش نیافته روی بدنه باریک موجبر
شکاف های چرخش نیافته روی بدنه باریک موجبر به خودی خود به دلیل این که خطوط میدان را قطع نمی کنند، نمی توانند تشعشع کنند. پس باید به وسیله ای میدان های درون موجبر را تغییر داد تا خطوط میدان الکتریکی شکاف را قطع کرده و شکاف تحریک شود. در واقع به جای چرخش شکاف ها برای قطع کردن خطوط میدان، میدان ها چرخش داده می شوند تا شکاف را قطع کرده و آن ها را تحریک کنند.
نحوه تحریک این شکاف ها در شکل ۵-۲ نشان داده شده است. همانطور که دیده می شود به وسیله ساختارهایی در درون موجبر، خطوط میدان الکتریکی را می توان مختل(perturb )کرد به گونه ای که عمود بر شکاف شوند و شکاف تحریک شود. وجود جریان مغناطیسی معادل در راستای شکاف که به صورت تقریبی تنها در راستای عرض موجبر می باشد باعث می شود که دیگر مولفه جریان در امتداد موجبر وجود نداشه باشد و باعث کاهش پلاریزاسیون متقاطع می شود.[۳]
شکل ۵-۲ : نحوه تحریک شکاف چرخش نیافه روی بدنه باریک موجبر
این موضوع اولین بار توسط Ajioka مطرح شد که از دو سیم بسیار نازک چرخش یافته برای تحریک هرکدام از شکاف ها استفاده می کرد.[۴] بعد از آن ساختارهای متفاوتی مانند استفاده از نوار فلزی بر روی یک صفحه دی الکتریک[۵] در پشت شکاف ها، استفاده از دو صفحه بسیار نازک فلزی [۳]، استفاده از ساختار های گوه مانند در کنار شکاف ها [۸] و ساختار های دیگر [۶,۷,۹,۱۰] برای تحریک شکاف ها ارائه شد.
اگرچه همه این پیشنهاد ها باعث می شد که شکاف های چرخش نیافته تحریک شده و پلاریزاسیون متقاطع آرایه پایین بیاید. اما همه آن ها یا از ساختار های بسیار کوچک و یا از ساختارهای پیچیده درون موجبر استفاده می کردند که ساخت آن ها را از لحاظ عملی دچار مشکل می کرد. همچنین هیچکدام از آنها قابلیت تیونینگ[۶۷] را ندارند که یکی از ویژگی های مهم یک آنتن می باشد تا بعد از ساخت بتوان عملیات کالیبراسیون[۶۸] را انجام داد.
ساخار پیشنهاد شده برای کاهش پلاریزاسیون متقاطع
بعد از مطالعات صورت گرفته و بررسی این موضوع که ساختارهایی که تا کنون پیشنهاد شده اند ازلحاظ ساخت بسیار مشکل بوده و همچنین قابلیت تیونینگ را ندارند، ساختار ساده شکل زیر پیشنهادشده است. همانطور که در شکل ۵-۳ دیده می شود، شکاف های چرخش نیافته توسط دو استوانه در کنار شکاف ها تحریک می شوند. این استوانه ها می توانند به عنوان یک پیچ در نظر گرفته شوند که از طریق بدنه موجبر وارد موجبر می شوند و شکاف را تحریک می کنند. از این رو این ساختار قابلیت تیونینگ را دارد.با تغییر ارتفاع این استوانه ها (h) تعداد خطوط چرخش یافته میدان الکتریکی قابل کنترل بوده و می توان میزان توان کوپل شده به بیرون توسط شکاف ها یا رسانایی شکاف ها را کنترل کرد و تغییر داد. از این رو از این ساختار می توان در طراحی آرایه های taper شده استفاده کرد.
شکل ۵-۳ : ساختار پیشنهاد شده برای تحریک شکاف چرخش نیافته روی بدنه باریک موجبر
چیدمان یکی عکس دیگریاستوانه ها، باعث به وجود آمدن اخلاف فاز ۱۸۰ درجه بین تحریک شکاف های مجاور هم می شود.
بدست آوردن رسانایی ساختار پیشنهاد شده
همانطور که اشاره شد با تغییر ارتفاع اسوانه ها می توان اندازه رسانایی شکاف ها را تغییر داد. مشابه با روش پیشنهادی که برای بدست آوردن رسانایی شکاف اریب روی بدنه باریک موجبر ارائه شد، همانطور که در شکل ۵-۳ دیده می شود یک unit-cell شامل دو شکاف با عرض (w) که به فاصله ۶.۵ سانتی متر (L) از هم قرار گرفته اند در نظر گرفه شده است.
ساختار از یک طرف تحریک شده و در طرف دیگر بار تطبیق وجود دارد. شعاع استوانه ها مشابه بوده و برابر (۱ cm) می باشد.
همه طراحی ها دوباره در باند S و فرکانس ۲.۸۵ گیگاهرترز و در موجبر WR-284 می باشد. این unit-cell در نرم افزار CST شبیه سازی شده است به گونه ای که بین پورت ۱و ۲ شرط مرزی پریودیک گذاشه شده است. سپس برای هر ارتفاع h میزان عمق فرورفتگی (d) شکاف در بدنه پهن موجبر تغییر داده شده تا شکاف به رزونانس برسد.