(1.4)Pin=Prad1+Prad2+P3+Pr1+Pr2
(2.4)P2=Pin-Pr1-Prad1
که Prad1 و Prad2 به ترتیب توان های تشعشع شده توسط شکاف اول و دوم می باشد.Pin و Prad1 می توانند به صورت زیر تعریف شوند :
(3.4)Prad1=1/2 G1│V│² و Pin=1/2 Y0│V│²
که V ولتاژ در دهانه موجبر و Y_0 ادمیتانس موجبر می باشد. با استفاده از معادلات (2.4) و (3.4) ، P_2 را می توان به صورت زیر نوشت :
(4.4)P2=1/2 Y0│V│^2-1/2 G1│V│^2-Pr1
می توانP_2 و Prad2 را به صورت زیر نوشت :
(5.4)Prad2=1/2 G2│V2│²وP2=1/2 Y0│V2│^2
که V_2 ولتاژ دوسر دومین رسانایی می باشد. با استفاده از معادلات (4.4) و (5.4) :

سایت ما حاوی پایان نامه های زیادی است – می توانید جستجو کنید :

(6.4)Prad2=1/2 G2│V│^2-1/2 G1G2/Y0│V│²-G2Pr1/Y0
با استفاده از معادلات (6.4) و (3.4) :
(7.4)(Prad1+Prad2)/Pin=G2/Y0+G1/Y0-G1G2/Yo²-2G2Pr1/(Y0²│V│²)
همانطور که قبلا مطرح شده است برای یک آرایه بزرگ اندازه رسانایی ها و توان منعکس شده از هر شکاف کوچک می باشد. از این رو آخرین ترم معادله (7.4) را می توان در مقابل بقیه ترم ها صرفنظر کرد.
برای ساختار شکل 10-4 که شکاف ها دارای زاویه یکسانی می باشند، رسانایی دو شکاف با هم برابر می باشد. از این رو معادله (7.4) را می توان به صورت زیر نوشت :
(8.4)(Prad1+Prad2)/Pin=2g-g²
که g رسانایی نرمالایز شده هرکدام از شکاف ها نسبت به ادمیتانس موجبر می باشد. وقتی که g کوچک باشد،g^2 بسیار کوچک است و از آن در مقابل 2g می توان صرفنظر کرد.
از طرف دیگر معادله (1.4) را می توان به صورت زیر نوشت :
(9.4)(Prad1+Prad2)/Pin=1-P3/Pin-(Pr1+Pr2)/Pin
با مساوی قرار دادن معادلات (9.4) و (8.4) و با استفاده از P3/Pin=│S21│² و (Pr1+Pr2)/Pin=│S11│² می توان به نتیجه زیر رسید :
(10.4)g=1/2(1-│S21│²-│S11│^2)
که S_11 S_21 را با استفاده از نرم افزار های حل میدانی مانند CST می توان بدست آورد.
رسانایی نرمالایز شده شکاف ها به ازای Ө های مختلف با استفاده از فرمول (10.4) بدست آمده در شکل (13-4) کشیده شده است. همانطور که دیده می شود و انتظار هم می رفت با افزایش زاویه شکاف، رسانایی شکاف و در نتیجه توان تشعشع شده توسط شکاف افزایش پیدا می کند. چرا که با افزایش زاویه، شکاف تعداد بیشتری خطوط جریان را قطع می کند.
طول کلی رزونانس شکاف ها با افزایش زاویه شکاف ها تقریبا به صورت خطی از 0.572λ تا 0.578λ افزایش پیدا می کند. به دلیل اینکه رنج تغییرات طول رزونانس بسیار کوچک بوده است، نمودار آن کشیده نشده است. همانطور که دیده می شود طول رزونانس شکاف ها بر خلاف چیزی که در مراجع مختلف برای حل تحلیلی این شکاف ها در نظر گرفته می شد برابر با λ/2 نمی باشد.
شکل 13-4 : نمودار رسانایی شکاف اریب بر روی بدنه باریک موجبر برحسب زاویه شکاف ها
نتایج شبیه سازی آرایه موجرونده طراحی شده با شکاف اریب
با استفاده از نمودار شکل 13-4 ، برای رسانایی های مختلف میزان چرخش شکاف ها را می توان محاسبه کرد. با استفاده از این نمودار و جدول 1-4 مشخصات همه شکاف ها محاسبه شده و سپس در نرم افزار CST آرایه شبیه سازی شده است.شمای کلی آرایه طراحی شده در نرم افزار CST که شامل 58 شکاف می باشد، در شکل 14-4 مشاهده می شود.
شکل 14-4 : شمای کلی آرایه طراحی شده با شکاف های اریب روی بدنه باریک موجبر
اندازه S_11 این آرایه در شکل 15-4 نشان داده شده است. همانطور که دیده می شود در کل پهنای باند فرکانسی مورد نظر اندازه S_11 زیر مقدارdB -30 می باشد که مقدار بسیار کمی است. البته برای کاربرد های آنتنی معمولا مقدار -10 dB ملاک اندازه گیری پهنای باند می باشد. پس برای آرایه مورد نظر پهنای باند فرکانسی بسیار بیشتر می باشد اما مقدار سطح لوب کناری در خارج از این باند فرکانسی رفته رفته بالا می آید.
شکل 15-4 : اندازه S_11 آرایه طراحی شده با شکاف اریب
الگوهای تشعشعی آرایه طراحی شده با شکاف اریب
پترن جهت دهندگی آرایه در فرکانس 2.85 GHz در شکل 16-4 و 17-4 درمختصات دکارتی و قطبی کشیده شده است. همانطور که مشاهده می شود. ماکزیمم جهت دهندگی آرایه 22.15 dB و سطح لوب کناری تقریبا-32.3 dBمی باشد که نشان دهنده این است که اثر کوپلینگ متقابل بین شکاف ها به خوبی در طراحی این آرایه با روش پیشنهاد شده در نظر گرفته شده است. همانطور که اشاره شد طرا حی برای سطح لوب کناری -35 dB بوده است. 2.7 dB اختلاف بین نتیجه شبیه سازی و طراحی انجام شده به خاطر این است که اولا توزیع جریان تیلور خود یک توزیع جریان تقریبی است و برای آرایه ها با پهنای بیم باریکتر دقیقتر است، دوما توزیع جریان تیلور یک توزیع جریان پیوسته است و برای طراحی این آرایه همانطور که دیده شد sample گیری انجام شده است.در مقایسه با پترن شکل 9-4 که آرایه ای با استفاده از نمودار های موجود در مراجع طراحی شده بود تقریبا 9 dB سطح لوب کناری بهبود یافته است. در مرجع [44] که قبلاروش بدست آوردن مشخصات شکاف ها معرفی شد، یک آرایه بسیار بزرگ با پهنای بیم بسیار باریک با 254 شکاف برای سطح لوب کناری -35dB طراحی شده است که اندازه سطح لوب کناری بدست آمده -30 dB بوده است. طراحی دیگری در همان مرجع با 101 شکاف برای سطح لوب کناری -30 dB انجام شده است که سطح لوب کناری -26dB شده است.
این مسائل نشان دهنده اینست که نمودار شکل 13-4 که برای محاسبه مشخصات شکاف اریب روی بدنه باریک موجبر حساب شده است بسیار دقیقتر از نمودار های موجود در مراجع مختلف بوده و می تواند برای طراحی آرایه های متفاوت در فرکانس های دیگر نیز استفاده شود. آرایه طراحی شده در این تحقیق با 58 شکاف بوده است مطمئنا برای آرایه های بزرگتر با تعداد شکاف های بیشتر وضعیت سطح لوب کناری بهتر خواهد شد. چون همانطور که اشاره شد توزیع جریان تیلور برای آرایه های بزرگتر با پهنای بیم باریکتر دقیقتر است.
شکل 16-4 : پترن دایرکتیویی آرایه طراحی شده در فرکانس2.85 GHzدر مختصات دکارتی
شکل 17-4 : پترن دایرکتیویی آرایه طراحی شده در فرکانس2.85 GHzدر مختصات قطبی
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 97 درجه می باشد که 0.2 درجه با طراحی مورد نظر اختلاف دارد. همچنین همانطور که پیشتر اشاره شد و انتظار هم می رفت پهنای بیم آرایه 2 درجه می باشد که0.1 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 باند102 و در انتهای باند 93 درجه می باشد که نشان دهنده این است که در کل باند فرکانسی پترن آنتن به اندازه 9 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 18-4 : پترن دایرکتیویی آرایه طراحی شده در فرکانس2.7 GHz در مختصات دکارتی
شکل 19-4 : پترن دایرکتیویی آرایه طراحی شده در فرکانس2.7 GHz در مختصات قطبی
شکل 20-4 : پترن دایرکتیویی آرایه طراحی شده در فرکانس3GHz در مختصات دکارتی
شکل 21-4 : پترن دایرکتیویی آرایه طراحی شده در فرکانس3 GHz در مختصات قطبی
آرایه طراحی شده در باند X

مطالب مشابه در سایت

SABZFILE.COM

موجود است

برای این که نشان داده شود نمودار طراحی شکل 13-4 را می توان برای بقیه آرایه ها در فرکانس های دیگر هم استفاده کرد، یک آرایه موج رونده موجبر شکاف دار در با 58 شکاف در باند X در فرکانس 9.975 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 13-4 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.
در شکل 21-4 نمودار اندازه S_11 کشیده شده است. همانطور که مشاهده می شود S_11 در باند فرکانسی 10 درصد همچنان مقدار بسیار کمی دارد. پترن دایرکتیویتی آرایه در فرکانس 9.975 GHZ نیز در شکل 22-4 نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود مقدار سطح لوب کناری تقریبا -32.4 dB می باشد که مقدار قابل قبولی است.
شکل 22-4: اندازه S_11 آرایه طراحی شده در باند x

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید