عرض لوب اصلی و سطح لوب جانبی

عرض DN (لوب اصلی) درجه غلظت انرژی الکترومغناطیسی تابش شده را تعیین می کند. عرض DNزاویه بین دو جهت در لوب اصلی است که در آن دامنه قدرت میدان الکترومغناطیسی 0.707 از حداکثر مقدار (یا 0.5 از حداکثر مقدار از نظر چگالی توان) است. عرض DN به صورت زیر تعیین می شود:

2i عرض BP از نظر توان در سطح 0.5 است.

2i - عرض DN در کشش در سطح 0.707.

شاخص E یا H نشان دهنده عرض DN در صفحه مربوطه است: 2i، 2i. سطح توان 0.5 مربوط به سطح قدرت میدان 0.707 یا سطح 3 - dB در مقیاس لگاریتمی است:

به طور تجربی، عرض BP را می توان به راحتی از یک نمودار تعیین کرد، به عنوان مثال، همانطور که در شکل 11 نشان داده شده است.

شکل 11

سطح لبه های جانبی الگوی آنتن میزان تابش کاذب آنتن میدان الکترومغناطیسی را تعیین می کند. این بر کیفیت سازگاری الکترومغناطیسی با سیستم‌های الکترونیکی رادیویی نزدیک تأثیر می‌گذارد.

سطح نسبی لوب جانبی نسبت دامنه قدرت میدان در جهت حداکثر لوب جانبی اول به دامنه قدرت میدان در جهت حداکثر لوب اصلی است (شکل 12):

شکل 12

این سطح در واحدهای مطلق یا دسی بل بیان می شود:

بهره آنتن جهت دهنده و فرستنده

ضریب عمل جهت (ضریب جهت) به طور کمی ویژگی های جهت یک آنتن واقعی را در مقایسه با یک آنتن غیر جهتی مرجع (همسانگرد) با DP به شکل یک کره مشخص می کند:

KND عددی است که نشان می‌دهد چند برابر چگالی شار توان P (u, q) آنتن واقعی (جهت‌دار) از چگالی شار توان P (u, q) آنتن مرجع (غیر جهت‌دار) برای همان آنتن بیشتر است. جهت و در همان فاصله مشروط بر اینکه قدرت تابش آنتن ها یکسان باشد:

با در نظر گرفتن (25)، می توانید به دست آورید:

بهره آنتن (GF) پارامتری است که نه تنها ویژگی های تمرکز آنتن، بلکه توانایی آن را برای تبدیل یک نوع انرژی به نوع دیگر را نیز در نظر می گیرد.

KUعددی است که نشان می دهد چند برابر چگالی شار توان P (u, c) آنتن واقعی (جهت دار) از چگالی شار توان آنتن مرجع PE (u, c) (غیر جهتی) برای همان جهت بیشتر است. و در همان فاصله، مشروط بر اینکه توان های ارائه شده به آنتن ها یکسان باشد.

سود را می توان بر حسب KND بیان کرد:

بازده آنتن کجاست در عمل، آنها از افزایش آنتن در جهت حداکثر تابش استفاده می کنند.

نمودار جهت فاز. مفهوم مرکز فاز آنتن

الگوی فازوابستگی فاز میدان الکترومغناطیسی ساطع شده توسط آنتن به مختصات زاویه ای است.

از آنجایی که در ناحیه دور آنتن بردارهای میدان E و H در فاز هستند، پس الگوی فاز به همان اندازه با اجزای الکتریکی و مغناطیسی EMF منتشر شده توسط آنتن مرتبط است. فاز DP به صورت زیر نشان داده می شود: W = W (u, q) در r = const.

اگر W (u، q) = const در r = const، این بدان معنی است که آنتن یک جبهه موج فاز را به شکل یک کره تشکیل می دهد. مرکز این کره که مبدأ سیستم مختصات در آن قرار دارد، مرکز فاز آنتن (FCA) نامیده می شود. لازم به ذکر است که همه آنتن ها مرکز فاز ندارند.

برای آنتن هایی با مرکز فاز و الگوی دامنه چند لوبی با صفرهای واضح بین آنها، فاز میدان در لوب های مجاور با p (180 درجه) متفاوت است. رابطه بین الگوهای تابش دامنه و فاز همان آنتن در شکل 13 نشان داده شده است.

شکل 13 - الگوی دامنه و فاز

جهت انتشار EMW و موقعیت جبهه فاز آن در هر نقطه از فضا متقابلاً عمود هستند.

در حالت ایده آل، پرتوی که آنتن به سمت ماهواره هدایت می کند باید به شکل یک مداد نوک تیز باشد. متأسفانه، به دلیل اینکه طول موج در مقایسه با دیافراگم آنتن (قطر) کوچک است، نقطه کانونی ثابت واقعا دقیق نیست. این باعث واگرایی جزئی پرتو اصلی و دریافت ناخواسته سیگنال های خارج از محور می شود. نمودار قطبی حاصل از یک پرتو باریک به نام تشکیل شده است گلبرگ اصلیو یک سری لوب جانبی با دامنه کمتر.

الگوی تابش معمولی سهمی
بازتابنده در سیستم مختصات قطبی

از آنجایی که نمودارهای قطبی اغلب به سختی تفسیر می شوند، نمایش مستطیلی ترجیح داده می شود. مشخصه سیگنال نظری نرمال شده برای یک آنتن تابش یکنواخت با قطر 65 سانتی متر در فرکانس 11 گیگاهرتز در شکل نشان داده شده است:

در واقع، عوامل ذکر شده در بالا به معرفی بی‌نظمی در این مشخصه کمک می‌کنند، اما تصویر کلی از وابستگی نشان‌داده‌شده بدون تغییر باقی می‌ماند.

نویز پس زمینه عمدتاً از طریق لوب های جانبی وارد سیستم آنتن می شود، بنابراین مهم است که آنها نسبت به دامنه لوب اصلی تا حد امکان کوچک باشند. یک آنتن با تابش یکنواخت از نظر تئوری اولین و بزرگترین این لوب های جانبی را در حدود 17.6- دسی بل زیر حداکثر لوب اصلی ایجاد می کند.

در عمل، نوردهی به ندرت یکنواخت است. دقت توزیع تابش بستگی به نوع روشن کننده نصب شده دارد. این ما را به مفهوم منطقه موثر یا کارایی یک سیستم آنتن می رساند. به عبارت دیگر، بیشتر قدرت سیگنال از مرکز آینه جمع آوری می شود و به سمت لبه های بیرونی آنتن کاهش می یابد. بنابراین، دیافراگم ضعیف بازتابنده آنتن می تواند به عنوان محافظت در برابر نویز پس زمینه عمل کند.

تابش ناقص (ناکافی) آینه، سطح لوب جانبی اول را به کمتر از -20 دسی بل کاهش می دهد و در نتیجه اثر نویز پس زمینه را کاهش می دهد. در نگاه اول، این راه حل ایده آل به نظر می رسد، اما منجر به برخی عواقب نامطلوب می شود - کاهش بهره آنتن و افزایش متناظر در عرض پرتو (لوب اصلی). مشخصه اصلی الگوی تابش آنتن، عرض نیمه توان آن است که به صورت عرض لوب اصلی الگو در سطح dB-3 محاسبه می شود. معادلاتی که برای محاسبه پهنای پرتو در هر سطح لوب اصلی استفاده می‌شوند، پیچیده و زمان‌بر هستند. با این حال، پارامترهایی مانند -3dB عرض لوب اصلی، دامنه اول سمت لوب و موقعیت صفر اول (نچ)، بسته به روش تابش مشخص شده، به راحتی با استفاده از عبارات جدول زیر قابل محاسبه هستند. توزیع کسینوس نزدیک به میانگین است و اگر روش نوردهی دریافتی ناشناخته باشد، می توان از آن به عنوان اولین تقریب هنگام محاسبه پهنای پرتو dB-3 استفاده کرد.

کاهش سطح لوب های جانبی آنتن های بازتابنده با قرار دادن نوارهای فلزی در دیافراگم

آکیکی د، بیینه و.، نصار ا.، خرموش ع.

دانشگاه نوتردام، طرابلس، لبنان

معرفی

در دنیای افزایش تحرک، نیاز روزافزونی برای افراد برای برقراری ارتباط و دسترسی به اطلاعات وجود دارد، صرف نظر از اینکه اطلاعات در کجا قرار دارد یا فرد. با توجه به این ملاحظات، نمی توان انکار کرد که مخابرات، یعنی انتقال سیگنال از راه دور، یک الزام مطلق است. الزامات سیستم های ارتباطی بی سیم برای کمال و فراگیر بودن آنها منجر به این واقعیت می شود که سیستم های کارآمدتر و بیشتری باید توسعه یابد. هنگام بهبود سیستم، گام اصلی شروع، بهبود آنتن‌ها است که بلوک‌های اصلی سازنده سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم فعلی و آینده هستند. در این مرحله منظور از بهبود کیفیت پارامترهای آنتن، کاهش سطح لوب های جانبی آن از الگوی جهت آن است. کاهش سطح لوب های جانبی، البته، نباید بر لوب اصلی نمودار تأثیر بگذارد. پایین آوردن سطح لوب جانبی مطلوب است زیرا برای آنتن هایی که به عنوان آنتن گیرنده استفاده می شوند، لوب های جانبی سیستم را در برابر سیگنال های ناخواسته آسیب پذیرتر می کنند. در آنتن های فرستنده، لوب های جانبی امنیت اطلاعات را کاهش می دهند، زیرا سیگنال می تواند توسط یک طرف دریافت کننده ناخواسته دریافت شود. مشکل اصلی این است که هر چه سطح لوب های جانبی بالاتر باشد، احتمال تداخل در جهت لوب جانبی با بالاترین سطح بیشتر است. علاوه بر این، افزایش سطح لوب جانبی به این معنی است که قدرت سیگنال به طور غیر ضروری هدر می رود. تحقیقات زیادی انجام شده است (به عنوان مثال نگاه کنید)، اما هدف از این مقاله بررسی روش "موقعیت بندی نوار" است که ثابت، ساده، موثر و کم هزینه است. هر آنتن سهموی

می توان با استفاده از این روش طراحی یا حتی اصلاح کرد (شکل 1) برای کاهش تداخل بین آنتن ها.

با این حال، نوارهای رسانا باید بسیار دقیق قرار گیرند تا سطح لوب های جانبی کاهش یابد. در این مقاله روش «موقعیت یابی نوار» به صورت آزمایشی مورد آزمایش قرار گرفته است.

شرح وظیفه

مشکل به صورت زیر فرموله شده است. برای یک آنتن سهموی خاص (شکل 1)، لازم است سطح اولین لوب جانبی پایین بیاید. الگوی تابش آنتن چیزی نیست جز تبدیل فوریه تابع تحریک دیافراگم آنتن.

در شکل 2 دو نمودار از یک آنتن سهموی را نشان می دهد - بدون نوار (خط یکپارچه) و با راه راه (خط نشان داده شده با *) که نشان دهنده این واقعیت است که هنگام استفاده از نوارها، سطح لوب سمت اول کاهش می یابد، با این حال، سطح لوب اصلی کاهش می یابد. لوب نیز کاهش می یابد و سطح بقیه گلبرگ ها نیز تغییر می کند. این نشان می دهد که موقعیت راه راه ها بسیار مهم است. لازم است نوارها را طوری قرار دهید که عرض لوب اصلی یا بهره آنتن به میزان قابل توجهی تغییر نکند. سطح لوب پشت نیز نباید تغییر محسوسی داشته باشد. افزایش سطح گلبرگ های باقی مانده چندان قابل توجه نیست، زیرا سطح این گلبرگ ها معمولاً بسیار آسان تر از سطح لوب های جانبی اول است. با این حال، این افزایش باید متوسط ​​باشد. همچنین به یاد داشته باشیم که شکل 2 گویا است.

به دلایل ذکر شده، هنگام استفاده از روش "موقعیت نوار" باید موارد زیر را در نظر داشت: نوارها باید فلزی باشند تا میدان الکتریکی را به طور کامل منعکس کنند. در این حالت، موقعیت نوارها به وضوح قابل تشخیص است. در حال حاضر برای اندازه گیری سطح لوب های جانبی

برنج. 2. الگوی تشعشع آنتن بدون راه راه (جامد)

و با راه راه (

برنج. 3. الگوی تابش نرمال شده نظری در دسی بل

دو روش استفاده می شود - نظری و تجربی. هر دو روش مکمل یکدیگر هستند، اما از آنجایی که شواهد ما مبتنی بر مقایسه نمودارهای آزمایشی آنتن بدون شکستگی و با نوار است، در این مورد از روش آزمایشی استفاده خواهیم کرد.

الف- روش نظری. این روش شامل موارد زیر است:

یافتن الگوی تابش نظری (DP) آنتن مورد آزمایش،

اندازه گیری لوب های جانبی این DN.

الگوی آنتن را می توان از مستندات فنی آنتن گرفت یا مثلاً با استفاده از برنامه Ma1! Ab یا با استفاده از هر برنامه مناسب دیگری با استفاده از روابط میدانی شناخته شده محاسبه کرد.

یک آنتن سهموی بازتابنده P2P-23-YKHA به عنوان آنتن آزمایشی استفاده شد. مقدار نظری DP با استفاده از فرمول یک دیافراگم گرد با تحریک یکنواخت به دست آمد:

] ka2E0e іkg Jl (ka 8Ipv)

اندازه گیری ها و محاسبات در E-plane انجام شد. در شکل 3 الگوی قطبی نرمال شده را نشان می دهد.

ب- روش تجربی. در روش آزمایشی باید از دو آنتن استفاده شود:

دریافت آنتن تحت آزمایش،

آنتن فرستنده.

الگوی آنتن آنتن مورد آزمایش با چرخاندن آن و تثبیت سطح میدان با دقت لازم مشخص می شود. برای افزایش دقت، خواندن با دسی بل ترجیح داده می شود.

ب. سطح لوب های جانبی را تنظیم می کند. طبق تعریف، اولین لوب های جانبی نزدیک ترین لوب ها به لوب اصلی هستند. برای تثبیت موقعیت آنها، لازم است زاویه بین جهت تابش اصلی و جهت حداکثر تابش اولین لوب چپ یا راست اندازه گیری شود. جهت لوب سمت چپ و راست به دلیل تقارن الگو باید یکسان باشد، اما ممکن است در الگوی آزمایشی اینطور نباشد. بعد، شما همچنین باید عرض گلبرگ های جانبی را تعیین کنید. می توان آن را به عنوان تفاوت بین صفرهای DN در سمت چپ و راست لوب کناری تعریف کرد. در اینجا باید تقارن را نیز انتظار داشت، اما فقط در تئوری. در شکل 5 داده های تجربی برای تعیین پارامترهای لوب جانبی را نشان می دهد.

در نتیجه یک سری اندازه گیری، موقعیت نوارها برای آنتن P2P-23-NKhA تعیین شد که با فاصله (1.20-1.36) ^ از محور تقارن آنتن تا نوار تعیین می شود.

پس از تعیین پارامترهای لوب جانبی، موقعیت نوارها مشخص می شود. محاسبات مربوطه برای هر دو DP نظری و تجربی با استفاده از روش مشابه انجام می شود که در زیر توضیح داده شده و در شکل نشان داده شده است. 6.

ثابت d - فاصله از محور تقارن آنتن سهموی تا نوار واقع در سطح دیافراگم آینه سهموی با رابطه زیر تعیین می شود:

«دی<Ф = ъ,

جایی که d فاصله اندازه گیری شده تجربی از نقطه تقارن روی سطح آینه تا نوار است (شکل 5). 0 - زاویه بین جهت تابش اصلی و جهت حداکثر لوب جانبی به طور تجربی پیدا شده است.

محدوده مقادیر برای C با نسبت پیدا می شود: s! = O / dv

برای مقادیر 0 مربوط به ابتدا و انتهای لوب جانبی (مرتبط با صفرهای الگو).

پس از تعیین محدوده C، این محدوده به تعدادی مقادیر تقسیم می شود که از بین آنها مقدار بهینه به صورت تجربی انتخاب می شود.

برنج. 4. راه اندازی آزمایشی

برنج. 5. تعیین تجربی پارامترهای لوب های جانبی. 6. روش تعیین موقعیت نواری

نتایج

چندین موقعیت از نوارها آزمایش شده است. هنگام دور کردن نوارها از لوب اصلی، اما در محدوده C یافت شده، نتایج بهبود یافت. در شکل 7 دو BP را بدون راه راه و با راه راه نشان می دهد که کاهش واضحی در سطح لوب های جانبی نشان می دهد.

جدول شکل 1 پارامترهای مقایسه ای الگوی آنتن را از نظر سطح لوب های جانبی، جهت و عرض لوب اصلی نشان می دهد.

نتیجه

کاهش سطح لوب جانبی هنگام استفاده از نوارها - 23 دسی بل (سطح لوب های جانبی آنتن بدون راه راه -

12.43 دسی بل). در این مورد، عرض لوب اصلی تقریباً بدون تغییر باقی می ماند. این روش بسیار انعطاف پذیر است زیرا می توان آن را برای هر آنتنی اعمال کرد.

با این حال، یک مشکل خاص تأثیر اعوجاج های چند مسیره مرتبط با تأثیر زمین و اشیاء اطراف بر روی الگو است که منجر به تغییر سطح لوب های جانبی تا 22 دسی بل می شود.

این روش ساده، کم هزینه است و در مدت زمان کوتاهی قابل انجام است. در ادامه سعی خواهیم کرد نوارهای اضافی را در موقعیت های مختلف اضافه کنیم و نوارهای جذب را بررسی کنیم. علاوه بر این، کار بر روی تحلیل نظری مسئله با استفاده از روش تئوری هندسی پراش انجام خواهد شد.

الگوی تابش میدان دور آنتن P2F- 23-NXA قدر خطی - پلات قطبی

برنج. 7. آنتن DN P2F-23-NXA بدون راه راه و با راه راه

پارامترهای مقایسه ای آنتن

سطح لوب کناری

DN نظری (برنامه Ma11ab) DN طبق مستندات فنی 18 dB 15 dB

AP اندازه گیری شده بدون نوار 12.43 دسی بل

DN اندازه گیری شده با نوارها با چند مسیر بدون چند مسیر

عرض لوب اصلی بر حسب درجه D D, dB

DN نظری (برنامه Ma ^ ab) 16 161.45 22.07

DN مطابق اسناد فنی 16 161.45 22.07

DN اندازه‌گیری شده بدون نوار 14 210.475 23.23

MD اندازه گیری شده با راه راه 14 210.475 23.23

ادبیات

1. بالانس. نظریه آنتن C. ویرایش 3 وایلی 2005.

2. روش های تست استاندارد IEEE برای آنتن ها IEEE Std. 149 - 1965.

3.http: //www.thefreedictionary.com/lobe

4. Searle AD., Humphrey AT. طراحی آنتن بازتابنده کم لبه جانبی. آنتن ها و انتشار، دهمین کنفرانس بین المللی در (کنف. انتشار شماره 436) دوره 1، 14-17 آوریل 1997 صفحه (ها): 17-20 جلد 1. در 26 ژانویه 2008 از پایگاه داده IEEE بازیابی شده است.

5. Schrank H. آنتن های بازتابنده کم لبه جانبی. خبرنامه Antennas and Propagation Society, IEEE Volume 27, Issue 2, April 1985 Page (s): 5 - 16. در 26 ژانویه 2008 از پایگاه های داده IEEE بازیابی شده است.

6. Satoh T. shizuo Endo، Matsunaka N.، Betsudan Si، Katagi T، Ebisui T. کاهش سطح سایدلوب با بهبود شکل ستون. Antennas and Propagation, IEEE Transactions on Volume 32, Issue 7, Jul 1984 Page (s): 698 - 705. در 26 ژانویه 2008 از پایگاه های داده IEEE بازیابی شده است.

7. D. C Jenn و W. V. T. Rusch. "طراحی بازتابنده لوب جانبی کم با استفاده از سطوح مقاومتی" در IEEE Antennas Propagat., Soc./URSI Int. علائم حفاری، جلد. من، می

1990، ص. 152. در 26 ژانویه 2008 از پایگاه های داده IEEE بازیابی شده است.

8. D. C Jenn و W. V. T. Rusch. IEEE Trans. آنتن ها، جلد. 39، ص. شهریور 1372

1991. در 26 ژانویه 2008 از پایگاه های داده IEEE بازیابی شده است.

9. Monk AD., And Cjamlcoals PJ.B. تشکیل نول تطبیقی ​​با یک آنتن بازتابنده قابل تنظیم مجدد، IEEE Proc. H, 1995, 142, (3), pp. 220-224. در 26 ژانویه 2008 از پایگاه داده IEEE بازیابی شده است.

10. Lam P., Shung-Wu Lee, Lang K, Chang D. کاهش لبه جانبی بازتابنده سهموی با بازتابنده های کمکی. آنتن ها و انتشار، تراکنش های IEEE در. دوره 35، ش 12، دی 1366 صفحه (ها): 1367-1374. در 26 ژانویه 2008 از پایگاه داده IEEE بازیابی شده است.

آنتن، صرف نظر از طراحی آن، دارای خاصیت برگشت پذیری است (هم برای دریافت و هم برای تابش می تواند کار کند). اغلب در پیوندهای مایکروویو، یک آنتن می تواند همزمان به گیرنده و فرستنده متصل شود. این اجازه می دهد تا سیگنال در یک جهت در فرکانس های مختلف منتشر و دریافت شود.

تقریباً تمام پارامترهای آنتن گیرنده با پارامترهای آنتن فرستنده مطابقت دارد، اما گاهی اوقات آنها معنای فیزیکی کمی متفاوت دارند.

علیرغم اینکه آنتن های گیرنده و فرستنده دارای اصل دوگانگی هستند، از نظر طراحی می توانند تفاوت های قابل توجهی داشته باشند. این به دلیل این واقعیت است که آنتن فرستنده باید قدرت قابل توجهی را از خود عبور دهد تا سیگنال الکترومغناطیسی را در فواصل طولانی (حداکثر ممکن) منتقل کند. اگر آنتن برای دریافت کار می کند، با میدان هایی با شدت بسیار کم تعامل دارد. نوع ساختار انتقال جریان آنتن اغلب ابعاد نهایی آن را تعیین می کند.

شاید مشخصه اصلی هر آنتنی الگوی جهت باشد. بسیاری از پارامترهای کمکی و ویژگی های انرژی مهم مانند بهره و جهت گیری از آن ناشی می شود.

الگوی جهت

الگوی جهت (DP) وابستگی قدرت میدان ایجاد شده توسط آنتن در فاصله کافی از زوایای مشاهده در فضا است. از نظر حجم، نمودار آنتن جهتی ممکن است شبیه به شکلی باشد که در شکل 1 نشان داده شده است.

تصویر 1

آنچه در شکل بالا نشان داده شده است جهت نموداری فضایی نیز نامیده می شود که سطح حجم است و می تواند چندین ماکزیمم داشته باشد. حداکثر اصلی که با رنگ قرمز در شکل مشخص شده است، لوب اصلی نمودار نامیده می شود و با جهت تابش اصلی (یا دریافت) مطابقت دارد. بر این اساس، اولین حداقل یا (کمتر اوقات) مقادیر صفر قدرت میدان در اطراف لوب اصلی، مرز آن را تعیین می کند. تمام مقادیر ماکزیمم فیلد دیگر سایدلوب نامیده می شوند.

در عمل، آنتن‌های مختلفی وجود دارند که می‌توانند چندین جهت حداکثر تابش داشته باشند یا اصلاً لبه‌های جانبی نداشته باشند.

برای راحتی تصویر (و کاربرد فنی)، MD ها معمولاً در دو صفحه عمود بر هم در نظر گرفته می شوند. به عنوان یک قاعده، اینها صفحات بردار الکتریکی E و بردار مغناطیسی H (که در اکثر رسانه ها بر یکدیگر عمود هستند) هستند، شکل 2.

تصویر 2

در برخی موارد، BP در سطوح عمودی و افقی نسبت به صفحه زمین در نظر گرفته می شود. نمودارهای صفحه توسط سیستم های مختصات قطبی یا دکارتی (مستطیلی شکل) به تصویر کشیده می شوند. در مختصات قطبی، نمودار بصری تر است و هنگامی که روی نقشه قرار می گیرد، می توانید ایده ای از منطقه تحت پوشش آنتن ایستگاه رادیویی داشته باشید، شکل 3.

شکل 3

نمایش الگوی تابش در یک سیستم مختصات مستطیلی برای محاسبات مهندسی راحت‌تر است؛ چنین ساختاری اغلب برای مطالعه ساختار خود نمودار استفاده می‌شود. برای این، نمودارها عادی ساخته می شوند و حداکثر اصلی به یک کاهش می یابد. شکل زیر یک الگوی معمولی آنتن بازتابنده معمولی را نشان می دهد.

شکل 4

در مواردی که شدت تابش جانبی نسبتاً کم است و اندازه گیری تابش جانبی در مقیاس خطی دشوار است، از مقیاس لگاریتمی استفاده می شود. همانطور که می دانید، دسی بل مقادیر کوچک را بزرگ و مقادیر بزرگ را کوچک می کند، بنابراین همان نمودار در مقیاس لگاریتمی مانند زیر است:

شکل 5

تعداد نسبتاً زیادی از ویژگی هایی که برای تمرین مهم هستند را می توان به تنهایی از الگوی تابش خارج کرد. بیایید نمودار نشان داده شده در بالا را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم.

یکی از مهمترین پارامترها لوب اصلی θ 0 با انتشار صفر و لوب اصلی θ 0.5 با نیمه توان است. نیمی از توان 3 دسی بل یا 0.707 در قدرت میدان است.

شکل 6

شکل 6 نشان می دهد که عرض لوب اصلی برای تابش صفر 0 = 5.18 درجه است و عرض در سطح نیمه توان 0.5 = 2.15 درجه است.

همچنین، نمودارها با شدت تابش جانبی و پشتی (قدرت لوب های جانبی و پشتی) ارزیابی می شوند، از این رو دو پارامتر مهم دیگر آنتن به دنبال دارد - این ضریب حفاظت و سطح لوب های جانبی است. .

ضریب حفاظت نسبت قدرت میدان تابش شده توسط آنتن در جهت اصلی به شدت میدان تابش شده در جهت مخالف است. اگر جهت لوب اصلی نمودار در جهت 180 درجه در نظر گرفته شود، نقطه مقابل آن در 0 درجه است. هر جهت دیگر تابش نیز امکان پذیر است. بیایید ضریب عملکرد حفاظتی نمودار مورد نظر را پیدا کنیم. برای وضوح، ما آن را در یک سیستم مختصات قطبی به تصویر خواهیم کشید (شکل 7):

شکل 7

در نمودار، نشانگرهای m1 و m2 به ترتیب سطوح تابش را در جهت معکوس و رو به جلو نشان می دهند. ضریب عمل حفاظتی به صورت زیر تعریف می شود:

در واحدهای نسبی مقدار یکسان دسی بل:

سطح لوب جانبی (LBL) معمولاً بر حسب dB مشخص می شود، بنابراین نشان می دهد که سطح لوب جانبی در مقایسه با سطح لوب اصلی چقدر ضعیف است، شکل 8.

شکل 8

اینها دو پارامتر مهم هر سیستم آنتنی هستند که مستقیماً از تعریف الگوی جهت پیروی می کنند. KND و KU اغلب با یکدیگر اشتباه گرفته می شوند. بیایید به بررسی آنها بپردازیم.

عامل جهت

ضریب عمل جهت دار (CDI) نسبت مربع قدرت میدان ایجاد شده در جهت اصلی (E 0 2) به مقدار میانگین مربع قدرت میدان در همه جهات است (E cf 2). همانطور که از تعریف مشخص است، جهت دهی ویژگی های جهت آنتن را مشخص می کند. LPC تلفات را در نظر نمی گیرد، زیرا با توان تابشی تعیین می شود. از موارد فوق می توانید فرمول محاسبه KND را نشان دهید:

D = E 0 2 / E cf 2

اگر آنتن برای دریافت کار کند، نشانگر جهت دهی نشان می دهد که در صورت جایگزینی یک آنتن جهت دار با یک آنتن همه جهته، اگر تداخل از همه جهات یکنواخت باشد، نشانگر جهت دهی نشان می دهد که چند بار نسبت قدرت سیگنال به نویز بهبود می یابد.

برای یک آنتن فرستنده، شکل جهت دهی نشان می دهد که اگر آنتن همه جهته با یک آنتن جهت دار جایگزین شود، در حالی که همان قدرت میدان در جهت اصلی حفظ شود، چند برابر توان تابش باید کاهش یابد.

جهت دهی یک آنتن کاملاً همه جهته به وضوح برابر با یک است. از نظر فیزیکی، الگوی تابش فضایی چنین آنتنی مانند یک کره ایده آل به نظر می رسد:

شکل 9

چنین آنتنی در همه جهات به یک اندازه تابش می کند، اما در عمل امکان پذیر نیست. بنابراین نوعی انتزاع ریاضی است.

کسب کردن

همانطور که در بالا ذکر شد، جهت دهی افت آنتن را در نظر نمی گیرد. پارامتری که ویژگی های جهت آنتن را مشخص می کند و تلفات موجود در آن را در نظر می گیرد بهره نامیده می شود.

بهره (KU) G نسبت مربع قدرت میدان ایجاد شده توسط آنتن در جهت اصلی (E 0 2) به مقدار میانگین مربع قدرت میدان (E oe 2) ایجاد شده توسط آنتن مرجع است. ، زمانی که توان های عرضه شده به آنتن ها برابر باشد. همچنین توجه می کنیم که هنگام تعیین KU، کارایی آنتن مرجع و اندازه گیری شده در نظر گرفته می شود.

مفهوم آنتن مرجع در درک بهره بسیار مهم است و انواع مختلفی از آنتن های مرجع در باندهای فرکانسی مختلف استفاده می شود. در محدوده امواج بلند / متوسط، یک ویبراتور تک قطبی عمودی با طول موج یک چهارم به عنوان استاندارد در نظر گرفته شده است (شکل 10).

شکل 10

برای چنین ویبراتور مرجع، D e = 3.28، بنابراین، بهره آنتن موج بلند / موج متوسط ​​از طریق جهت به شرح زیر تعیین می شود: G = D * ŋ / 3.28، که در آن ŋ راندمان آنتن است.

در محدوده امواج کوتاه، یک لرزاننده نیم موج متقارن به عنوان آنتن مرجع در نظر گرفته می شود که برای آن De = 1.64، سپس KU:

G = D * ŋ / 1.64

در محدوده مایکروویو (و این تقریباً تمام آنتن‌های Wi-Fi، LTE و دیگر مدرن هستند)، یک فرستنده همسانگرد که De = 1 را می‌دهد و دارای نمودار فضایی نشان داده شده در شکل 9 است، به عنوان امیتر مرجع در نظر گرفته می‌شود.

بهره یکی از پارامترهای تعیین کننده آنتن های فرستنده است، زیرا نشان می دهد که چند بار باید توان عرضه شده به آنتن جهت دار را در مقایسه با مرجع کاهش داد تا قدرت میدان در جهت اصلی بدون تغییر باقی بماند.

KND و KU عمدتاً در دسی بل بیان می شوند: 10lgD، 10lgG.

نتیجه

بنابراین، برخی از خصوصیات میدانی آنتن ناشی از الگوی تابش و مشخصه های توان (جهت دهی و کنترل) را در نظر گرفته ایم. بهره آنتن همیشه کمتر از عملکرد جهت است، زیرا بهره از دست دادن آنتن را در نظر می گیرد. تلفات می تواند به دلیل انعکاس نیرو به خط تغذیه تغذیه، جریان های عبوری از دیوارها (به عنوان مثال، یک بوق)، سایه انداختن نمودار توسط بخش های ساختاری آنتن و غیره ایجاد شود. در سیستم های آنتن واقعی، تفاوت بین جهت و KU می تواند 1.5-2 دسی بل باشد.

بگذارید توزیع جریان در طول آنتن ثابت باشد:

آنتن های واقعی (به عنوان مثال، موجبر شیاردار) یا آرایه های آنتن چاپی اغلب دارای این توزیع جریان هستند. بیایید الگوی تابش چنین آنتنی را محاسبه کنیم:

حالا بیایید یک DN نرمال شده بسازیم:

(4.1.)

برنج. 4.3 الگوی آنتن خطی با توزیع جریان یکنواخت

در این الگوی تابش، مناطق زیر قابل تشخیص است:

1) لوب اصلی ناحیه ای از الگوی تابش است که میدان حداکثر است.

2) گلبرگ های جانبی.

شکل زیر الگوی قطبی را نشان می دهد که در آن
شکل بصری تری دارد (شکل 4.4).

برنج. 4.4 الگوی تابش یک آنتن خطی با توزیع جریان یکنواخت در یک سیستم مختصات قطبی

یک تخمین کمی از جهت آنتن به عنوان عرض لوب اصلی آنتن در نظر گرفته می شود که یا با سطح -3 دسی بل از حداکثر یا با نقاط صفر تعیین می شود. عرض لوب اصلی را در سطح صفرها تعیین کنید. در اینجا، تقریباً می توانیم فرض کنیم که برای آنتن های بسیار جهت دار:
... شرط برابری ضریب سیستم با صفر را می توان تقریباً به صورت زیر نوشت:

با توجه به اینکه
، آخرین شرط را می توان به صورت زیر بازنویسی کرد:

برای مقادیر زیاد طول الکتریکی آنتن (برای مقادیر کوچک از نصف عرض لوب اصلی آنتن)، با در نظر گرفتن این واقعیت که سینوس یک آرگومان کوچک تقریباً برابر با مقدار آرگومان، آخرین رابطه را می توان به صورت زیر بازنویسی کرد:

در نهایت نسبت بین عرض لوب اصلی و اندازه آنتن را بر حسب کسری از طول موج بدست می آوریم:

یک نتیجه گیری مهم از آخرین رابطه به دست می آید: برای یک آنتن خطی درون فاز در طول موج ثابت، افزایش طول آنتن منجر به باریک شدن الگوی تابش می شود.

اجازه دهید سطح لوب های جانبی را در این آنتن تخمین بزنیم. از رابطه (4.1)، می‌توانیم شرط موقعیت زاویه‌ای اولین (حداکثر) لوب جانبی را بدست آوریم:

(-13 دسی بل)

معلوم می شود که در این مورد سطح لوب های جانبی به طول و فرکانس آنتن بستگی ندارد، بلکه تنها با شکل توزیع دامنه جریان تعیین می شود. برای کاهش UBL، باید شکل پذیرفته شده توزیع دامنه (از توزیع یکنواخت) را کنار گذاشت و به سمت توزیعی رفت که به لبه های آنتن می افتد.

5. آرایه آنتن خطی

5.1. استخراج عبارت برای dn lar

بیان 4.2. به شما اجازه می دهد تا به راحتی از میدان یک سیستم آنتن پیوسته خطی به میدان یک آرایه آنتن گسسته تغییر دهید. برای این کار کافی است توزیع جریان را در زیر علامت انتگرال به شکل تابع شبکه (مجموعه ای از توابع مثلث) با وزن های مربوط به دامنه های تحریک عناصر و مختصات مربوطه تنظیم کنیم. در این حالت، نتیجه الگوی تابش آرایه آنتن به عنوان تبدیل فوریه گسسته است. به دانشجویان کارشناسی ارشد این فرصت داده می شود تا این رویکرد را به تنهایی به عنوان یک تمرین پیاده سازی کنند.

6. سنتز afr برای یک روز معین.

6.1. مروری تاریخی، ویژگی های مشکلات سنتز آنتن.

اغلب، برای اطمینان از عملکرد صحیح سیستم های مهندسی رادیو، الزامات خاصی بر روی دستگاه های آنتن که جزء جدایی ناپذیر آنها هستند، اعمال می شود. بنابراین طراحی آنتن هایی با ویژگی های مشخص شده یکی از مهم ترین کارها می باشد.

اساساً، الزامات بر روی الگوی جهت (BP) دستگاه آنتن تحمیل می شود و ماهیت بسیار متنوعی دارد: یک شکل خاص از لوب اصلی الگوی آنتن (به عنوان مثال، شکل یک بخش و کوسکانت)، یک سطح مشخص. از لوب های جانبی، ممکن است شیب در یک جهت معین یا در محدوده معینی از زوایای مورد نیاز باشد. بخشی از نظریه آنتن که به حل این مسائل اختصاص دارد، نظریه سنتز آنتن نامیده می شود.

در بیشتر موارد، راه حل دقیقی برای مشکل سنتز پیدا نشده است و می توان در مورد روش های تقریبی صحبت کرد. چنین مسائلی از دیرباز مورد مطالعه قرار گرفته اند و روش ها و تکنیک های زیادی پیدا شده است. الزامات خاصی نیز بر روش های حل مشکلات سنتز آنتن تحمیل شده است: سرعت. ثبات، یعنی حساسیت کم به تغییرات جزئی در پارامترها (فرکانس، اندازه آنتن و غیره)؛ امکان سنجی عملی ساده ترین روش ها در نظر گرفته می شوند: نمودارهای جزئی و انتگرال فوریه. روش اول بر اساس قیاس تبدیل فوریه و رابطه بین توزیع دامنه-فاز و MD است، روش دوم مبتنی بر بسط سری MD در توابع پایه (MDs جزئی) است. اغلب، راه حل های به دست آمده با این روش ها در عمل دشوار است (آنتن ها ابزار دقیق ضعیفی دارند، توزیع فاز دامنه ای دشوار برای پیاده سازی (AFD)، راه حل ناپایدار است). در و روش های در نظر گرفته شده برای در نظر گرفتن محدودیت های PRA و اجتناب از به اصطلاح. "اثر فوق جهت".

به طور جداگانه، شایان ذکر است که مشکلات سنتز مخلوط که مهمترین آنها مشکل سنتز فاز است، یعنی یافتن توزیع فاز در یک دامنه معین، که منجر به DP مورد نیاز می شود، برجسته شود. ارتباط مشکلات سنتز فاز با استفاده زیاد از آرایه های آنتن فازی (PAR) توضیح داده می شود. روش‌های حل چنین مشکلاتی در و.