که  تعداد المان‏های تشعشعی در یک موجبر واقع در ردیف mام است.
اگر تغذیه از کنار باشد، w=1 است و اگر تغذیه از وسط باشد، w=2. فرض کنید توان تشعشع شده بوسیله شکاف‏های یک زیرآرایه موجبری به صورت زیر باشد:
(۳.۲۶)
که A(m,n) ولتاژ یا جریان تحریک المان nام ردیف mام می باشد وKتعداد بخش های موجبری در m امین ردیف است. بنابراین  و  از روابط زیر بدست می‏آید:
پایان نامه - مقاله - پروژه
(۳.۲۷)
(۳.۲۸)
وقتی gو rبه کمک روابط فوق و با تعیین دامنه تحریک شکاف ها، معین شوند، جداول طراحی را می‏توان برای رسیدن به مقادیر اولیه ابعاد و مکان شکاف‏ها به کاربرد و سپس داده ها را optimizedنمود.
نرم افزارهای تجاری برای طراحی آرایه‏های شکاف‏دار وجود دارد. ولی در نظر گرفتن اثرات کوپلینگ متقابل و لبه‏ها در آرایه‏های بزرگ، هنوز مساله مهمی ‏است که روش‏های قطعی برای طراحی آن وجود ندارد. وقتی یک آرایه با قابلیت‏های بالا مد نظر باشد، مثلاً سطح لوب فرعی بسیار پایین، ممکن است نیاز به کدنویسی جهت بهینه نمودن ساختار باشد.

آرایه‏های روزنانسی با بهره گرفتن از شکاف اریب[۶۳] بر روی دیواره‏ کناری موجبر

این نوع شکاف‏ها در دیواره کناری موجبر تعبیه می‏شوند. شکاف‏ها جهت عملکرد در حالت رزونانس طراحی می‏شوند و طول آنها نزدیک به نصف طول موج است. از آنجا که ابعاد دیواره کناری موجبر معمولا کمتر از نصف پهنای آن است، شکاف در دیواره‏های پهن موجبر نیز فرو می‏رود. در این نوع آرایه‏ها نیاز به استفاده از spacerمیان موجبرهای مجاور است. مزیتی که این حالت نسبت به آرایه‏هایی با شکاف‏های روی بدنه پهن‏تر دارد، آن است که فاصله نزدیکتر المان‏ها سبب حذف grating lobe در این حالت می‏شود. این نوع آرایه ها از نظر پلاریزاسیون متقاطع نیز مشکلاتی دارند.

طراحی آرایه موجبری شکاف دار از نوع موج رونده

برخلاف آرایه های موجبری شکاف دار رزونانسی، این نوع آرایه های موج رونده از شرایط ایجاد رزونانس و یا امواج ایستان در موجبر پرهیز می‏کنند و به خاطر خاصیت موج روندگی این آرایه ها دارای پهنای باند فرکانسی خوبی می باشند. شکاف‏های آرایه‏های موج رونده به اندازه مقداری بیشتر یا کمتر از نصف طول موج موجبر نسبت به یکدیگر فاصله دارند. اما مشابه با حالت آرایه‏های رزونانسی، در این مورد نیز از شکاف‏های رزونانسی استفاده می‏شود تا عملکرد آرایه از لحاظ پهنای باند فرکانسی افزایش یابد. یک بار تطبیق در انتهای موجبر قرار داده می‏شود تا از ایجاد بیم ثانویه ناشی از امواج برگشتی جلوگیری نماید. همچنین تلاش‏های زیادی باید صورت پذیرد تا از انعکاس از هر شکاف و انعکاس از Terminationجلوگیری به عمل آید.
فاصله میان شکاف‏ها، نزدیک و نه برابر با نصف طول موج موجبری انتخاب می‏شود تا انعکاس توانی که از هر شکاف صورت می گیرد به صورت هم فاز در ورودی جمع نشوند. این امر باعث می شود که اختلاف فازی کمتر یا بیشتر از ۱۸۰- درجه بین شکاف ها برقرار شود. از طرفی پلاریته شکاف‏های مجاور بایستی عکس یکدیگر باشدکه منجر به ۱۸۰ درجه اختلاف فاز دیگر بین شکاف ها می شود.[۱] این دو مسئله باعث می شود که در نهایت اختلاف فازی کمتر یا بیشتر از صفر(۳۶۰) درجه بین شکاف ها برقرار شود و باعث می شود بیم اصلی به زاویه ای که مقداری با زاویه broadside اختلاف دارد اشاره کند. برای مثال شکاف‏های طولی موازی در طرفین خط وسط موجبر به صورت یک در میان قرار می‏گیرند و یا شکاف‏های موازی روی دیواره کناری با زاویه‏های مثبت و منفی نسبت به خط عمود بر دیواره قرار می‏گیرند.
دو نوع آرایه آنتن شکاف دار موج رونده در حالت کلی وجود دارد:
۱- آرایه با فاصله یکنواخت[۶۴] میان شکاف‏ها که جهت ایجاد یک بیم باریک با سطح لوب فرعی پایین مناسب است.
۲- آرایه با فاصله غیر یکنواخت[۶۵] میان شکاف‏ها که در طراحی بیم های شکل یافته (شکل دهی پرتو[۶۶]) مورد استفاده قرار می‏گیرد.
شکاف‏های موازی طولی، شکاف‏های موازی در دیواره کناری و شکاف‏های سری در هر دو نوع آرایه از نوع موج رونده قابل استفاده است.
آرایه‏های موج رونده همواره از کنار تغذیه می‏شوند و در انتها یک بار تطبیق قرار داده می شود. این آرایه ها را نمی توان از وسط تغذیه کرد. برای توضیح موضوع در شکل ۱۱-۳ یک آرایه موج رونده با شکاف های اریب روی دیواره کناری موجبر برای زاویه ۸۵ درجه با توزیع تیلور در طول آرایه،طراحی شده و در نرم افزار CST شبیه سازی شده است. به گونه ای که آرایه از وسط و توسط یک T-junction تغذیه می شود. طراحی این آرایه به گونه ای بوده است که فرض شده است که توان ۱w وارد آرایه شده و نصف توان وارد شاخه سمت چپ و نصف دیگر وارد شاخه سمت راست شده است و با بهره گرفتن از فرمول هایی که در مورد آنها بحث خواهد شد این آرایه طراحی شده است.
همانطور که دیده می شود پترن در راستای سمت از از دو پترن اصلی که به طور متقارن در دو طرف محور عمود بر آرایه ( broadside ) قرار گرفته اند تشکیل شده است. این امر به خاطر این است که این آرایه موج رونده از دو شاخه تشکیل شده است که شبیه به هم بوده و هر دو برای یک زاویه خاص مشابه به هم طراحی شده اند. فاصله بین شکاف ها و در نتیجه اختلاف فاز بین آن ها در هر دو شاخه یکسان می باشد. از طرف دیگر شاخه سمت چپ، از راست به چپ تغذیه شده و شاخه سمت راست، از چپ به راست تغذیه می شود. این امر باعث می شود که در حالت کلی ما دو آرایه موج رونده کنار هم داریم که مثل اینست که یکی برای زاویه ۸۵ و دیگری برای زاویه ۹۵ درجه طراحی شده است و در نتیجه آرایه دارای دو بیم اصلی می شود. برای رفع این مشکل یکی از شاخه ها را می توان خم کرد یعنی زاویه بین دو شاخه را کمتر از ۱۸۰ درجه کرد و دو بیم اصلی را روی یکدیگر قرار داد که نگه داشتن شاخه ها در این حالت از لحاظ عملی مشکل می باشد.یا می توان یکی از شاخه را مثلا برای زاویه ۸۵ درجه و دیگری را برای زاویه ۹۵ درج طراحی کرد که در آن صورت فاصله بین شکاف ها در هر دو شاخه برابر هم نخواهد شد وتعداد شکاف ها روی یکی بیشتر از دیگری خواهد شد. در این حالت ممکن است با مقداری اختلاف در فاصله بین شکاف های در دو شاخه که ممکن است به دلیل تالرانس ساخت به وجود آید دو بیم اصلی روی هم نیفتند. به همین دلایل معمولا این آرایه ها را به گونه ای طراحی می کنند که از یک طرف تغذیه شده و در طرف دیگر یک بار تطبیق قرار دارد.

شکل ۳-۱۱ : آرایه موج رونده ای که از وسط تغذیه می شود

شکل ۳-۱۲ : پترن آرایه موج رونده تغذیه از وسط
در آرایه های موج رونده، شیفت فاز پیش رونده میان المان ها که با فرکانس تغییر می‏کند، سبب می‏شود بیم اسکن نماید و راستای بیم اصلی با فرکانس تغییر کند. همانطور که توان به موجبر کوپل می‏شود، اولین شکاف مقداری توان را به بیرون کوپل می‏کند و مقداری منعکس شده و باقیمانده توان به شکاف بعدی می‏رسد و به همین ترتیب ادامه می‏یابد. لحظه ای که توان باقی مانده به آخرین شکاف می‏رسد، آن شکاف باید بیشتر آن را کوپل نماید تا به سطح تحریک مورد نظرش برسد.
از آنجایی که عوامل زیادی وجود دارد که میزان توانی را که از یک شکاف به شکاف بعدی می‏رسد، تحت تأثیر قرار می‏دهد و از آنجا که غیر ممکن است آخرین شکاف صد در صد توان باقی مانده را تشعشع کند، لذا آرایه را معمولاً با این فرض طراحی می‏کنند که بین ۵ تا ۱۰ درصد کل توان بوسیله بار تطبیق جذب شود. این مسأله به پایداری تحریک شکاف‏های آخر کمک می‏کند.
فرایند تعیین رسانایی، یا مقاومت شکاف ها را می‏توان با این فرض که موجبر را بدون تلفات و ضریب انعکاس ناشی از هر شکاف را ناچیز فرض نمود، ساده کرد. معادله زیر که توان ورودی به موجبر را نشان می‏دهد، در نظر بگیرید[۱]:
(۳.۲۹)
که در رابطه فوق، Pinتوان ورودی به موجبر ،  توان تشعشع شده بوسیله همه شکاف‏ها در راستای موجبر ،  توان جذب شده بوسیله بار در انتهای موجبر و  توان نرمالیزه تشعشع شده بوسیله شکاف iام است که با رابطه که تحریک شکاف iام است محاسبه می‏شود. Kفاکتور کالیبراسیون توان است که از رابطه زیر بدست می‏آید:
(۳.۳۰)
اگر شکاف شماره (۱)، نزدیک‏ترین شکاف به محل تغذیه باشد، رسانایی شکاف اول از رابطه زیر بدست می‏آید:
(۳.۳۱)
رسانایی شکاف دوم با کم کردن توان جذب شده بوسیله شکاف اول محاسبه می‏شود:
(۳.۳۲)
این فرایند تا شکاف Nام ادامه می‏یابد. به عبارتی رسانایی شکاف Nام برابر است با:
(۳.۳۳)
نکته قابل توجه آن است که این طراحی تقریبی تنها در صورتی صحیح است که رسانایی رزونانس بزرگترین شکاف یا  ، رابطه زیر را محقق نماید [۳۹,۴۰]:
(۳.۳۴)
که dفاصله میان المان ها است و  و طول موج موجبری است.
در این صورت انعکاس توان از شکاف ها بسیار کم می باشد و روابط بالا را می توان برای طراحی به کار برد.
برای آرایه‏هایی که تعداد شکاف‏ها بر روی هر قسمت موجبر زیاد باشد، تعیین رسانایی ها با معادلات بالا بسیار دقیق است چرا که اندازه رسانایی شکاف ها کوچک بوده و در نتیجه اندازه توان منعکس شده از هر کدام از شکاف ها بسیار کم می باشد. اما وقتی تعداد المان ها کمتر باشد، اندازه رسانایی ها بالا رفته و مقدار بیشتری توان از هر شکاف منعکس می شود وروابط بالا دیگر دقیق نیست و اندازه VSWR بالا می رود. پس روش طراحی بالا برای آرایه ی بزرگ با پهنای بیم باریک دقیق می باشد.

طراحی آرایه موجبر شکاف دار از نوع موج رونده با فاصله یکنواخت میان عناصر

آرایهموج رونده از نوع یکنواخت را می‏توان برای طراحی یک بیم باریک با سطح لوب فرعی پایین با پهنای باند بیشتر نسبت به آرایه موجبر شکاف‏دار رزونانسی، مورد استفاده قرار داد.
اگر انعکاس میان المان ها قابل صرفنظر باشد، یک اختلاف فاز ثابت میان المان‏ها ایجاد می‏شود که در نتیجه یک شیفت فاز پیش رو در طول آرایه رخ می‏دهد. از رابطه (۳۴.۲) اگر بخواهیم راستای ماکزیمم پترن آرایه در راستای باشد، داریم :
(۳۵.۳)
که اختلاف فاز بین شکاف ها می باشد. به دلیل چیدمان +،- بین شکاف ها اختلاف فاز بین شکاف ها را می توان به صورت زیر نوشت[۱]:
(۳۶.۳)
که L فاصله بین شکاف ها می باشد.
از این رو از رابطه (۳۵.۳) نتیجه می شود که :
(۳۷.۳)
که λ طول موج در فضای آزاد و طول موج موجبری می باشد.
البته رابطه بالا در صورتی صحیح است که منظور از زاویه broadside ، ۹۰ درجه باشد. . تاثیر فاصله المان‏ها بر روی زاویه اسکن به صورت زیر است.
فرض کنید dبرابر  در فرکانس  باشد، بنابراین زاویه اسکن برابر نود درجه خواهد بود. حال فرض کنید برای همان فرکانس  ،  باشد. حداکثر مقدار بیم در این حالت در زاویه‏ای که به سمت بار انتهای موجبر منحرف شده است، قرار می‏گیرد. وقتی فاصله میان المان ها به گونه‏ای انتخاب شود که کمتر از  باشد، ماکزیمم بیم در زاویه‏ای به سمت تغذیه موجبر منحرف می‏شود.

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...