خانه / الکترونیک و مخابرات / بررسی انوان آنتن و شبکه های بیسیم 100 صفحه doc

بررسی انوان آنتن و شبکه های بیسیم 100 صفحه doc

از سال 1877م كه نخستین آنتن ساده توسط هرتز ساخته شد نظریه طراحی آنتن ها به سرعت پیشرفت كرده است و این پیشرفت ادامه دارد، با توجه به اینكه آنتن ها جزئی از یك سیستم مخابراتی الكترونیكی هستند، بایستی تكنولوژیست ها و مهندسین برق الكترونیك در این زمینه دانش كافی داشته باشند امید است در این مقال اندك كه در زیر به اجمال عنوان فصول آن را خواهیم آورد، قدمی

فرمت فایل: doc

تعداد صفحات: 100

حجم فایل: 3.797 مگا بایت

قسمتی از محتوای فایل و توضیحات:

فهرست مطالب

عنوان صفحه

پیشگفتار 1

فصل اول 3

طرح تحقیق 3

تاریخچه مختصری در باره ی موضوع تحقیق 4

اهمیت انجام تحقیق 6

اهداف كلی تحقیق 6

هدف های ویژه تحقیق 6

روش انجام تحقیق 7

فصل دوم 8

مبانی آنتن انواع و پارامترهای آن 8

2_1: تاریخچه 9

2_2: انواع آنتن ها از نظر كاربرد 11

الف) آنتن هرتز 11

ب) آنتن ماركنی 11

پ) آنتن شلاقی 12

ت ) آنتن لوزی ( روبیك) 12

ث) آنتن V معكوس 12

ج) آنتن ماکروویو 13

چ) آنتن آستینی 16

ح) آنتن حلزونی 16

ذ) آنتن های آرایه ای ARRAY ANTENNA 17

2-3 : پارامترهای آنتن 18

نمودار پرتو افکنی آنتن ها 18

دستگاه مختصات نمایش نمودار پرتو افکنی 18

نمودار پرتو افکنی سه بعدی و دو بعدی 19

نمودار پرتو افکنی درفضای آزاد و در مجاورت زمین 22

نمودار پرتو افکنی آنتن فرستنده و گیرنده 22

جهت دهندگی آنتن ها 23

پهنای شعاع و پهنای شعاع نیم توان 23

شعاع های فرعی آنتن ها 24

مقاومت پرتو افكنی آنتن 25

امپدانس ورودی آنتن 25

سطح موثر یا سطح گیرنده آنتن ها 26

طول موثر آنتن 27

پهنای نوار فركانس آنتن ها 27

پلاریزاسیون آنتن ها 28

پلاریزاسیون خطی 29

پلاریزاسیون دایره ای 30

پلاریزاسیون بیضوی 30

ساختمان مكانیكی آنتن ها 31

اندازه آنتن 31

نصب آنتن ها 31

خطوط انتقال و موج برها برای تغذیه آنتن ها 32

رسانا و نارساناهای مورد استفاده در ساختن آنتن ها 33

محافظت آنتن در برابر عوامل جوی 34

فصل سوم 35

شبکه های کامپیوتری شبکه های بی سیم 35

2-1:سخت افزار شبکه 36

2-1-1: شبکه های ﭘخشی(broadcast network) 37

2-1-2: شبکه های همتا به همتا (peer-to-peer network) 37

2-1-3:شبکه های شخصی (personal area network) 37

2-1-4:شبکه های محلی (local area network) 37

2-1-5:شبکة شهری(Mtropolitan Area Network) 39

2-1-6:شبکة گسترده (Wide Area Network) 39

2-1-7:شبکة بی سیم (wireless network) 41

2-1-8:شبکة شبکه ها (internetwork) 42

2-2: نرم افزار شبکه 42

2-2-1:لایة فیزیکی (Physical layer) 46

2-2-2: زیر لایة نظارت بر دسترسی به رسانة انتقال ( MAC) 46

2-2-3:لایة شبکه 47

2-2-4:لایة انتقال(Transport layer) 47

2-2-5:لایة کاربرد (Application layer) 47

2-3: شبکه های محلی بی سیم (802.11) 48

2-3-1: ﭘشتة ﭘروتکل 802.11 49

2-3-2: لایة فیزیکی در 802.11 49

2-4: شبکه های بی سیم باند گسترده 51

2-4-1: لایة فیزیکی در 802.16 52

فصل چهارم 55

آنتن های هوشمند 55

بخش اول 56

آنتن های هوشمند در شبکه های بی سیم 56

تداخل هم کانال 57

اثرات محوشدگی 57

4_الف_1: جوانب تکنولوژی سیستم آنتن هوشمند 60

4- الف – 2: مدلهای کانال 62

4-الف-2-1:مدل لی Lee s Model 62

4-الف- 2-2: A Model of Discreteiy Didposed Uniform set Of Evenly

Spread scatterers 63

4- الف-2-3: مدل ماکروسل (Macro cell Model) 64

4-الف-2-4: مدل باند عریض میکروسل (Macrocell Wide Band Model) 65

3-الف-2-5: Gaussian Wide – sene stionary uncorrelated scattering

(GWSSUS)model 65

3-الف-2-6: مدل زاویه دریافت گاوسی (Gaussian angle of) 66

4-الف-2-7-: مدل کانال با بردار متغیر زمانی (Time –varying-vector channel model)

4-الف-2-8: مدل شهری واقعی(typical urban (tu/model)) 67

4-الف-2-9: مدل شهری بد(Bad urban (Bu) model) 68

4_الف_3:آرایه های هوشمند:آنتن و بهره های مختلف 68

انواع آنتن های هوشمند 70

4-الف-4:ردیابی وتكنیك های بیم آرایه سوئیچ شده 74

4-الف –5: راهبردهای شكل دهی بیم ثابت 75

4- الف – 6: پردازش آرایه از طریق شكل دهی بیم 76

4 الف 6- 1: الگوریتم های پایه شكل دهی سیگنال 77

4- الف-6-2: تركیب های آرایه ای تنظیمی 80

4-الف –6-3: تركیب آرایه پرتو سوئیچ شده 81

مثال 1-4 85

4-الف-7: نكات نتیجه گیری شده 88

بخش دوم 89

آنتن های آرایه فازی 89

4-ب-1:تاریخچه 89

4-ب-2: انواع آرایه ها 89

4-ب-2-1: آرایه های خطی (Linear Array) 90

4-ب-2-2:آرایه های مسطح (Planar Array) 90

4-ب-3: ویژگی های آرایه فازی 92

4-ب-3-1: تکنولوژی شیفت دهنده فاز 92

4-ب-3-2:تکنولوژی شیفت دهنده فاز دی الکتریک ولتاژ متغیر 93

فصل پنجم 95

نتیجه و ﭘیشنهاد 96

منابع 97

فهرست اشكال

عنوان صفحه

شكل2.1:آنتنVمعكوس 12

شكل 2.2 : آنتن های بوقی مستطیلی. الف- بوق قطاعی صفحه H ؛ ب – بوق قطاعی صفحه

E ؛ ج- بوق هرمی. 14

شكل 2.3 : الف- آنتن دو مخروطی نا محدود ؛ ب- آنتن دو مخروطی محدود 15

شكل2.4: الف- پرتو تشعشعی یك آنتن دو مخروطی نامحدود ؛ ب- آنتن دیسك و مخروط 16

شكل 2.5 : آنتن حلزونی 17

شكل 2.6: دستگاه مختصات كروی 19

شكل2.7 : نمونه نمودار پرتو افكنی سه بعدی 20

شکل 2.8: نمودار پرتو افکنی میدان الکتریکی یک آنتن. 21

شکل2.9: ترتیب آنتن ها در تعیین نمودار پرتو افکنی 22

شكل 2.10: نمودار پرتو افكنی یك آنتن عملی. 24

شكل2.11: مدار معادل آنتن از نظر پرتو و تلفات 26

شكل2.12: آنتن متصل به بار و مدار معادل تونن آن؛ الف: آنتن ب: مدار معادل 26

شكل2.13:آنتن خطی به طول 27

شكل2.14: وضعیت آنتن فركانس 30 كیلو هرتز 32

شکل 1،3: لایه ها و پروتکل ها و واسطه ها 44

شکل 3 2:انتقال اطلاعات در یک شبکه 5 لایه 45

شکل 3،3: پشته پروتکل 802.11 49

شکل3 4:پشته پروتکلی16 802 51

شکل3 5: محیط انتقال در 802.16. 52

شکل 3 6: فریم ها و برش های زمانی در روش) TDD(Time Division Duplexing 54

شکل 4.1: مدل لی (ES انتشار دهنده موثر ؛ MU: ایستگاه پایه ؛ AE عنصر آرایه) 63

شکل 4.2: یک مجموعه ای انتشار دهنده های یکسان که بطور یکنواخت و مجزا

از هم قرار گرفته اند.(ES: انتشار دهنده های موثر، BS: ایستگاه مرکزی) 64

شکل4.3: مدل میکروسل یک کانال بی سیم (BS: ایستگاه مرکزی MU: واحد متحرک) 65

شکل 4.4: کانال بی سیم مدل باند عریض محیط میکروسل:

(MU BS منطقه بیضی هستند) 65

شکل 4.5: مدل کانال بی سیم روی یک پرتو دلخواه از انتشار دهنده های بنا نهاده شده است.

هر انتشار دهنده یک دسته ای ازانتشار دهنده های کوچکتر است. 66

شکل 4.6: مدل زاویه دریافت گاوسی ویژه یک پرتو یک واحد انتشار دهنده ها:

انتشار یک سیگنال واحد اصلی است. 66

شکل 4.7: مدلRay leighمربوط به محیط همزیستی انتشار دهنده های محلی

(local scatterer) و انتشاردهنده های اصلی. 67

شکل 4.8:محیط کانال سمتی شهری بد با یک جفت از پرتوهای اولیه و ثانویه 68

شکل4.9: طرح ترکیبی اختلافها به صورت انتخابی بر مبنای بیشترین SNR خروجی

پایه ریزی شده است. 69

شکل 4.10: روش ترکیب بر مبنای بیشترین درصدSNR 69

شکل 4.11: طرح ترکیب بر مبنای بهره مساوی: خروجی مطابق با جمع هم فازها

از سیگنال های شاخه آرایه می باشد. 70

شكل4.12: تركیب آنتن هوشمند و بخشهای كنترل سیگنال مربوطه. 72

شكل 4.13: مثالی از یك ماتریس Blass: یك ساختار سه عنصره جهت

تولید سیم كناری عریض. ماتریس 75

شكل 14،4: تكنیك های شكل دهی بیم؛

(a): روش پایه باند (b).DOA/los: استراتژی مشخص طراحی. 77

شكل 4.15: بیم های مستقیم برای یك آنتن هوشمند 80

شكل 4.16: تركیب آرایه سازگار: (a) مدل Applebaum (b) مدل widrow 81

شكل 4.17: یک پایه دو بیم ماتریس .Butler BMP#1): بیم شکل یافته با پورت ورودی#1) 82

شکل:4.18 هیبرید چهار گانه ابتدایی ناشی از کاربرد کاربرد یکTجادویی: یک آرایه دو المانه؛

Tجادویی؛ بیم در برابر پورت های بر انگیخته شده؛و مسیر تاخیر بهبود یافته از بیم پورت 4. 83

شکل 4.19:هیبرید چهارگانه تزویج شده بر مبنای راستا(الف):هیبرید تزویج شده پهلویی؛

(ب)هیبرید تزویج شده عمودی؛S:شکاف تزویج شده در فضای حائل بین دو موجبر؛

و،ML:ظرفیت منطبق شده. 84

شكل 4.20: تركیب چهار موقعیت در پرتو قابل سوئیچ برای استفاده در

ماتریس Butlar: (ps): شیفت دهنده فاز) 85

شكل4.21 : نمایش نقش هیبریدچهارگانه در ماتریس Butler چهارالمانی:

هیبرید یك اختلاف فاز درجه را در ارسال عرضه می كند. 86

شکل 4.22:پیاده سازی آنتن هوشمند با سوئیچ قابل برنامه ریزی 87

شکل 4.23:آرایه خطی. 90

شکل4.24: آرایه فازی از نوع مسطح. 91

شکل 4.25:آرایه مسطح مستطیلی. 91

شکل 4.26:سوییچ های میکروالکترومکانیکال 93

شکل 4.27:شیفت دهنده ی فاز دی الکتریک ولتاژ متغیر 93

پیشگفتار

از سال 1877م كه نخستین آنتن ساده توسط هرتز ساخته شد. نظریه طراحی آنتن ها به سرعت پیشرفت كرده است و این پیشرفت ادامه دارد، با توجه به اینكه آنتن ها جزئی از یك سیستم مخابراتی الكترونیكی هستند، بایستی تكنولوژیست ها و مهندسین برق الكترونیك در این زمینه دانش كافی داشته باشند. امید است در این مقال اندك كه در زیر به اجمال عنوان فصول آن را خواهیم آورد، قدمی هر چند كوچك در این راه برداشته باشیم .

این پایان نامه از 5 فصل تشكیل شده است. فصل اول در قالب طرح تحقیق به بررسی تاریخچه و نیز اهمیت مساله مورد تحقیق می پردازد. قابل ذكر است كه اهداف ویژه تحقیق در این مساله نیز با توجه به عنوان و روش انجام این تحقیق به جای فرضیه ها و سوال های تحقیق در طرح تحقیق گنجانده شده است.

در فصل دوم به مبانی مبحث آنتن ها – انواع و پارامترهای آن پرداخته شده است . آنتن مایكروویو بوقی و مخروطی و نیز آنتن های آرایه ای از جمله آنتن های مهم مورد بحث می باشند . جهت دهندگی آنتن ، پهنای شعاع آنتن ، مقاومت پرتو افكنی آنتن ، امپدانس ورودی آنتن ، سطح موثر و طول موثر آنتن پلاریزاسیون آنتن و … نیز از جمله شاخص ترین پارامترهای آنتن می باشند كه در این فصل درباره آنها سخن گفته شده است .

در فصل سوم به بحث پیرامون شبكه های كامپیوتری می پردازیم . مطالب مورد بحث در این فصل شامل توضیح مختصری در مورد سخت افزار شبكه ، نرم افزار شبكه ، پشته ی پروتكلی 802.11 – به عنوان مهمترین شبكه ی محلی بی سیم – و نیز پشته ی پروتكلی 802.16 – مهمترین شبكه ی بی سیم باند گسترده- می باشند .

در فصل چهارم آنتن های هوشمند و كاربرد و مزیت آنها در شبكه های بی سیم در بخش اول این فصل و نیز آنتن های آرایه فازی به طور تخصصی تر در بخش دوم این فصل مورد بحث قرار می گیرند .

فصل پنجم نیز نتیجه گیری كلی و پیشنهاد به دیگر پژوهندگان علاقه مند به این موضوع را شامل می شود . امید كه مفید محضر خوانندگان محترم قرار گیرد .

والسلام علی من اتبع الهدی؛ گردآورندگان. مهر 85

فصل اول

طرح تحقیق

تاریخچه مختصری در باره ی موضوع تحقیق:

همانطور كه می دانید عنوان شبكه در برگیرنده مفهومی وسیع است كه شبكه چاه های آب روستایی ( قنات ها)، شبكه ی نهرها و كانال های آبیاری مزارع، شبكه آب و فاضلاب شهری، شبكه گاز شهری، شبكه پدافند هوایی و نیز شبكه های كامپیوتری هر كدام به نحوی تداعی كننده مفهوم كلی این كلمه می باشند.

البته واضح است كه با توجه به پیشرفت چشمگیر كامپیوتر و تكنولوژی های وابسته به آن (جمع آوری، پردازش و توزیع اطلاعات) در دنیای امروز، شبكه های كامپیوتری در تمامی مفاهیم كه از شبكه عنوان شد، وارد شده اند، و نرم افزار های كامپیوتری كارهای مدیریت، نظارت و كنترل كلیه شبكه های یاد شده را به عهده گرفته اند. پیوند فرخنده كامپیوتر و مخابرات اتفاقی بود كه هر دو صنعت را دچار تحولات عظیم كرد. اكنون دیگر مفهوم اتاقی با یك كامپیوتر بزرگ به نام « مركز كامپیوتر» كه افراد كارهایشان را به آنجا می آورند، به كلی منسوخ شده است. مدل قدیمی كامپیوتر بزرگی كه تمام كارهای محاسباتی سازمان را انجام می دهد، اكنون جای خود را به تعداد زیادی كامپیوتر كوچك متصل به هم داده است. به این سیستم ها شبكه های كامپیوتری (computer netwoks) گفته می شود.

دو كامپیوتر وقتی « به هم متصل اند» كه بتوانند با یكدیگر اطلاعات رد و بدل كنند. الزامی نیست كه این اتصال از طریق سیم های مسی باشد، فیبرهای نوری، امواج مایكروویو، مادون قرمزو ماهواره های مخابراتی هم می توانند عامل این ارتباط باشند.

در اینجا پس از طرح مساله شبكه های بی سیم، مهمترین مساله بررسی آنتن های قابل استفاده در این شبكه ها می باشد، كه در ابتدا لازم می دانیم تاریخچه مختصری از پیدایش آنتن را نیز در اختیار خوانندگان محترم قرار دهیم.

مبنای نظری آنتن ها بر معادلات ماكسول استوار است. جیمز كلارك ماكسول[1] (1831-1879) در سال 1864 در حضور انجمن سلطنتی انگلستان نظریه خود را ارائه داد؛ مبنی بر اینكه نور و امواج الكترو مغناطیسی پدیده های فیزیكی یكسانی دارند. همچنین پیش بینی كرد كه نور و اختلالات الكترو مغناطیسی را می توان به صورت امواج رونده دارای سرعت برابر توجیه كرد. در سال 1882 فیزیكدان آلمانی هاینریش هرتز[2] (1894-1875) با افزایش تحقیقات در این زمینه ادعای ماكسول را در عمل اثبات كرد و نشان داد كه امواج الكترو مغناطیسی در فضا منتشر می شود. هرتز، آنتن هایی از نوع دو قطبی و سهموی را نیز ساخت. مهندس برق ایتالیایی ماركونی (1937-1874) نیز یك آنتن استوانه میكروویو در طول موج 23 سانتی متری را ساخت، ولی كارهای بعدیش برای حصول برد مخابراتی بهتر در طول موج های بلند تر بود. فیزیكدان روسی الكساندر پوپوف[3] (1895-1905) نیز اهمیت كشف امواج رادیویی را توسط هرتز تشخیص داد و یك سال بعد، قبل از ماركونی[4] شروع به فعالیت كرد. اغلب افتخار كاربرد اولین آنتن در اولین سیستم رادیویی را در سال 1879 برای ارسال سیگنال از كشتی به ساحل در مسافت 3مایل به او می دهند. در هر حال این ماركونی بود كه رادیوی تجارتی را توسعه داد و مخابرات رادیویی را در ماورای اقیانوس اطلس ایجاد كرد. ماركونی را پدر رادیوی آماتور می شناسند. لازمه ارتباط در این سال ها با آنتن محدود به وجود مولدهای سیگنال بود. ساخت مولدهای سیگنال كلایسترونی و مگنترونی ( در حدود یك گیگا هرتز ) باعث شد كه آنتن های بوقی توسعه یابند. در طول جنگ جهانی دوم اولین كوشش ها جهت توسعه آنتن های مدرن برای رادار انجام گرفت، و هم اكنون آنتن های پیشرفته ای جهت ارتباط مایكروویوی و راداری ساخته می شوند. كه آنتن های آرایه فازی از جمله ی این آنتن ها می باشند. كه در فصول آتی به آنها خواهیم پرداخت.

اهمیت انجام تحقیق:

با توجه به پیشرفت روز افزون تكنولوژی ارتباطات و البته ارتباطات بی سیم، درجه اهمیت شبكه ها، به ویژه شبكه های بی سیم برای عموم و البته دانشگاهیان پر واضح است. اما مطلب مورد بحث درباره اهمیت انجام این تحقیق، میزان كارایی نتیجه این پژوهش در مسیر رشد و تعالی نیروی هوایی ارتش جمهوری اسلامی ایران است، كه در این مقال بایستی به آن پرداخته شود.

همانطور كه می دانید شبكه پدافند هوایی كشور C3 از زمان شهید بزرگوارسر لشكر منصور ستاری در مسیر تمركز و هماهنگی بهینه و در واقع نهادینه كردن سیستم C4I و ورود كامپیوتر به این عرصه، قرار گرفته است. در این راستا بر آن شدیم، كه با مطالعه در مورد شبكه های كامپیوتری و ملزومات آنها بستری جهت آمادگی هر چه بیشتر خود و نیز خوانندگان محترم فراهم آوریم؛ كه به توسعه و پیشرفت در شبكه پدافند هوایی كشور در آتیه نزدیك انجامد. (ان شاء ا… ) زیرا كه معتقدیم دست یابی به هر تكنولوژی و پیشرفت در آن، منوط به شناخت پایه ای و بنیادی آن تكنولوژی می باشد. در این بین با توجه به گستردگی قلمرو فضایی كشور و مخارج عظیم ارتباطات باسیم، تكنولوژی شبكه های بی سیم از ملزومات این امر به نظر می رسد؛ كه ما سعی كرده ایم به معرفی آنها بپردازیم امید كه مقبول حق و مطلوب نظر خوانندگان قرار گیرد.

اهداف كلی تحقیق :

فراهم نمودن زمینه و استعداد بالقوه در مسیر توسعه شبكه پدافند هوایی كشور، به عنوان یك شبكه بی سیم كارا، بزرگ و متمركز از طریق ایجاد آمادگی علمی بنیادی درمورد شبكه های بی سیم و آنتن های مورد استفاده در آنها در میان پرسنل آینده پدافند هوایی ارتش جمهوری اسلامی ایران.

هدف های ویژه تحقیق :

– شناخت كلی شبكه های كامپیوتری و به ویژه شبكه های بی سیم.

– شناخت انواع روش های مدولاسیون جهت تهیه سیستم های ارتباطی لازم برای طراحی یك شبكه بی سیم بزرگ و ممتركز.

– شناخت آنتن و انواع آن.

– شناخت آنتن های هوشمند و مزیت بكار گیری آن ها در شبكه های بی سیم.

روش انجام تحقیق :

با توجه به اینكه در این پایان نامه به شناخت كلی شبكه های بی سیم و نیز تجزیه وتحلیل ملزومات آنها از جمله آنتن های قابل استفاده در آنها پرداخته شده است، برای انجام این تحقیق از روش موردی و زمینه ای بهره گرفته شده است؛ كه نتیجه می گیریم این تحقیق در سطحی میانی از لحاظ سطح بندی تحقیقات، قرار گرفته است و دیدی بین حال نگر و آینده نگر از نظر زمانی،بر مساله دارد.

جامعه آماری در این مسیر اساتید محترم دانشكده مهندسی كنترل و نیز دانشكده مهندسی برق بوده اند. محیط پژوهش كتابخانه دانشكده های برق و كامپیوتر و نیز كتابخانه دانشكده برق دانشگاه صنعتی امیر كبیر و نیز كتابخانه مركزی دانشگاه های صنعتی شریف و تربیت مدرس بوده است.

روش گردآوری اطلاعات نیز بر پایه ترجمه متون انگلیسی از كتاب های جدید منتشر شده در این زمینه و نیز نمونه برداری از میان پایان نامه های دانشجویان دانشگاه های یادشده بوده است.

مطلب مفید دیگر:  فایل مقاله سنسورهای دما و ترانسیدیو سرهای حرارتی دسته الکترونیک و مخابرات

فصل دوم

مبانیآنتنانواع و پارامترهای آن

2_1: تاریخچه:

از آغاز تمدن بشری مخابرات اهمیت اساسی را برای جوامع انسانها داشته است. كه در مراحل ابتدایی مخابرات توسط امواج صوتی از طریق صدا صورت گرفت. و سپس در مسافت طولانی تر از ابزارهای مخابراتی نوری كه از قسمت مرئی طیف الكترومغناطیسی است، استفاده شده و تنها در تاریخ اخیر بشر است كه طیف الكترومغناطیسی خارج از ناحیه مرئی برای ارتباطات راه دور از طریق امواج رادیویی به كار برده شده است.

آنتن رادیویی یك قطعه اساسی در هر سیستم رادیویی می باشد. یك آنتن رادیویی یك ابزاری است كه امكان تشعشع یا دریافت امواج رادیویی را فراهم می سازد.

همانطوری كه می دانیم یكی از بزرگترین منابع انسان طیف الكترومغناطیسی است و آنتن ها دراستفاده ازاین منبع طبیعی نقش اساسی را ایفا كرده اند.حال تاریخچه مختصری از تكنولوژی آنتن ها و بعضی از كاربردهای آنها در زیر ارائه می شود:

مبنای نظریه آنتن ها بر معادلات ماكسول استوار است. جیمزكلارك ماكسول (1831-1897) در سال 1864 در حضور انجمن سلطنتی انگلستان نظریه خود را مبنی بر اینكه نور و امواج الكترو مغناطیسی پدیده های فیزیكی یكسانی هستند ارائه داد.فیزیكدان آلمانی هاینریش هرتز ( 1857- 1897) در سال 1886 توانست صدق ادعا و پیش بینی ماكسول را مبنی بر اینكه كنش ها و پدیده های الكترو مغناطیسی می توانند در هوا منتشر شوند را نشان دهد و همچنین وی آنتن های دو قطبی و حلقوی و نیز آنتن های سهموی استوانه ای پیچیده ای را که دارای دو قطبی هایی در امتداد خط كانونی شان بودندرا بعنوان تغذیه ساخت.مهندس برق ایتالیایی( گوگلیمو ماركونی ) فیزیك استوانه سهمی میكروویودر طول موج 23 سانتی متر را برای انتقال اولیه اش ساخت، ولی كارهای بعدیش برای حصول برد مخابراتی بهتر در طول موج های بلندتر بود. برای اولین بار در مخابرات رادیویی در ماورای اقیانوس اطلس در سال 1901، آنتن فرستنده شامل یك فرستنده جرقه ای بود كه بین زمین و یك سیستم شامل 50 عدد سیم قائم متصل می شود.فیزیكدان انگلیسی «الكساندر پوپوف » ( 1959-1905) نیز اهمیت كشف امواج رادیویی را درسال1897برای ارسال یك سیگنال از كشتی به ساحل درمسافت 3 مایل نشان داد. در هر حال این ماركونی بود كه رادیوی تجارتی را توسعه داده و می توان او را پدر رادیوی آماتور دانست.

پس از سال 1920، با استفاده از مولدهای سیگنال مانند لامپ « تریود دوفارست »[5]، ساخت آنتن های تشدید مانند دو قطبی نیم موج امكان یافت. قبل از جنگ دوم جهانی مولدهای سیگنال مگنترون و كلایسترون میكروویو( در حدود1 گیگا هرتز) همراه با موج های تو خالی اختراع و توسعه یافتند. این تحولات منجر به ابداع و ساخت آنتن های بوقی شد.در خلال جنگ جهانی دوم یك فعالیت وسیع طراحی، و توسعه برای ساخت سیستم های رادار منجر به ابداع انواع مختلف آنتن های بشقابی، عدسی های آرایه ای شكافی موج بری شد. حال با توجه به این مقدمه عوامل مختلفی را كه در انتخاب بین خطوط انتقال یا آنتن ها دخالت دارند بیان می كنیم.بطور كلی خطوط انتقال در فركانس های پایین و فواصل كوتاه عملی هستند، فركانس های بالا اغلب به علت پهنای باند موجود بكار می روند. با افزایش فواصل و فركانس ها تلفات سیگنالی و هزینه های كاربردی خطوط انتقال بیشتر می شود ودرنتیجه استفاده از آنتن ها ارجحیت می یابد.

بطور كلی تعدادی از موارد استفاده آنتن ها بدین صورت می باشد :

الف – درمخابرات رادیو سیار شامل هواپیماها، فضاپیماها، كشتی ها یا خودروهای زمینی بكار برد.

ب – كاربرد آنتن ها در سیستم های رادیویی سخن پراكندگی مانند رادیوی خودروی متحرك سیار و كاربردهای غیر سخن پراكنی مانند سیستم های رادیو سیار ( مانند پلیس، آتش نشانی، امداد،…) و رادیو آماتور.

ج – استفاده از تكنولوژی رادیویی بجای استفاده از خطوط انتقال.

بعنوان مثال در آمریكا بیشتر از نصف مكالمات تلفنی دور ( بین شهری) توسط ارتباطات رادیویی میكروویو انجام می گیرد. و با توجه به اینكه هر سال هزینه های دستگاه های رادیویی كاهش یافته و اطمینان پذیری آنها بهبود می یابد، كاربردهای سیستم های رادیویی ارجحیت می یابد.

2_2: انواع آنتن ها از نظر كاربرد :

آنتن ها از نظر ساختار و نوع كاربرد به انواع مختلفی تقسیم می شوند،كه درذیل به تعدادی از آنها اشاره می شود

الف) آنتن هرتز : [6]آنتن هرتز در فاصله ای بالا واقع شده و ممكن است بطور افقی یا عمودی باشد و برای فركانس های زیاد به كار می رود.

ب) آنتن ماركنی :[7] در این نوع آنتن، انتهای پایین مولد به زمین متصل است و سطح زمین بجای صحفه هادی

به كار می رود. طرز توزیع جریان و ولتاژ برای فركانس اصلی، چهل برابر طول آنتن می باشد و این آنتن برای

فركانس های كم مورد استفاده قرار می گیرد.آنتن ماركنی در بعضی موارد ممكن است برای فركانس های بالا به كار رود، مثل آنتن های ارتباطی هواپیما كه در این حالت بدنه هواپیما بجای زمین عمل می كند.

پ) آنتن شلاقی : معمولی ترین آنتنی است كه در عملیات تاكتیكی برای ایجاد ارتباط در ساخت های نسبتاً كوچک بكار می رود. بیشتر آنتن های شلاقی طوری طراحی شده اند كه در زمانی كه مورد احتیاج نیستند با فشار جزیی یك قسمت، داخل قسمت دیگر قرار می گیرند. وقتی كه آنتن های شلاقی در باند فركانسی زیاد كار می كنند، طول آن ها معمولاً كسر كوچكی از طول موج می باشد و در این حالت باید یك سیم پیچ به خاصیت القایی زیادی به كاربرده شود تا آنتن مزبور به حالت هماهنگی صحیح درآید.

ت ) آنتن لوزی ( روبیك) :[8] این آنتن از چهار سیم ساخته شده است كه به شكل لوزی متصل شده اند و موازی زمین قرار گرفته اند. با قرار دادن چرخ ها روی دكل های نگهدارنده، می توان ارتفاع آنتن را نسبت به زمین تغییر داد.منبع تغذیه در حالت فرستنده توسط خط انتقال متعادلی از یك سو به آنتن وصل می شود و مقاومت سوی دیگر را به گونه ای تنظیم می كنند كه تنها موج رونده روی آنتن بوجود آید. توجه كنید كه خط انتقال متعادل، خط انتقالی است كه امپدانس در بازوی آن نسبت به زمین برابر باشد.در فضای آزاد حداكثر پرتو افكنی آنتن در امتداد قطر بزرگ لوزی صورت می گیرد و پلاریزسیون آن افقی است.این آنتن به علت سادگی طرح در فرستنده ها و گیرنده ها كاربرد زیادی داشته و به منظور ایجاد ارتباط در مسافت های زیاد و كار فركانس های بالا به حد زیادی مورد استفاده قرار می گیرد.همچنین این آنتن در ارتباطات منطقه به كار می رود. زیرا در باند وسیعی به كار رفته و نصب و نگهداری آن ساده تر از آنتن های دیگر می باشد عیب اصلی آن این است كه احتیاج به یك زمین وسیع دارد.

ث) آنتن V معكوس : این آنتن از دكل نارسانا و دو رشته سیم مطابق شكل (2-1) شده است.

خط انتقال بین نقطه A و زمین وصل می شود. انتهای آنتن( نقطه C) را به وسیله مقاومت متصل می کنند. تعداد R نزدیک امپدانس مشخصه خط ABC برگزیده می شود تا مانع از هر گونه بازتاب موج و در نتیجه، روی سیم آنتن ABC موج پیش رونده بوجود می آید. در این آنتن، اندازه زاویه αدارای اهمیت است و بسته به کاربرد، باید به گونه ای ویژه برگزیده شود، در صورتی که این آنتن بالای صفحه رسانای کاملی قرار گرفته باشد، جهت جریان های تصویر، عکس جریان های آنتن خواهد بود حداکثر پرتو در امتداد زمین، دارای پلاریزاسیون عمودی، برای انتشار از راه یونسفر مناسب نیستندو تنها به عنوان آنتن گیرنده امواج زمینی و یا سطحی در بخش پایین نوار فرکانس بالا، مورد استفاده قرار می گیرند.

چون این آنتن ها در مجاورت زمین، دارای شعاع های فرعی بی شماری با پلاریزاسیون افقی نیز هستند، امواج ناخواسته رسیده از جهت های دیگری دریافت می کنند که دارای پلاریزاسیون عمودی و یا افقی هستند که این مساله از نکات منفی این امر است.

ج) آنتن ماکروویو: اصول اصلی کار این آنتن ها، کار کردن آنها در ناحیه ماکروویو (100-300MHZ) می باشد. خاصیت ماکروویو نزدیکی آنها در طیف فرکانسی به امواج نوری می باشد. بیم این نوع آنتن ها بعضا توسط منعکس کننده شلجمی تمرکز می یابد.

دو نوع از آنتن های ماکروویو عبارت اند از آنتن بوقی شکل و آنتن مخروطی:

ج_1) آنتن بوقی شکل( شیپوری) HORN ANTENNA:

آنتن های شیپوری در شکل های مختلفی وجود دارند که سه نوع از متداول ترین آنها در اینجا نشان داده شده است. شیپور بخشی فقط در یک جهت وسیع شده و شبیه به منعکس کننده سهموی جعبه قوسی است. شیپور هرمی در دو جهت وسعت پیدا نموده و دارای شکل یک هرم ناقص است.

شیپور مخروطی (دایره ای) نیز شبیه به این بوده که به موج بر دایره ای ختم خواهد شد اگر زاویه درشکل بزرگ باشد شیپور کم عمقی خواهیم داشت که در نتیجه موجی که شیپور را ترک می کند، کروی شده و پرتو تشعشعی جهت دار نخواهد شد.این نتیجه را در مورد دو زاویه باز شدن شیپور هرمی نیز می توان اعمال نمود. از طرفی اگر زاویه خیلی کوچک شده باشد، در نتیجه دهنه شیپور و جهت داری آن هر دو صدمه می بینند.

سه نوع آنتن بوقی دارای هندسه مستطیلی در شکل (2.2) نشان داده شده است.

یک موج مستطیلی که دیواره پهنش به طور افقی قرار دارد، این بوق ها را تغذیه می کند. اگر در ساختار بوق، بعد دیواره پهن موج انبساط و گسترش یابد، ولی دیواره باریکش بدون تغیر و ثابت بماند، آنتن بوقی قطاعی صفحه Hنامیده می شود. از سوی دیگر، اگر بوق تنها بعد صفحه E را گسترش دهد، آن را آنتن بوقی قطاعی صفحه Eمی نامند. هنگامی که هر دو بعد موجی گسترش یابد، به آنتن بوقی هرمی موسوم است.

اکثر آنتن های بوقی از طریق موج برها تغذیه می شوند، اما در عین حال می توان از مبدل های خطوط کواکسیال به موج نیز استفاده کرد. پلاریزاسیون آنتن های بوقی به صورت خطی یا دوار است. بوق ها دارای بهره بالا، نسبت موج ایستای (VSWR) پایین، پهنای باند نسبتا وسیع و وزن کم هستند و ساخت آن ها نیز نسبتا آسان است آنتن های بوقی یا به تنهایی مورد استفاده قرار می گیرندو یا به عنوان تغذیه کننده آنتن های بشقابی به کار می روند.

ج_2) آنتن مخروطی CONE ANTENNA:

با افزایش سیم یک قطبی ساده می توان پهنای باند آنرا افزایش داد. این اصل را می توان برای افزایش پهنای باند با استفاده از سیم هایی که شکل مخروطی دارند بکار برد.

_ آنتن مخروطی نا محدود: اگر سیم هادی آنتن دو قطبی از دو سطح هادی مخروطی بی نهایت تشکیل شده باشند، به طوریکه رئوس مخروط ها با فاصله بسیار کمی از محل تغذیه آنتن باشند، آنرا آنتن مخروطی نامحدود می گویند. چون ابعاد آنتن بی نهایت است؛ از دید منبع، این آنتن مانند یک خط انتقال بی نهایت می باشد، یعنی در این حالت جریان روی سطح هادی های مخروطی به صورت شعاعی جاری می شود و تولید امواج الکترو مغناطیسی با مد TEM می کند.

اگر بجای یكی از مخروط ها یک صفحه هادی کامل مسطح گذاشته شود، نوع تک قطبی آنتن مخروطی بدست می آید. در عمل ایجاد مخروط نامحدود غیر عملی است و لذا این نوع آنتن به صورت آنتن مخروطی محدود بکار می رود. که در شکل(2.3) نشان داده شده است.

_آنتن دیسک و مخروط ( مخروط ناقص): اگر یکی از مخروط ها در آنتن دو مخروطی محدود توسط یک صفحه زمین به شکل یک دیسک جایگزین شود،ساختاری به شکل یک آنتن دیسک مخروط یا آنتن تک مخروطی پدید می آید.

آنتن دیسک و مخروط همانند یک دو قطبی قائم برای پلاریزاسیون قائم و پوشش تقریبا یکنواخت در کلیه زوایای سمت ، یعنی پرتو همه جهتی بکار می رود. این آنتن در یک محدوده وسیع از فرکانس ها یعنی

چندین اوکتاو عملکرد رضایت بخشی داشته و پرتو تشعشعی و خواص امپدانسی قابل قبولی را حفظ می کند.

مخروط و دیسک می تواند از ورق های توپر فلزی یا سیم های شعاعی ساخته شود.

به طورایده آل پرتو تشعشعی بین صفحه زمین و مخروط همانند آنتن دو مخروطی نامحدود می باشد. این پرتو همه جهتی برای کاربردهای سخن پراکنی مناسب است.

چ) آنتن آستینی: ساختار کلی این آنتن ها به این شکل است که در آن یک آنتن لوله ای هادی دور یک عنصر تشعشع کننده به کار می رود. چون آنتن دو قطبی حساسیت زیادی به فرکانس دارد و پهنای باندش کمتر از یک اوکتاو می باشد، افزودن یک آستین به یک دو قطبی حساسیت زیادی به فرکانس دارد و پهنای باندشان به بیشتر از یک اوکتاو می رسد.

این آنتن ها درابتدا برای ارتباطات دو جانبه کشتی با ساحل، ساحل با کشتی، زمین به هوا، هوا به زمین و انتشارات ارتباط جمعی بکار گرفته می شد. این آنتن همه جهته می باشد و توانایی عملیات در محدوده وسیعی از فرکانس در باند فرکانسی را دارد.

ح) آنتن حلزونی:شکل(2.5) یک آنتن حلزونی هم زاویه می باشد.

امپدانس، پرتو تشعشعی و پلاریزاسیون این آنتن در طیف وسیعی از فرکانس تقریبا ثابت می باشد.

محل تغذیه تقریبا وسط می باشد و بزرگترین شعاع و ثابت ها در مشخصات آنتن تاثیر دارد. معادله لبه های این آنتن به صورت زیر است؛:a ضریب گسترشپرتو تشعشعی آنتن حلزونی هم زاویه تقریبا به صورت cosθ می باشد که حول z عمود بر صفحه آنتن است و لذا پهنای شعاع نیم توان آن حدود 90 درجه است.پلاریزاسیون میدان تشعشعی آن تحت زاویه وسیعی حدود 70 درجه می باشد.

این آنتن ها خود به دو بخش تقسیم می شوند:

1- آنتن های حلزونی مستقل از فرکانس

2- آنتن های متناوب لگاریتمی

ذ) آنتن های آرایه ای ARRAY ANTENNA : برای تولید یک پرتو جهت دار می توان چندین آنتن را در ردیف و آن ها را تغذیه نمود. چنین ترکیبی را آنتن ها ی آرایه ای می گویند. چندین آنتن کوچک را می توان در یک آرایه به کاربرد و پرتو یک آنتن بزرگ را بدست آورد. گر چه مشکل بزرگی و حجم آنتن از بین می رود، ولی مساله تغذیه آنتن های کوچک مطرح می گردد. برای رفع این مشکل ، فن آوری نیمه هادی ها تا حدودی کارایی دارد. از مزیت های عمده این آنتن ساخت ارزان آن بوده و همچنین اسکن یا مرور کردن یک شعاع اصلی به صورت الکترونیکی میسر می شود. این کار به این صورت انجام می شود که با تغییر فاز جریان های تغذیه در هر عنصر آرایه، می توان پرتو تشعشعی را در فضا چرخاند.

این نوع آنتن را آرایه فازی می گوئیم.از جمله کاربردهای آرایه فازی در رادار می باشد. آرایه ها ترکیبات مختلف هندسی دارند.

ابتدایی ترین آنها آرایه خطی است که در آن مراکز عناصر آرایه بر روی یک خط راست قرار دارد؛ این عناصر ممکن است به فواصل مساوی یا غیر مساوی قرار گرفته باشد. اگر مراکز عناصر آرایه در یک صفحه قرار گرفته باشند آنها را آرایه صفحه ای می گویند.آنتن آرمانی،آنتنی است که همه توانی را که از منبع تغذیه به آن می رسد، در جهات مورد نظر با پلاریزاسیون دلخواه در فضا پخش کند. آنتن های عملی به صورت آرمانی عمل نمی کنند.

2-3 ‍: پارامترهای آنتن :

برای اندازه گیری و مقایسه کیفیت عملکرد آن ها، پارامترهایی مانند پرتو افکنی، ضریب جهت دهندگی، شعاع اصلی و فرعی، پهنای شعاع، مقاومت پرتو افکنی، امپدانس ورودی، بازده پرتو افکنی، پهنای نوار فرکانس و مانند آنها را تعریف می کنیم.

نمودار پرتو افکنی آنتن ها:

نمودار پرتو افکنی آنتن ها، یکی از مهمترین پارامترهای آنتن ها به شمار می آید و بسیاری از پارامترهای مهم دیگر به آن ارتباط دارند . این نمودار چگونگی پخش توان الکترومغناطیسی را در همه نقاط ، در فاصله ثابتی(معمولادور از آنتن) نشان می دهد.

دستگاه مختصات نمایش نمودار پرتو افکنی:

امواج منتشر شده در همه آنتن ها عملی در فواصل دور از آنها، تقریبا امواج کروی هستند. این امر بدین معنا است که شدت میدان های آنتها، با توان اول فاصله کاهش می یابد و تاخیر فاز آنها با r متناسب است.

به همین دلیل دستگاه مختصات کروی مناسب ترین دستگاه مختصات برای ترسیم نمودار پرتو افکنی آنتن ها می باشد. به منظور آسانی کار، آنتن را در مرکز مختصات قرار می دهیم و هر نقطه دلخواه p در فضا را با مختصات ) (r برابر شکل (2.6) مشخص می کنیم.

برای مقایسه دستگاه مختصات مستطیلی(x y z) نیز در شکل نشان داده شده است. ملاحظه می کنید که r فاصله نقطه p از مرکز مختصات است و θزاویه بین خط OP محور z می باشد. تصویر نقطه p بر روی صفحه xy را با نقطه p΄ نشان داده ایم. زاویه ، زاویه خطOP΄ از محور x می باشد. تبدیل مختصات کروی به مستطیلی و بر عکس، در مواردی، در حل مسائل آنتن ها لازم می شود که با استفاده از اصول هندسی، به آسانی انجام پذیر خواهد بود.

 


از این که از سایت ما اقدام به دانلود فایل ” بررسی انوان آنتن و شبکه های بیسیم ” نمودید تشکر می کنیم

هنگام دانلود فایل هایی که نیاز به پرداخت مبلغ دارند حتما ایمیل و شماره موبایل جهت پشتیبانی بهتر خریداران فایل وارد گردد.

فایل – بررسی انوان آنتن و شبکه های بیسیم – با کلمات کلیدی زیر مشخص گردیده است:
انواع آنتن ها از نظر كاربرد;آنتن حلزونی;جهت دهندگی آنتن ها;شعاع های فرعی آنتن ها;امپدانس ورودی آنتن

جعبه دانلود

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

همچنین ببینید

دانلود پاورپوینت دبی سنج الکترومغناطیسی و مافوق صوت Electromagnetic Flowmeter 28 صفحه ppt

کار دبی سنج مغناطیسی براساس قانون فارادی می باشدبا توجه به قانون فارادی اگر یک …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *