پروژه آنتن های میکرو استریپ و کاربرد آنها در سامانه های راداری

تعداد صفحات: 195 فرمت فایل: word کد فایل: 1000294
سال: 1391 مقطع: کارشناسی دسته بندی: پایان نامه مهندسی برق
قیمت قدیم:۲۶,۱۰۰ تومان
قیمت: ۲۴,۰۰۰ تومان
دانلود مقاله
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پروژه آنتن های میکرو استریپ و کاربرد آنها در سامانه های راداری

     

    پروژه برای دریافت درجه ی کارشناسی در رشته مهندسی برق- الکترونیک 

    چکیده

    در این پژوهش سعی شده است در ابتدا به تاریخچه ، مزایا، معایب و کاربردهای آنتن میکرو استریپ می پردازیم . تغذیه ، پلاریزاسیون و انواع آنتن میکرو استریپ با تاکید بر نوع پچ مستطیلی و تغذیه کواکسیال را بحث میکنیم . انواع روش های تحلیل آنتن میکرو استریپ را مشخص میکنیم . در فصل بعدی با آنتن های آرایه فازی آشنا می شویم و هدف از به کارگیری انتقال دهنده ی فاز در یک آرایه ی خطی آنتن اسکن زاویه است . در فصلی دیگر به کاربردات آنتن های میکرو استریپ و آرایه فازی در سامانه های راداری(پهن باند و جستجو) می پردازیم.

    -1-آشنایی با آنتن ها

     

    برای تزویج خروجی یک فرستنده و یا ورودی یک گیرنده به فضا نوعی سیستم واسطه ضروری است. ساختمان این سیستم باید طوری باشد که توانایی تشعشع امواج الکترومغناطیسی و یا دریافت آنها را داشته باشد. آنتن چنین سیستمی است و این سیستم برای تبدیل جریان فرکانس زیاد به امواج الکترومغناطیسی و یا بالعکس به کار برده می شود. معمولاً آنتن از یک جسم فلزی ، اغلب به صورت سیم یا مجموعه ای از سیم ها درست شده است.

    مکانیسم های واقعی تشعشع را می توان توسط معادلات ماکسول به طور کمی تشریح نمود. مطالعه رفتار یک جریان RF  در یک سیم نشان می دهد که تمام انرژی اعمال شده به یک سر سیم به انتهای آن نرسیده و قسمتی از آن فرار می کند یعنی تشعشع حاصل می شود. هم چنین می توان رابطه ریاضی برای این انرژی فراری بدست آورد، که در نتیجه نه فقط میزان انرژی بلکه جهات یا جهات تشعشع آن مشخص می شود. چون این روش محاسبه تشعشع کمی پیچیده است، در این قسمت تشعشع را از جنبه نظر کیفی بر پایه رفتار امواج ساکن و متحرک در یک خط انتقال مورد بررسی قرار می دهیم.

    1-1-1- چگونگی تشعشع

     

    خط انتقال مدار باز شکل(1-1) را در نظر بگیرید مشاهده می شود امواج رفت و برگشت با یکدیگر ترکیب شده و موج ساکن در حالی که شکم ولتاژ در نقطه مدار باز است، عرضه می گردد. در اینجا تمام انرژی از محل مدار باز به خط انتقال منعکس نمی گردد بلکه قسمت کمی از انرژی الکترومغناطیسی از سیستم فرار نموده و بنابراین تشعشع حاصل می شود تشعشع به خاطر این است که در خطوط نیرویی که به طرف مدار باز در حرکت هستند به صورت معکوس شدن فاز، وقتی که به مدار باز می رسند رخ می دهد. به دو علت قسمتی از موج که از سیستم فرار می کند نسبت به باقی مانده موج، خیلی کوچک است اول، اگر محیط اطراف را به عنوان بار خط انتقال به حساب آوریم، دیده می شود که عدم تطبیق به وقوع می پیوندند. در نتیجه مقدار کمی از توان در بار تلف می شود. واضح است تشعشع از یک انتها، تشعشع از انتهای دیگر را حذف می کند علت این است که آنها دارای پلاریته متفاوتی بوده و در فاصله ای خیلی کوچکتر از طول موج واقع شده اند. عکس مطالب فوق هم صادق است، یعنی خطوط انتقال دو سیمه در فرکانس پایین تشعشع نمی کنند. برای حل مسئله فوق به نظر می رسد که قسمت مدار باز را وسیع سازیم.

    1-2- تشعشع کننده های سیمی در فضا

     

    تشعشع کننده های سیمی ساده ترین نوع تشعشع کننده ها بوده و ممکن است به صورت تعداد زیادی دوقطبی که در انتهای یکدیگر متصل شده اند در نظر گرفته شوند در نتیجه خواص آن شبیه به دوقطبی خواهد بود.

    1-1-3- توزیع های ولتاژ و جریان

     

    مانند یک خط انتقال یک آنتن در عمل دارای طولی برابر اندازه بخشی قابل توجه از طول موج و بعضی اوقات حتی چند برابر طول موج می باشد. بنابراین آنتن به صورت مداری با ثابت های توزیع شده عمل می کند. با اعمال ولتاژ در نقطه مشخصی از آن ولتاژ و جریانی در آن نقطه ایجاد خواهد شد. در نتیجه امواج متحرک و احتمالاً امواج ساکنی نیز به وجود می آیند. بدین معنی که ولتاژ و جریان در آنتن به طور کلی از یک نقطه به نقطه دیگر تغییر می کنند. این توزیع ولتاژ و جریان آنتن باید اثری بر روی میدان تشعشعی بگذارد. میدان مذکور در درجه اول بستگی به طول آنتن نسبت به طول موج، اتلافش و بارهای انتهایی خواهد داشت. به علاوه ضخامت سیم آنتن نیز مهم بوده اما از نقطه نظر عملی چنین آنتنی ممکن است بدون تلفات با قطر بی نهایت کوچکی در مقابله با طول موج فرض شود.

    شکل(1-2) توزیع ولتاژ و جریان ایده آل را بر روی یک دوقطبی نیم موج که ساده ترین آنتن سیمی عملی است نشان می دهد. چنان که مشاهده می شود این توزیع مشابه توزیع ولتاژ و جریان بر روی یک خط انتقال ربع طول موج مدار باز می باشد. در اینجا حداقل ولتاژ و حداکثر جریان از مدار باز یک خط انتقال موجود خواهد بود.

    -1-4- آنتن های تشدید

     

    در حالت کلی آنتن ها به دو دسته تقسیم می شوند:   1- آنتن های تشدید   2- آنتن های غیر تشدید. آنتن های تشدید آنتنهایی هستند که طول آنها مضربی از نصف طول موج باشد ولی در آنتن های غیر تشدیدی چنین نیست. ساخت آنتن های تشدیدی راحت تر است ولی گین آنها نسبت به آنتن های غیر تشدیدی کمتر می باشد. وقتی که طول آنتن برابر با یک طول موج کامل گردد پلاریته جریان در یک نیمه از آنتن، عکس نیمه دیگر خواهد شد. واضح است که در چنین حالتی تشعشع در جهت عمود بر آنتن به سبب حذف میدان حاصل از یک نیم آنتن توسط نیم آنتن دیگر برابر صفر می گردد. البته در جهاتی حداکثر تشعشع را خواهیم داشت ولی این جهات دیگر در امتداد عمود بر آنتن نمی باشد.

    یک آنتن تشدید معادل یک خط انتقال تشدید بوده و تمام آنتن هایی که پس از دوقطبی ابتدایی بیان گردیدند به صورت آنتن های تشدید عمل می کنند. چنین آنتنی را می توان به صورت یک خط انتقال مدار باز  در انتهای آن با یک طول تشدید در نظر گرفت. مثلاً ضریبی از ربع طول موج (بنابراین طول آنتن ضریبی از نصف طول موج خواهد شد).

    پرتو تشعشعی یک سیم تشعشع کننده در فضای آزاد در درجه اول بستگی به طول آن دارد. برای یک دوقطبی نیم موج این پرتوها مانند دوقطبی ابتدایی بوده ولی کمی صاف تر خواهند شد. برای بدست آوردن فرمول پرتو تشعشعی،پرتو تشعشعی یک دوقطبی  ابتدایی را در طول آنتن جمع و یا انتگرال گرفته که در نتیجه پرتو تشعشعی آنتن نیم موج مانند شکل(1-3) بدست می آید.

    در شکل(1-3) پرتوهای تشعشعی دوقطبی های تشدید به ازائ طول های مختلف را

    مشاهده می نمائیم

  • فهرست و منابع پروژه آنتن های میکرو استریپ و کاربرد آنها در سامانه های راداری

    فهرست:

    فصل اول. ر‌

    آنتن ها ر‌

    1-1-آشنایی با آنتن ها 1

    1-1-1- چگونگی تشعشع.. 1

    1-1-2- تشعشع کننده های سیمی در فضا 2

    1-1-3- توزیع های ولتاژ و جریان. 3

    1-1-4- آنتن های تشدید. 4

    1-1-5- بهره آنتن.. 6

    1-1-6- بهره جهتی.. 6

    1-1-7- جهتداری.. 7

    1-1-8- بهره توان. 7

    1-1-9- مقاومت آنتن.. 8

    1-1-10- مقاومت تشعشعی آنتن.. 8

    1-1-11- اتلافات آنتن و بازدهی.. 8

    1-1-12- پهنای باند، پهنای پرتو و پلاریزاسیون آنتن ها 9

    1-1-13- اثرات زمین بر روی آنتن ها 11

    1-1-14- آنتن های زمین نشده 11

    1-1-15- آنتن های زمین شده 13

    1-1-16- تزویج آنتن در فرکانس های متوسط.. 14

    1-1-17- انتخاب نقطه تغذیه. 16

    1-1-18- تغذیه ولتاژ و جریان. 16

    1-1-19- امپدانس نقطه تغذیه. 17

    1-1-20- آنتن های جهتی فرکانس زیاد. 17

    1-1-21- آرایه های دو قطبی.. 18

    1-2-انواع آنتن ها 18

    1-3- آنتن های میکرواستریپ... 22

    1 3-1- تشعشع کننده های میکرواستریپ... 24

    1-3-2- روش های تحلیل و طراحی آنتن میکرواستریپ... 27

    1-3-3- بهینه سازی،طراحی و نتایج حاصل.. 31

    فصل دوم. 40

    رادارها 40

    2-1- اطلاعات کلی در مورد رادارها 41

    2-1-2- رادار با شاخص موقعیت(نقشه طرح). 42

    2-1-3- رادار هوابرد با منظر جانبی.. 42

    2-1-4- مزایای استفاده از داده های رادار. 42

    2-1-5- برداشت اطلاعات به وسیله رادار چگونه است؟. 44

    2-1-6- نمودار(گراف)انرژی به زمان. 45

    2-1-7- هندسه برداشت(تصویر برداری) اطلاعات رادار. 46

    2-1-8- واژه شناسی رادار. 47

    2-1-9- طیف مایکرویو و خصوصیات آن. 48

    2-1-10- باندهای رادار. 50

    2-1-11- اثر متقابل عارضه و شاخص های داده (تصویری ). 51

    2-1-12- پلاریزاسیون سیگنال رادار. 52

    2-1-14- تفکیک مکانی 54

    2-1-15- رادار با روزنه مصنوعی یا سار. 55

    2-1-16- رادار با روزنه واقعی 56

    2-1-17- اعواج در تصویر رادار. 57

    2-1-18- سایه رادار. 59

    2-1-19- سیستم های رادار هوایی.. 61

    2-1-20- سیستم های رادار فضایی (فضابرد). 62

    2-1-21- کاربردهای رادار. 67

    2-2- رادار ردگیری(جستجو). 68

    2-2-1- ردیابی و جهت گیری(جهت یابی). 70

    2-2-2- مونو پالسی(جهت گیری مشابه). 81

    2-2-3- رهگیری مونوپالس با ترتیب آرایه ای.. 82

    2-2-4- مونوپالس یک کانالی و دو کانالی.. 83

    فصل سوم. 86

    آنتن آرایه فازی.. 86

    3-1- آشنایی با آنتن آرایه فازی.. 87

    3-1-1- آنتن های آرایه ای چیستند؟. 87

    3-1-2- غیر فعال در مقابل فعال. 87

    3-1-3- مفهوم آنتن.. 88

    3-1-4- مزایایAESA... 89

    3-1-5- استفاده های دریایی.. 90

    3-1-6- عملکرد. 90

    3-1-7- تئوری.. 91

    3-1-8- ریاضیات... 91

    3-1-9- ویژگی های AN/SPY-1.. 92

    3-1-10- رادار تصویربرداری از کنار( که از اثر داپلر برای افزایش شدت قدرت تشخیص در رهگیری استفاده می کند.) 94

    3-1-11- دیگر سیستم های زمینی و دریایی.. 95

    3-2- آنتن های آرایه فازدار میکرواستریپ هدایت شده 96

    3-2-1- انتقال گر فاز خط تراگسیل.. 98

    3-2-3- نتایج آزمایش.... 106

    3-3- آنتن آرایه فازی و زیر سامانه های باریکه ساز در رادار آرایه فازی.. 112

    3-3-1- تئوری جریان آرایه(تئوری عملکرد آرایه). 113

    3-3-2- گیرندهDBF.. 117

    3-3-3- طرح فرستنده DBF.. 119

    3-3-4- نتایج شبیه سازی.. 120

    فصل چهارم. 130

    4-1- طرح های آنتن میکرواستریپی برای کاربردات رادار. 131

    4-1-1- ویژگی های اصلی رادیاتور. 132

    4-1-2- پیکربندی آنتن.. 134

    4-1-3- آنتن های اصلاح یافته در LRDE.. 135

    4-1-4- ظهور گرایشات در آنتن های میکرواستریپ... 139

    4-2-اصلاح آنتن حاوی آرایه میکرواستریپ برای کاربردات چندباندی و پهن باند. 140

    4-2-1- پیکربندی آنتن.. 142

    4-2-2- نتایج و مباحث آزمایش.... 145

    4-3- آنتن میکرواستریپ برای کاربردات رادار. 156

    4-3-1- نتایج و طراحی آنتن.. 158

    4-4-آنتن های حاوی آرایه فازمتصل برای کاربردات راداری پهن باند و چند باند. 167

    4-4-1- آرایه های متصل.. 168

    4-4-2- ویژگی های کلی.. 170

    4-4-3- آرایه اتصال شکاف ها 171

    4-4-4- آرایه اتصال دوقطبی ها 179

    منابع و مأخذ. 182

     

     

    .

    منبع:

    [1]David.M.Pozar,Daniel.H.Fchaubeart,1995,”The Analysis and Design of Microstrip Antennas and Arrays”,IEE Trans,PP.59-67

    [2]Chih-Yu-Huang,Chia-ming,Kin-Lu Wong,1997,”Design of GPS Microstrip Antenna Using Nearly Square Patch”,Asia Pacific Microwave Conference,Taiwan,PP.237-240

    [3] L.Josefsson and P.Persson,Conformal Array Antenna Theory and Design,John Wile y&Sons,Inc,New Jersey,2006

    [4] T.A.Milligan,Modern Antenna Design,John Wiley&Sons,Inc,New Jersey,2005

    [5] X.Guan,H.Hashemi and Hajimir,”A fully Integrated 24-GHz Egith-Element Phase-Array Receiver in silicon” IEEE Journal of solid-state circuits,vol.39,No.12,December 2004

    [6] E.A.Lee and C.N.Dorny”A broadcast Reference Technique for Self-Calibrating of Large Antenna Phase Arrays”IEEE Transaction on Antennas and Propagation,vol.37,no8,Agust1989.

    [7] Marcano.Chang,”Synthesis of Linear array using schelkunoff’s method and Genetic algorithm” Antennas and Propagation,IEEE Transactons on,1996.

    [8] Van Trees,Harry L.Optimum Array Processing:Detection,Estimation and modulation theory,part IV.Wiley Interscience,Newyork,2002.

    [9] Rafi Gh Z & Shafai L,Wideband V-slotted diamond-shaped microstrip patch antenna,Electron Lett(UK),40(2004)

    [10] Solbach K & Litschke O ,Patch-array-antenna feed network providing bandwidth improvement(University of Duisburg Essen),2005

    [11] Konda R B,Pushpanjali G M,Mulgi S N ,Satnoor S K,Hadalgi P M &Hunagund P V,Design of wideband and multiband microstrip array antennas,Indian J Radio Space Phys,35(2005)

    [12] Konda R B,Pushpanjali G M,Mulgi S N ,Satnoor S K,Hunagund P V,Microstrip array antenna for multiband operation,Proc,Int Conf on Microwaves-08(Jaipur),2008,511.

    [13] Jeong Kim II & Young Joong Yoon,Design of wideband microstrip array antennas using the coupled lines,IEEE Antenna Propag Soc Int Symposium(Salt Lake City,Utah),3(2000).

    [14] H,-M. Chen,”Reactively Loaded microstrip antenna for dual frequency operation(July 1999),”IEEE Antennas and Propagation society International Symposium,vol.3,pp.1648-1651,11-16.

    [15] C.A.Balanis,Antenna Theory:Analysis and Design,3/e,Hoboken(2005),New Jersey: John-Wiley and Sons.

    [16] Y.Mushiake,”The Input Impedance of a Slit Antenna”,Joint Convention Record of Tohoku of IEE and IECE of Japan,1948,page:25-26

    [17] R,C,Hansen,”Non-Foster and connected Planer arrayes”,Radio Science Vol.39,2004,pp.RS4004,1-14.

    [18] J.J.Lee,S.Livingston,R.Koenig,”Wide Band Slot Array Antennas”,Proc.IEEE AP Symposium,Vol.2,Columbus OH,June 2003,page:452-455.

    [19] A.Neto,J.J Lee,”Ultrawide-band Properties of Long Slot Arrays”,IEEE Trans.On Antennas and Propagation,Vol.54,No.2,Febr.2006.pp:534-543.

    [20] J.J.Lee,S.Livingston,R.Koenig,D.Nagata,L.L.Lai,”Compact Light Weight UHF Array Using Long Slot Apertures”,IEEE Trans.on Antennas and Propagation,Vol.54,No.7,July 2006,page:2009-2015.

    [21] B.A.Munk,”Finite Antenna Arrays and FSS”,John Wiley Interscience,2003.

    [22] D.H.Schaubert,A.van Ardenna,and C.Craeye,”The Square Kilometer Array(SKA)Antenna”,IEEE International Symposium on Phased Array Systems and technology,pp.351-358,October 2003.

    .

ثبت سفارش
عنوان محصول
قیمت