مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F1869

همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است. بخش بالایی شکل ۲ نشاندهنده لنز K-KR دو لایه است که اسکن ۳۶۰ درجه (۳) را میسر می سازد. توان ورودی از یک پورت پرتو، از لنزهای بالایی و پایینی عبور می کند و تنها از پورت های عنصر بالایی خارج می شود اما نه از طریق پورت های پرتوی پایینی. با این روش، یک عنصر و پورت پرتو می تواند همان موقعیت را در محیط لنز اشغال کند.

که در آن A دامنه سیگنال rf اعمالی در پورت ورودی است. یک پرتو می تواند صفحه لنز را تا مقدار زاویه با تغییر مقدار KR اسکن کند. هرچند، چون این مقدار با ثابت دی الکتریک محیط لنز و شعاع لنز تعیین می شود، زمانی که لنز ساخته می شود، زاویه اسکن عمودی تنظیم می شود. با مدلسازی رایانه، تعیین شد که K تقریباً ۱٫۳۵cos a در زوایای عمودی مورد نظر در این طرح است که در آن a زاویه اسکن عمودی است. این لنز می تواند در افقی با تغییر پورت ها برای ورودی سیگنال rf اسکن شود و ۳۶۰ درجه پوشش می تواند با سوییچینگ از طریق هر رابط جایگذاری شده متقارن به دست آید.

شبکه تغذیه
شبکه تغذیه سیگنال rf در اشکال۲،۳ و ۴ نشان داده شده است. مشخصات طرح برای سیستم آنتن روی اندازه روزنه و فرکانس عملیاتی نشان داد که دو حلقه از عناصر روی روزنه آنتن لازم خواهد بود. این کار به عناصر اجازه می دهد تا به طور مناسب نزدیک به یکدیگر برای جلوگیری از لوب های کناری بسته بندی شوند و بهره ماکزیمم شود. آرایش بسته بندی عنصر ابتدائاً آزمایش شده دارای شش عنصر پچ تشکیل دهنده حلقه داخلی و ۱۲ تا در حلقه خارجی است. استفاده از دو حلقه عناصر در روزنه نیاز داشت که لنز با مقادیر مختلف KR برای تغذیه حلقه داخلی و خارجی به کار گرفته شوند. این لنزها، به صورت A و B در شکل ۲ نامگذاری شده اند. برای فراهم نمودن توانمندی های دریافت و انتقال برای این سیستم، پیکربندی مدار نشان داده شده در شکل ۲ در جایی به کار گرفته می شود که دو لنز از هر نوع برای پورت های ورودی/خروجی و عناصر تابشی توسط ۹۰ درجه هیبرید متصل شوند. همانطور که قبلاً ذکر شد، موقعیت پرتو در صفحه افقی با انتخاب پورت های ورودی/خروجی مختلف برای لنز R-KR تغییر می یابد. این عمل با دو بلوک شبکه سوییچ در شکل ۲ انجام می شود.
شبکه سوییچ برای حلقه عنصر داخلی در شکل ۴ نشان داده شده است و شامل دو هیبرید ۹۰ درجه، یک شیفتر فاز ۱۸۰ درجه و شش دیود PIN (یکی برای هر عنصر) می شود. دیودهای PIN سوییچ روشن/خاموش را برای هر پورت فراهم می کنند در حالیکه توان باید به خارج از پورت هیبرید منتقل شود یا بین این دو تقسیم شود. این قابلیت برای مشترک نمودن توان بین پورتها، تعداد پرتوها را دو برابر می کند، این آرایه می تواند شکل گیرد و مدولاسیون بهره را در صفحه افقی بین پرتوها کاهش دهد. شبکه سوییچینگ برای حلقه عنصر خارجی مشابه با حلقه داخلی است. سه جزء باقیمانده مدار، تقسیم کننده توان، سیرکولاتور و فیلتر باند گذر (B.P) هستند. تقسیم کننده توان، تقسیم سیگنال بین لنز A، B و عنصر مرکز را فراهم می کند. این تقسیم به گونه ای تنظیم می شود که درصد توان فراهم شده برای هر پورت خروجی/ورودی (تعداد عناصر در حلقه) / (تعداد کل عناصر) که باشد بهره را ماکزیمم نماید. سیرکولاتور و فیلتر B.P برای دریافت و انتقال جداسازی مدار فراهم می شوند.
C. آنتن
این آنتن یک آرایه حلقه مسطح با عناصر مایکرواستریپ پچ پولاریزه دایروی است که با شکل سقف اتومبیل تطابق می باد. آنتن و شبکه تغذیه به صورت واحدی با تکنیک های خط نواری چندلایه ساخته می شود.
تحلیل سیستم آنتن
سیستم انتن توصیف شده در بخش قبلی در رایانه با برنامه نویسی مدل سازی شد
این مدل در آزمایش و بهینه سازی عمودی میدان دور آرایه و الگوهای بهره افقی به کار گرفته شد. در این بخش، طراحی الگوی بهره عمودی به صورت توصیف الگوهای بهره افقی و فرآیند استفاده شده برای تعیین پیکربندی نهایی آنها بررسی می شود.
همانطور که توسط این معادله میدان نمایش داده شده، این محاسبات بهره برای قطبیت خطی هستند. این کار برای ساده سازی تحلیل و بررسی روندها در الگوهای آنتن انجام شد. محاسبات نهایی برای قطبیت دایروی انجام خواهد شد.
A. الگوهای بهره افقی و عمودی
الزامات پوشش بهره برای آنتن گسترش یافته از ۲۰ تا ۶۰ درجه در عمودی و ۰ تا ۳۶۰ در افقی بود. آزمایش الگوها ابتدائاً برای یک آنتن با ۱۲ عنصر در حلقه خارجی، شش تا در حلقه داخلی و عنصر مرکزی صورت گرفت که در آن فاصله گذاری مرکز به مرکز شعاعی عناصر ۰٫۵۵λ بود. با این هندسه، پرتو در عمود برای یافتن زاویه اسکن اسکن شد که در آن بهره در ۲۰ و ۶۰ درجه معادل بود. این کار برای متعادل نمودن یا بهینه نمودن پوشش در عمودی انجام شد. اسکن نمودن توسط تغییر زاویه اسکن a انجام شد و a بهینه در ۳۱ درجه در زاویه افقی ۰ یافت شد. بهره این الگو و تمام الگوهای زیر با توجه به بهره آنتن با توزیع یکنواخت در ۰ در جه افقی ۹۰ درجه عمودی انجام شد.
با استفاده از این طرح بسته بندی عنصر با a=31 درجه، الگوی بهره در صفحه افقی در ، ۴۱ و ۶۰ درجه برای چندین پرتوی مجاور آزمایش شد. مطالعه سطوح متقاطع بهره در صفحه افقی در سه زاویه عمودی نشاندهنده مدولاسیون بین پرتوهای بزرگتر از ۳dB بود. تلاش ها برای پر نمودن این نواحی خالی با پرتوهای اضافی تشکیل شده توسط طرح های به اشتراک گذاری مختلف روی لنزهای پورت های ورودی برای فراهم نمودن کمتر از ۳dB مدولاسیون موفق نبود.
در این نقطه، یک آرایش بسته بندی متفاوت عنصر دارای ۱۲ عنصر حلقه داخلی و ۱۲ تا در حلقه خارجی در نظر گرفته شد. A بهینه برای این هندسه ۳۴ درجه تعیین شد. پوشش عمودی دارای بهره پیک ۱۴٫۷ dB در ۴۱ درجه و بهره ۱۱٫۸ dB در ۲۰ و ۶۰ درجه بود. این پرتو در زاویه افقی ۰ درجه بود. الگوهای بهره در صفحه افقی برای و ۶۰ درجه برای پرتوهای مجاور آزمایش شد. این الگوها روی هم قرار گرفتند و نشان دادند که مدولاسیون کمتر از ۱٫۲۵ dB می تواند بین پرتوهای مجاور انتظار رود. با این هندسه عنصر، ۲۴ پرتو تولید می شود و ۳۶۰ درجه پوشش را فراهم می کند.