از سال 1877م که نخستین آنتن ساده توسط هرتز ساخته شد. نظریه طراحی آنتن ها به سرعت پیشرفت کرده است و این پیشرفت ادامه دارد، با توجه به اینکه آنتن ها جزئی از یک سیستم مخابراتی الکترونیکی هستند، بایستی تکنولوژیست ها و مهندسین برق الکترونیک در این زمینه دانش کافی داشته باشند. امید است در این مقال اندک که در زیر به اجمال عنوان فصول آن را خواهیم آورد، قدمی هر چند کوچک در این راه برداشته باشیم .
این پایان نامه از 5 فصل تشکیل شده است. فصل اول در قالب طرح تحقیق به بررسی تاریخچه و نیز اهمیت مساله مورد تحقیق می پردازد. قابل ذکر است که 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 مایکروویو 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 افکنی آنتن ، امپدانس ورودی آنتن ، سطح موثر و طول موثر آنتن پلاریزاسیون آنتن و ... نیز از جمله شاخص ترین پارامترهای آنتن می باشند که در این فصل درباره آنها سخن گفته شده است .
در فصل سوم به بحث پیرامون شبکه های کامپیوتری می پردازیم . مطالب مورد بحث در این فصل شامل توضیح مختصری در مورد سخت افزار شبکه ، نرم افزار شبکه ، پشته ی پروتکلی 802.11 - به عنوان مهمترین شبکه ی محلی بی سیم - و نیز پشته ی پروتکلی 802.16 - مهمترین شبکه ی بی سیم باند گسترده- می باشند .
در فصل چهارم آنتن های هوشمند و کاربرد و مزیت آنها در شبکه 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 کلی و پیشنهاد به دیگر پژوهندگان علاقه مند به این موضوع را شامل می شود . امید که مفید محضر خوانندگان محترم قرار گیرد .
والسلام علی من اتبع الهدی؛ گردآورندگان. مهر 85
فصل اول
طرح
تحقیق
طرح تحقیق
تاریخچه مختصری در باره ی موضوع تحقیق:
همانطور که می دانید عنوان شبکه در برگیرنده مفهومی وسیع است که شبکه چاه های آب روستایی ( قنات ها)، شبکه ی نهرها و کانال های آبیاری مزارع، شبکه آب و فاضلاب شهری، شبکه گاز شهری، شبکه پدافند هوایی و نیز شبکه های کامپیوتری هر کدام به نحوی تداعی کننده مفهوم کلی این کلمه می باشند.
البته واضح است که با توجه به پیشرفت چشمگیر کامپیوتر و تکنولوژی های وابسته به آن (جمع آوری، پردازش و توزیع اطلاعات) در دنیای امروز، شبکه های کامپیوتری در تمامی مفاهیم که از شبکه عنوان شد، وارد شده اند، و نرم افزار های کامپیوتری کارهای مدیریت، نظارت و کنترل کلیه شبکه های یاد شده را به عهده گرفته اند. پیوند فرخنده کامپیوتر و مخابرات اتفاقی بود که هر دو صنعت را دچار تحولات عظیم کرد. اکنون دیگر مفهوم اتاقی با یک کامپیوتر بزرگ به نام « مرکز کامپیوتر» که افراد کارهایشان را به آنجا می آورند، به کلی منسوخ شده است. مدل قدیمی کامپیوتر بزرگی که تمام کارهای محاسباتی سازمان را انجام می دهد، اکنون جای خود را به تعداد زیادی کامپیوتر کوچک متصل به هم داده است. به این سیستم ها شبکه های کامپیوتری (computer netwoks) گفته می شود.
دو کامپیوتر وقتی « به هم متصل اند» که بتوانند با یکدیگر اطلاعات رد و بدل کنند. الزامی نیست که این اتصال از طریق سیم های مسی باشد، فیبرهای نوری، امواج مایکروویو، مادون قرمزو ماهواره های مخابراتی هم می توانند عامل این ارتباط باشند.
در اینجا پس از طرح مساله شبکه های بی سیم، مهمترین مساله بررسی آنتن های قابل استفاده در این شبکه ها می باشد، که در ابتدا لازم می دانیم تاریخچه مختصری از پیدایش آنتن را نیز در اختیار خوانندگان محترم قرار دهیم.
مبنای نظری آنتن ها بر معادلات ماکسول استوار است. جیمز کلارک ماکسول (1831-1879) در سال 1864 در حضور انجمن سلطنتی انگلستان نظریه خود را ارائه داد؛ مبنی بر اینکه نور و امواج الکترو مغناطیسی پدیده های فیزیکی یکسانی دارند. همچنین پیش بینی کرد که نور و اختلالات الکترو مغناطیسی را می توان به صورت امواج رونده دارای سرعت برابر توجیه کرد. در سال 1882 فیزیکدان آلمانی هاینریش هرتز (1894-1875) با افزایش تحقیقات در این زمینه ادعای ماکسول را در عمل اثبات کرد و نشان داد که امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر می شود. هرتز، آنتن هایی از نوع دو قطبی و سهموی را نیز ساخت. مهندس برق ایتالیایی مارکونی (1937-1874) نیز یک آنتن استوانه میکروویو در طول موج 23 سانتی متری را ساخت، ولی کارهای بعدیش برای حصول برد مخابراتی بهتر در طول موج های بلند تر بود. فیزیکدان روسی الکساندر پوپوف (1895-1905) نیز اهمیت کشف امواج رادیویی را توسط هرتز تشخیص داد و یک سال بعد، قبل از مارکونی شروع به فعالیت کرد. اغلب افتخار کاربرد اولین آنتن در اولین سیستم رادیویی را در سال 1879 برای ارسال سیگنال از کشتی به ساحل در مسافت 3مایل به او می دهند. در هر حال این مارکونی بود که رادیوی تجارتی را توسعه داد و مخابرات رادیویی را در ماورای اقیانوس اطلس ایجاد کرد. مارکونی را پدر رادیوی آماتور می شناسند. لازمه ارتباط در این سال ها با آنتن محدود به وجود مولدهای سیگنال بود. ساخت مولدهای سیگنال کلایسترونی و مگنترونی ( در حدود یک گیگا هرتز ) باعث شد که آنتن های بوقی توسعه یابند. در طول جنگ جهانی دوم اولین کوشش ها جهت توسعه آنتن های مدرن برای رادار انجام گرفت، و هم اکنون آنتن های پیشرفته ای جهت ارتباط مایکروویوی و راداری ساخته می شوند. که آنتن های آرایه فازی از جمله ی این آنتن ها می باشند. که در فصول آتی به آنها خواهیم پرداخت.
اهمیت انجام تحقیق:
با توجه به پیشرفت روز افزون تکنولوژی ارتباطات و البته ارتباطات بی سیم، درجه اهمیت شبکه ها، به ویژه شبکه های بی سیم برای عموم و البته دانشگاهیان پر واضح است. اما مطلب مورد بحث درباره اهمیت انجام این تحقیق، میزان کارایی نتیجه این پژوهش در مسیر رشد و تعالی نیروی هوایی ارتش جمهوری اسلامی ایران است، که در این مقال بایستی به آن پرداخته شود.
همانطور که می دانید شبکه پدافند هوایی کشور C3 از زمان شهید بزرگوارسر لشکر منصور ستاری در مسیر تمرکز و هماهنگی بهینه و در واقع نهادینه کردن سیستم C4I و ورود کامپیوتر به این عرصه، قرار گرفته است. در این راستا بر آن شدیم، که با مطالعه در مورد شبکه های کامپیوتری و ملزومات آنها بستری جهت آمادگی هر چه بیشتر خود و نیز خوانندگان محترم فراهم آوریم؛ که به توسعه و پیشرفت در شبکه پدافند هوایی کشور در آتیه نزدیک انجامد. (ان شاء ا... ) زیرا که معتقدیم دست یابی به هر تکنولوژی و پیشرفت در آن، منوط به شناخت پایه ای و بنیادی آن تکنولوژی می باشد. در این بین با توجه به گستردگی قلمرو فضایی کشور و مخارج عظیم ارتباطات باسیم، تکنولوژی شبکه های بی سیم از ملزومات این امر به نظر می رسد؛ که ما سعی کرده ایم به معرفی آنها بپردازیم امید که مقبول حق و مطلوب نظر خوانندگان قرار گیرد.
اهداف کلی تحقیق :
فراهم نمودن زمینه و استعداد بالقوه در مسیر توسعه شبکه پدافند هوایی کشور، به عنوان یک شبکه بی سیم کارا، بزرگ و متمرکز از طریق ایجاد آمادگی علمی بنیادی درمورد شبکه 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 کلی شبکه های کامپیوتری و به ویژه شبکه های بی سیم.
- شناخت انواع روش های مدولاسیون جهت تهیه سیستم های ارتباطی لازم برای طراحی یک شبکه بی سیم بزرگ و ممترکز.
- شناخت آنتن و انواع آن.
- شناخت آنتن های هوشمند و مزیت بکار گیری آن ها در شبکه های بی سیم.
روش انجام تحقیق :
با توجه به اینکه در این پایان نامه به شناخت کلی شبکه 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؛ که 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 دانشکده مهندسی کنترل و نیز دانشکده مهندسی برق بوده اند. محیط پژوهش کتابخانه دانشکده های برق و کامپیوتر و نیز کتابخانه دانشکده برق دانشگاه صنعتی امیر کبیر و نیز کتابخانه مرکزی دانشگاه های صنعتی شریف و تربیت مدرس بوده است.
روش گردآوری اطلاعات نیز بر پایه ترجمه متون انگلیسی از کتاب های جدید منتشر شده در این زمینه و نیز نمونه برداری از میان پایان نامه های دانشجویان دانشگاه های یادشده بوده است.
فصل دوم
مبانی
آنتن
انواع و پارامترهای آن
مبانی آنتن
انواع و پارامتر های آن
2_1: تاریخچه:
از آغاز تمدن بشری مخابرات اهمیت اساسی را برای جوامع انسانها داشته است. که در مراحل ابتدایی مخابرات توسط امواج صوتی از طریق صدا صورت گرفت. و سپس در مسافت طولانی تر از ابزارهای مخابراتی نوری که از قسمت مرئی طیف الکترومغناطیسی است، استفاده شده و تنها در تاریخ اخیر بشر است که طیف الکترومغناطیسی خارج از ناحیه مرئی برای ارتباطات راه دور از طریق امواج رادیویی به کار برده شده است.
آنتن رادیویی یک قطعه اساسی در هر سیستم رادیویی می باشد. یک آنتن رادیویی یک ابزاری است که امکان تشعشع یا دریافت امواج رادیویی را فراهم می سازد.
همانطوری که می دانیم یکی از بزرگترین منابع انسان طیف الکترومغناطیسی است و آنتن ها دراستفاده ازاین منبع طبیعی نقش اساسی را ایفا کرده اند.حال تاریخچه مختصری از تکنولوژی آنتن ها و بعضی از کاربردهای آنها در زیر ارائه می شود:
مبنای نظریه آنتن ها بر معادلات ماکسول استوار است. جیمزکلارک ماکسول (1831-1897) در سال 1864 در حضور انجمن سلطنتی انگلستان نظریه خود را مبنی بر اینکه نور و امواج الکترو مغناطیسی پدیده های فیزیکی یکسانی هستند ارائه داد.فیزیکدان آلمانی هاینریش هرتز ( 1857- 1897) در سال 1886 توانست صدق ادعا و پیش بینی ماکسول را مبنی بر اینکه کنش ها و پدیده های الکترو 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 کانونی شان بودندرا بعنوان تغذیه ساخت.مهندس برق ایتالیایی( گوگلیمو مارکونی ) فیزیک استوانه سهمی میکروویودر طول موج 23 سانتی متر را برای انتقال اولیه اش ساخت، ولی کارهای 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 یک فرستنده جرقه ای بود که بین زمین و یک سیستم شامل 50 عدد سیم قائم متصل می شود.فیزیکدان انگلیسی «الکساندر پوپوف » ( 1959-1905) نیز اهمیت کشف امواج رادیویی را درسال1897برای ارسال یک سیگنال از کشتی به ساحل درمسافت 3 مایل نشان داد. در هر حال این مارکونی بود که 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 » ، ساخت آنتن های تشدید مانند دو قطبی نیم موج امکان یافت. قبل از جنگ دوم جهانی مولدهای سیگنال مگنترون و کلایسترون میکروویو( 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 یک فعالیت وسیع طراحی، و توسعه برای ساخت سیستم های رادار منجر به ابداع انواع مختلف آنتن های بشقابی، عدسی های آرایه ای شکافی موج بری شد. حال با توجه به این مقدمه عوامل مختلفی را که در انتخاب بین خطوط انتقال یا آنتن ها دخالت دارند بیان می کنیم.بطور کلی خطوط انتقال در فرکانس های پایین و فواصل کوتاه عملی هستند، فرکانس های بالا اغلب به علت پهنای باند موجود بکار می روند. با افزایش فواصل و فرکانس ها تلفات سیگنالی و هزینه های کاربردی خطوط انتقال بیشتر می شود ودرنتیجه استفاده از آنتن ها ارجحیت می یابد.
بطور کلی تعدادی از موارد استفاده آنتن ها بدین صورت می باشد :
الف – درمخابرات رادیو سیار شامل هواپیماها، فضاپیماها، کشتی ها یا خودروهای زمینی بکار برد.
ب – کاربرد آنتن ها در سیستم های رادیویی سخن پراکندگی مانند رادیوی خودروی متحرک سیار و کاربردهای غیر سخن پراکنی مانند سیستم های رادیو سیار ( مانند پلیس، آتش نشانی، امداد،...) و رادیو آماتور.
ج – استفاده از تکنولوژی رادیویی بجای استفاده از خطوط انتقال.
بعنوان مثال در آمریکا بیشتر از نصف مکالمات تلفنی دور ( بین شهری) توسط ارتباطات رادیویی میکروویو انجام می گیرد. و با توجه به اینکه هر سال هزینه های دستگاه های رادیویی کاهش یافته و اطمینان پذیری آنها بهبود می یابد، کاربردهای سیستم های رادیویی ارجحیت می یابد.
2_2: انواع آنتن ها از نظر کاربرد :
آنتن ها از نظر ساختار و نوع کاربرد به انواع مختلفی تقسیم می شوند،که درذیل به تعدادی از آنها اشاره می شود
الف) آنتن هرتز : آنتن هرتز در فاصله ای بالا واقع شده و ممکن است بطور افقی یا عمودی باشد و برای فرکانس های زیاد به کار می رود.
ب) آنتن مارکنی : در این نوع آنتن، انتهای پایین مولد به زمین متصل است و سطح زمین بجای صحفه هادی
به کار می رود. طرز توزیع جریان و ولتاژ برای فرکانس اصلی، چهل برابر طول آنتن می باشد و این آنتن برای
فرکانس های کم مورد استفاده قرار می گیرد.آنتن مارکنی در بعضی موارد ممکن است برای فرکانس های بالا به کار رود، مثل آنتن های ارتباطی هواپیما که در این حالت بدنه هواپیما بجای زمین عمل می کند.
پ) آنتن شلاقی : معمولی ترین آنتنی است که در عملیات تاکتیکی برای ایجاد ارتباط در ساخت های نسبتاً کوچک بکار می رود. بیشتر آنتن های شلاقی طوری طراحی شده اند که در زمانی که مورد احتیاج نیستند با فشار جزیی یک قسمت، داخل قسمت دیگر قرار می گیرند. وقتی که آنتن های شلاقی در باند فرکانسی زیاد کار می کنند، طول آن ها معمولاً کسر کوچکی از طول موج می باشد و در این حالت باید یک سیم پیچ به خاصیت القایی زیادی به کاربرده شود تا آنتن مزبور به حالت هماهنگی صحیح درآید.
ت ) آنتن لوزی ( روبیک) : این آنتن از چهار سیم ساخته شده است که به شکل لوزی متصل شده اند و موازی زمین قرار گرفته اند. با قرار دادن چرخ ها روی دکل های نگهدارنده، می توان ارتفاع آنتن را نسبت به زمین تغییر داد.منبع تغذیه در حالت فرستنده توسط خط انتقال متعادلی از یک سو به آنتن وصل می شود و مقاومت سوی دیگر را به گونه ای تنظیم می کنند که تنها موج رونده روی آنتن بوجود آید. توجه کنید که خط انتقال متعادل، خط انتقالی است که امپدانس در بازوی آن نسبت به زمین برابر باشد.در فضای آزاد حداکثر پرتو افکنی 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 کاربرد زیادی داشته و به منظور ایجاد ارتباط در مسافت های زیاد و کار فرکانس های بالا به حد زیادی مورد استفاده قرار می گیرد.همچنین این آنتن در ارتباطات منطقه به کار می رود. زیرا در باند وسیعی به کار رفته و نصب و نگهداری آن ساده تر از آنتن های دیگر می باشد عیب اصلی آن این است که احتیاج به یک زمین وسیع دارد.
ث) آنتن V معکوس : این آنتن از دکل نارسانا و دو رشته سیم مطابق شکل (2-1) شده است.
شکل2.1:آنتنVمعکوس
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.
شکل 2_2 : آنتن های بوقی مستطیلی. الف- بوق قطاعی صفحه H ؛ ب - بوق قطاعی صفحه E ؛ ج- بوق هرمی.
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 یکی 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.
شکل 2.3 : الف- آنتن دو مخروطی نا محدود ؛ ب- آنتن دو مخروطی محدود
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.
شکل2.4: الف- پرتو تشعشعی یک آنتن دو مخروطی نامحدود ؛ ب- آنتن دیسک و مخروط
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.
شکل 2.5 : آنتن حلزونی
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 گسترش
پرتو 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.
شکل 2.6: دستگاه مختصات کروی.
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.
نمودار پرتو افکنی سه بعدی و دو بعدی :
آنتنی را در نظر بگیرید که در مرکز مختصات کروی قرار دارد. اکنون سطحی کروی به شعاع ثابت rرا پیرامون مرکز مختصات در نظر بگیرید و فرض کنید هدف ما، اندازه گیری و یا محاسبه مقدار ( قدر مطلق) میدان الکتریکی موج منتشر شده از آنتن، در هر نقطه بر روی سطح کروی باشد از آنجا که بیشتر آنتن ها امواج را به طور یکنواخت در فضا پخش می کنند؛ مقدار میدان الکتریکی E، تابعی از , خواهد بود.
) , E(نمودار پرتو افکنی میدان الکتریکی آنتن نامیده می شود. به همین ترتیب، می توان به جای مقدارE در هر نقطه بر روی سطح کره، میانگین زمانی چگالی توان موج را اندازه گیری و ترسیم کرد و تابع
) P( که به این ترتیب بدست می آید، نمودار پرتو افکنی توان آنتن نامیده می شود. نمودار پرتو افکنی هر آنتن، نموداری سه بعدی است که در شکل (2.7)نشان داده شده است.
شکل2.7 : نمونه نمودار پرتو افکنی سه بعدی.
همانطور که در شکل مشاهده می شود، انجام هر گونه محاسبه از روی این نمودارها دشوار است. از آنجایی که نمودار پرتو افکنی بیشتر آنتن های عملی از تفاوت هایی برخوردار هستند؛ معمولا نمودار پرتو افکنی را در صفحات ویژه به صورت نمودار های دو بعدی ترسیم می کنند. در صورتیکه θرا برای مقدار انتخاب کنیم، صفحه yz بدست می آیدکه در آن نمودار پرتو افکنی فقط تابعی از θمی باشد. نمودار پرتو افکنی آنتن های عملی معمولا در این صفحات اصلی دارای تقارن هستند. این دو صفحه اصلی به ترتیب صفحات افقی و عمودی نامیده می شوند و نمودارهای پرتو افکنی در این دو صفحه نیز به همین نام ها معروف هستند.
این نمودارها تنها یک متغیر هستند که در دستگاه مختصات قطبی و یا مستطیلی به آسانی ترسیم پذیر می باشند در شکل( 2.8 ) نمودارپرتو افکنی افقی میدان الکتریکی یک آنتن نشان داده شده است.
شکل 2.8: نمودار پرتو افکنی میدان الکتریکی یک آنتن.
الف) مختصات قطبی ب) مختصات مستطیلی
در این شکل می بینید که حداکثر میدان در زاویه اتفاق می افتد. از آنجا که معمولا مقادیر نسبی میدان در نمودار پرتو افکنی هستند، همه مقادیر میدان را نسبت به مقدار حداکثر، هنجار می کنیم. به این ترتیب، نمودار پرتو افکنی هنجار شده و یا نسبتی به دست می آید که حداکثر آن برابر واحد است. بزرگترین شعاع نمودار شعاع اصلی نامیده می شود. با افزایش زاویه مقدار شعاع اصلی کم می شود تا به صفر می رسد، دوباره مقدار نسبی میدان رو به افزایش می گذارد تا به ماکزیمم جدیدی رسیده و سپس صفر می شود. این شعاع را شعاع پهلویی می نامند. به همین ترتیب ماکزیمم های دیگری موجود است و شعاع های دیگری وجود دارند که شعاع های فرعی آنتن نامیده می شوند. در این نمودار یک شعاع اصلی دو شعاع پهلویی و سه شعاع فرعی دیگر دیده می شوند. با مقایسه نمودار ها در مختصات قطبی و مستطیلی دیده می شود که مختصات قطبی، وضعیت کلی شعاع های مختلف را با روشنی بیشتری نشان می دهد و در مختصات مستطیلی جزئیات نمودار با دقت بیشتری دیده می شود.
نمودار پرتو افکنی درفضای آزاد و در مجاورت زمین :
نمودار پرتو افکنی معمولا برای آنتن در فضای آزاد داده می شوند و فرض بر این است که استفاده کننده از آنتن، اثر بازتاب زمین و غیره را بسته به شرایط نصب آنتن به شمار می آورد و نمودار پرتو افکنی این اثر را در نظر دارد. در برخی کاربردها مانند آنتن کشتی و یا هواپیما، نمودارهای پرتو افکنی با توجه به انعکاس ها از سطوح فلزی موجود مانند عرشه کشتی و یا بال های هواپیما و مانند آنها تعیین می شود. بهر حال لازم است در هر نمودار پرتو افکنی شرایط موجود در اندازه گیری و یا محاسبه آن به روشنی قید شود.
نمودار پرتو افکنی آنتن فرستنده و گیرنده:
نمودار پرتو افکنی آنتن فرستنده، شیوه توزیع میدان ویا چگالی توان منتشرشده ازآنتن را در فاصله معینی
در جهات مختلف نشان می دهد.به همین ترتیب نمودار پرتوافکنی آنتن گیرنده با شدت میدان الکتریکی ویا توان دریافتی آنتن از موجی با شدت میدان و یا توان واحدی برابرمی باشد،که از جهت معینی به سوی آنتن می تابد.
.
شکل2.9: ترتیب آنتن ها در تعیین نمودار پرتو افکنی
برای اندازه گیری نمودار پرتو افکنی آنتن مورد آزمایش در حالت فرستنده آنتن را با منبع تغذیه ای با ولتاژ v تحریک می کنیم و جریان آنتن کوچک تر تعیین کننده مقدار میدان الکتریکی موج آنتن در آن نقطه است، اندازه گیری می کنیم. اکنون اگر محل منبع ولتاژ v آمپرترA را تعویض کنیم، نمودار پرتو افکنی آنتن مورد آزمایش را به صورت گیرنده اندازه گیری می کنیم. مقادیر نسبت g/v متناسب با مقدار میدان ایجاد شده در هر نقطه اندازه گیری در دو حالت مختلف است ،که آنتن مورد آزمایش به صورت فرستنده و گیرنده عمل می کند.
جهت دهندگی آنتن ها:
برای بدست آوردن نمودار پر تو افکنی آنتن، شدت میدان و یا چگالی میانگین زمانی، توان را بر روی سطح کره بزرگی به مرکز آنتن اندازه گیری می کنیم. اکنون فرض کنید که این اندازه گیری در همه نقاط بر روی سطح کروی مقدار ثابتی را بدست دهد. چنین آنتنی را آنتن دارای پخش یکسان و یا فاقد جهت دهندگی می نامیم. ساخت چنین آنتنی در عمل خالی از اشکال نیست واز اهمیت چندانی هم برخوردار نمی باشد. در بیشتر کاربردها، آنتن هایی که توان را در جهت معین و مورد نظر پخش کنند، یعنی دارای جهت دهندگی باشند،مطلوب هستند. برای مثال، در مورد رادار که پیدا کردن دقیق موقعیت هدفی مورد نظر است، از آنتنی با شعاع باریک استفاده می شود. در مورد یک فرستنده رادیویی که در مرکز شهر قرار دارد، آنتنی مورد استفاده قرار می دهیم که در صفحه افقی، پرتو زیاد و تقریبا یکنواختی داشته باشد، اما در جهت عمود بر صفحه افق پرتو آن اندک باشد. به طو رخلاصه آنتن جهت دهنده، آنتنی است که در برخی جهات بیشتر از جهات دیگر توان منتشر می کند.
پهنای شعاع و پهنای شعاع نیم توان:
نمودار پرتو افکنی آنتن هایی که نسبت طول موج کوچک هستند، غالبا تنها دارای یک شعاع اصلی است که زاویه و یا پهنای گسترده ای را در بر می گیرد. اما آنتن های بزرگ، نسبت به طول موج، غالبا دارای یک شعاع اصلی با پهنای کوچک هستند که توان پرتو افکنی در آن محدوده زیاد است و زاویه با پهنای کوچکی دارد. همچنین این آنتن ها دارای تعدادی شعاع های فرعی هستند که از نظر توان پرتوافکنی در آن نواحی، کوچک هستند. نمودار پرتوافکنی هنجار شده آنتنی عملی ،در صفحه ای ویژه، در شکل نشان داده شده است. باریکی و یا پهنای شعاع اصلی از ویژگی های مهم هر آنتن به شمار می آید، که آن را به طور کمی با مشخصه (پهنای شعاع)،مشخص می کنیم. برای پهنای شعاع معمولترین تعریف، پهنای شعاع نیم توان است. در این تعریف، زاویه بین دو نقطه شعاع را که شدت توانی برابر نصف شدت حد اکثر توان دارند، معین می کنیم و آن را پهنای شعاع نیم توان می نامیم. نظر به اینکه توان آنتن در دو انتهای این دو نقطه، 3 دسی بل از حداکثر توان آنتن کمتر است، پهنای شعاع نیم توان را پهنای شعاع 3 دسی بل هم می نامند.
در برخی موارد، زاویه بین دو نقطه با توان توان ماکزیمم را که ،10 دسی بل از توان ماکزیمم پایین تر است، به عنوان تعریف پهنای شعاع بکار می برند، که پهنای شعاع 10 دسی بل نامیده می شود.
شکل 2.10: نمودار پرتو افکنی یک آنتن عملی.
شعاع نیم توان، در کاربرد هایی مانند فرستنده-گیرنده، جهت یابی و رادار بسیار معمول است. شعاع 10 دسی بل در کاربردهایی مانند محاسبات به اشتباه انداختن رادار و جلو گیری از آن بکار گرفته می شود. پهنای صفر تا صفر که به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد از چند نظر دارای اشکالاتی است. یکی اینکه برخی از نمودارهای پرتو افکنی، اصولا صفر ندارند. دیگر اینکه تعیین نقاط کور از راه اندازه گیری کاری دشوار است و سرانجام، صفر تا صفر سرعت کاهش توان با زاویه را نشان نمی دهد و مشخص نمی کند که شعاع در چه زوایایی دارای توان کافی برای عملکرد رضایت بخش است.
شعاع های فرعی آنتن ها:
نمودار پرتو افکنی افزون بر شعاع اصلی دارای تعدادی شعاع فرعی است. دو شعاع فرعی در دو سوی شعاع اصلی را که از دیگر شعاع های فرعی آنتن بزرگتر هستند، شعاع های ( پهلوی شعاع اصلی) می نامند. شعاع فرعی که در مقابل شعاع اصلی واقع می شود شعاع عقبی نامیده می شود. شعاع های فرعی در آنتن های فرستنده، سبب به هدر رفتن توان پرتو افکنی در جهات غیر لازم می شود و در آنتن های گیرنده، موجب دریافت نشانه ها و نویز از جهات نا خواسته می شود. برای مثال، در آنتن رادار، هدف های بزرگ و یا نزدیک ناخواسته که در جهت شعاع های فرعی قرار می گیرند، ممکن است بر روی صفحه رادار ظاهر شوند و رادار را به اشتباه بیندازند. همچنین انعکاس شعاع های فرعی از زمین کار تشخیص هدف های کوچک در فاصله دور را دچار مشکلاتی می کند.
مقاومت پرتو افکنی آنتن:
در مدارهایی که آنتن را تغذیه می کنند، معمولا برای آنتن مدار معادلی را در نظر می گیریم. در این مدار معادل، توان پرتو افکنی را به صورت توان مصرفی در یک مقاومت فرض می کنیم. اندازه این مقاومت که مقاومت پر تو افکنی نامیده می شود، به گونه ای برگزیده می شود که جریان آنتن در عبور از آن توانی برابر کل توان پرتو افکنی آنتن را جذب کند. بنابراین:
کل توان پرتو افکنی آنتن، جریان موثر و ماکزیمم زمانی جریان ورودی آنتن است.توجه کنید که جریان موثر،و ماکزیمم زمانی جریان، در طول آنتن متغیر است و به این دلیل برابر قرارداد برای جریان مقدار ورودی در نظر گرفته می شود. در برخی موارد نیز حداکثر جریان در طول آنتن را برای محاسبه مقاومت پرتوافکنی بکار می گیرند.در این صورت جریان بکار گرفته شده باید به طور دقیق مشخص شود. مقاومت پرتو افکنی آنتن های عملی بین کمتر از یک اهم تا چند اهم متغیر است مقادیر کوچکتر مربوط به آنتن های فرکانس های بسیار پایین است.
امپدانس ورودی آنتن :
مدار معادل شکل (2.11) برای آنتن هایی با طول معینی است که در حال تشدید باشند. برای طول های دیگر باید امپدانس ورودی را در نظر گرفت که بخش حقیقی آن، همان مقاومت های نشان داده شده در شکل (2.11) است؛ و بخش موهومی آن، بسته به طول آنتن راکتانس خازنی و یا القایی است. برای آنتن های خطی کوتاه تر از نصف طول موج، راکتانس خازنی و برای طول های بزرگتر از نصف طول موج، راکتانس القایی است. اگر راکتانس ورودی آنتن بزرگ باشد برای برقرار کردن جریانی معین، باید ولتاژ منبع تغذیه را بالا برد. دانستن امپدانس ورودی آنتن از نظر تغذیه و تطبیق آنتن با خط تغذیه دارای اهمیت بسیاری است.
شکل2.11: مدار معادل آنتن از نظر پرتو و تلفات
سطح موثر یا سطح گیرنده آنتن ها:
با اینکه هم در آنتن فرستنده و هم در آنتن گیرنده، تابع جهت دهندگی، چگونگی پرتو افکنی و دریافت امواج را معین می کند، گاهی برای تعیین توان آنتن گیرنده، از سطح موثر و یا سطح گیرنده آنتن استفاده می شود. برای تعریف سطح موثر فرض کنید فرستنده ای که در فاصله دوری قرار گرفته است توان پرتو افکنی P وات بر متر مربع، درمحل یک آنتن گیرنده ایجاد کند و کل توان دریافتی آنتن گیرنده در حالت پلاریزاسیون مناسب و تطابق کامل آن با بار،w وات باشد. در این صورت، سطح موثر آنتن گیرنده به صورت رابطه زیر تعریف می شود: همانگونه که انتظار می رود سطح موثر با سطح فیزیکی آنتن ارتباط دارد، اما الزاما با آن برابر نیست. در آنتن هایی که ضریب جهت دهندگی بزرگ دارند، سطح موثر در حدود سطح فیزیکی است. در آنتن هایی که ضریب جهت دهندگی بسیار کوچک دارند، سطح موثر از سطح فیزیکی بسیار بزرگتر است. این نکته بدین معناست که این آنتن ها می توانند توان پرتو تابیده شده بر روی سطحی بزرگتر از سطح فیزیکی خود را جذب کنند. برای روشن کردن این مطلب آنتن گیرنده ای که برابر شکل (2.12الف) به باری متصل است در نظر بگیرید. مدار معادل تونن این آنتن نیز در شکل(2.12ب)نشان داده شده است.
شکل2.12: آنتن متصل به بار و مدار معادل تونن آن؛ الف: آنتن ب: مدار معادل
V مقدار موثر ولتاژ در آنتن است. امپدانس آنتن در حالت مدار بار ( امپدانس معادل تونن)و امپدانس بار در محل اتصال به آنتن است.
طول موثر آنتن:
طول موثر برای همه آنتن ها تعریف می شود ومعیاری از موثر بودن آنتن در حالت فرستنده و یا گیرنده است. برای تعریف طول موثر در مورد آنتن فرستنده یک آنتن خطی به طول ,L برابر شکل (2.13) در نظر بگیرید.
شکل2.13:آنتن خطی به طول در این شکل جریان ورودی در منطقه تغذیه z=0 برابر در نظر گرفته شده است و در انتهای آن صفر می شود. طول موثر این آنتن به عنوان آنتن فرستنده برابر طول یک آنتن خطی فرضی است که جریان همه نقاط آن باشد و در صفحه افق ( صفحه عمود بر طول آنتن در z=0) شدت میدان آن و آنتن اصلی برابر باشند. به این منظور لازم است رابطه زیر بر قرار باشد:
و یا؛
برای تعریف طول موثر در آنتن گیرنده Leff,rec، فرض کنید که آنتن در یک میدان الکترومغناطیسی با میدان الکتریکی E ولت بر متر، در جهت طول آنتن قراردارد و در آن ولتاژ بار القا می شود. طول موثر برای گیرنده را به صورت زیر تعریف می کنیم.
پهنای نوار فرکانس آنتن ها:
غالب آنتن ها مانند دیگر وسایل مخابراتی تنها روی پهنای نوار فرکانس محدودی، به گونه ای رضایت بخش کار می کنند که پهنای نوار آنها نامیده می شود. مفهوم پهنای نوار فرکانس را در تقویت کننده های الکترونیکی دیده ایم. مثلا یک تقویت کننده صوتی با کیفیت خوب که همه فرکانس های از 20 هرتز تا 20 کیلو هرتز را تقویت می کند، به گونه ای که ضریب تقویت در کناره باند، تنها 3 دسی بل کمتر از ضریب تقویت در وسط نوار باشد، پهنای نوار فرکانس 3 دسی بل برابر 98/19 کیلو هرتز دارد.
آنتن فرستنده تلویزیون سیاه و سفید باید پهنای نواری در حدود 5/5 مگاهرتز داشته باشد، زیرا نشانه های صوتی و تصویری وجود، نوار فرکانسی در این حدود را اشغال می کنند. به همین ترتیب، آنتن گیرنده تلویزیون باید پهنای نوار فرکانس گسترده تری داشته باشد تا بتواند همه کانال های موجود را دریافت کند.
غالبا برای مشخص کردن پهنای نوار فرکانس آنتن ها، اختلاف حداکثر و حداقل فرکانس کار آنتن ها را بر فرکانس میانی باند تقسیم می کنند. و به صورت درصد نمایش می دهند. برای مثال، یک آنتن VHF که برای کار از فرکانس 195تا 205 مگاهرتز طراحی شده است. دارای پهنای نوار فرکانس 5% می باشد که پهنای نسبتا کوچکی به شمار می آید.
در بسیاری از کاربردها، نیاز به پهنای نوار گسترده تری وجود دارد. در این موارد معمولا نسبت بالاترین به پایین ترین فرکانس کار را برای مشخص کردن پهنای نوار فرکانس بکار می برند. با طراحی درست، آنتن هایی با پهنای نوار فرکانس بکار می برند. با طراحی درست، آنتن هایی با پهنای نوار فرکانس 20 به 1 به آسانی قابل ساخت است و حتی پهنای نوار 100 به 1 نیز امکان پذیر است پارامترهای این آنتن ها، با فرکانس تغییر نمی کنند و به همین دلیل، آنها را آنتن مستقل از فرکانس می نامند.
آنتن ها دارای پارامتر های بسیاری هستند که هر یک از آنها در پهنای نوار فرکانس، دارای تغییراتی می باشند به همین دلیل، لازم است قید شود که ضریب جهت دهندگی و یا نمودار پرتو افکنی مشخص می کنند، به این معنی که در پهنای باند این پارامترها تغییرات محدودی داشته باشند. پهنای نوار 3 دسی بل در تقویت کننده های الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد در آنتن ها نیز معمولی می باشد.
پلاریزاسیون آنتن ها:
منظور از پلاریزاسیون، جهت میدان الکتریکی موج است که توسط آنتن منتشر می شود و یکی از پارامتر های آنتن به شمار می آید. ساده ترین پلاریزاسیون، خطی است که در هر نقطه مکان هندسی نوک بردار میدان الکتریکی موج در زمان های مختلف، در امتداد خط مستقیمی می باشند. پلاریزاسیون های مهم دیگر، دایره ای و بیضوی هستند که در آن ها و بردار میدان الکتریکی به ترتیب درامتداد خطی واقع می باشند که مرکز دایره و یا بیضی را به نقطه ای بر روی محیط آن ها وصل می کند و با سرعت w ( فرکانس زاویه ای موج) در گردش است.
پلاریزاسیون خطی:
پلاریزاسیون خطی، معمولترین نوع پلاریزاسیون است. آنتن های خطی و روزنه ای، به طور طبیعی این نوع پلاریزاسیون را ایجاد می کند.
در آنتن های خطی، جهت میدان الکتریکی ایجاد شده در صفحه ای که از وسط آنتن و عمود بر آن می گذرد، در امتداد طول آنتن است. بنابراین آنتن های خطی که عمود بر سطح زمین نصب می شوند، دارای پلاریزاسیون خطی موازی هستند. گزینش بین پلاریزاسیون خطی عمودی و موازی، گاهی به علت ضرورت، گاهی بر اساس امتیازات فنی و برخی اوقات هم صرفا به منظور رعایت استاندارد، معمول است.
برای مثال فرکانس های بسیار پایین، از آنتن های خطی استفاده می شود که نسبت به طول موج، بسیار کوچک هستند و نسبت به طول موج در ارتفاع اندکی از زمین قرار می گیرند. در این موارد، استفاده از پلاریزاسیون خطی مواز ی غیر ممکن است و باید از پلاریزاسیون خطی عمودی استفاده شود.
دلیل این امر با توجه به جهت تصاویر جریان ها در سطح هادی زمین روشن می شود که در فصل اول مورد بحث قرار گرفت. در آنتن موازی با سطح زمین، جریان تصویر در جهت عکس جریان آنتن است و چون فاصله بین آنتن و تصویر نسبت به طول موج کوچک است، امواج ناشی از آنتن تصویر یکدیگر را حذف می کنند و توان قابل ملاحظه ای منتشر نمی شود.
در آنتن خطی عمودی، جریان آنتن و تصویر هم جهت هستند و میدان های آنها با هم جمع می شوند. به این دلیل، در همه آنتن های دارای فرکانس های کمتر از 1500کیلو هرتز یعنی آنتن های امواج بسیار بلند و متوسط از پلاریزاسیون خطی عمودی استفاده می شود.
از سوی دیگر، در این محدوده فرکانس، پلاریزاسیون موازی دارای ویژگی های انتشار بهتر است وتلفات کمتری در زمین دارد. با توجه به این نکته، در بیشتر کشورهای جهان در این نوار فرکانس، پلاریزاسیون نواری برگزیده است.در فرکانس های میکرو موج ( بالاتر از 1 گیگا هرتز)، اختلاف قابل ملاحظه ای بین ویژگی های انتشار دو پلاریزاسیون خطی وجود ندارد و هر دوپلاریزاسیون مورد استفاد
دانلود مقاله آنتن