چکیده
در این مقاله نحوه جهت دهی آنتن های انعکاسی با استفاده از آنتن های آرایه ای خطی مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده می شود که با استفاده از آنتن آرایه ای خطی به عنوان تغذیه آنتن های انعکاسی می توان الگوی تشعشعی کلی آنتن انعکاسی را در جهت های گوناگون چرخاند بدون آنکه نیاز باشد مجموعه آنتن به طور کلی چرخانده شود. اگرچه این ایده در پاره ای موارد به طور سنتی به کار گرفته می شود اما اثبات این ایده با استفاده از روابط ریاضی از اهمیت بالایی برخوردار است، که با استفاده از نتایج تحلیلی این ایده را اثبات کرده ایم. کاربرد مهم این ایده در آنتن های عظیم الجثه بسیار مشهود هست جایی که تغییر جهت انتشار امواج الکترو مغناطیسی با چرخش کلی آنتن صورت می گیرد، همچنین به کار گیری این طرح در رادار های نظامی، استتار رادار را به مراتب ساده تر خواهد کرد.
واژه های کلیدی : جهت دهی آنتن های انعکاسی، آنتن آرایه ای خطی، شکل دهی الگوی تشعشعی
-۱ مقدمه
یکی از انواع آنتن های مرسوم و پرکاربرد در صنایع مختلف نظامی، هوافضا، مخابرات، آنتن های انعکاسی می باشد که در انواع و اندازه های مختلف کاربرد دارد. در جنگ جهانی دوم ظهور چنین آنتن هایی رو به فزونی گرفت، از این رو برای کارایی بهتر روز به روز بهینه تر شدند. در چنین آنتن هایی در اغلب موارد نیاز است فضای دسترسی و یا محیطی را که جهت انتشار تحت پوشش قرار می دهد بیشتر شود، از این رو چنین آنتن هایی با
استفاده از موتورهای گردان انتشار امواج در جهت های گوناگون صورت می گیرد. چنین طرحی باعث حجیم شدن آنتن، گران تر شدن، و مشکلات مکانیکی می گردد. یک روش جایگزین استفاده از ایده آنتن آرایه ای فاز شده برای جهت دهی پرتو به صورت الکترونیکی است. در ایده فوق به جای تغذیه با آنتن های شیپوری مرسوم از آنتن های آرایه ای فاز شده استفاده می شود، که بتوان بدون تغییرات مکانیکی جهت انتشار امواج را تغییر داد. این باعث می شود، علاوه بر حل مشکلات مذکور سرعت جاروب و شکل دهی پرتو آنتن بهبود قابل توجهی یابد. ویژگی آنتن های
۱۹۰۴
آرایه ای فاز شده در این است که با توجه با ساختار آن که در اینجا از آرایه خطی استفاده شده است می توان با تغییر در دامنه و فاز آنتن جهت پرتو کلی را تغییر داد که این باعث تغییر در جهت انتشار کلی آنتن انعکاسی می شود.
چنین ایده ای در [۱] به صورت تقریبی و با استفاده از شبیه سازی عددی مطالعه شده است. اگر چه کارایی این تکنیک به صورت جامع و تحلیلی مورد مطالعه قرار نگرفته است.
در این مقاله، ایده استفاده از آرایه فاز شده در تغذیه آنتن های انعکاسی سهمی شکل به صورت جامع و تحلیلی مورد مطالعه قرار می گیرد. در اینجا، بدون کاستن از عمومیت قضیه مطالعه در یک فضای دو بعدی انجام می شود به طوری که می توان به راحتی روابط تحلیلی به دست آمده به سه بعد تعمیم داد. نتایج نشان می دهد چگونه این ایده یا اقتباس از تکنیک جابه جایی و چرخش تغذیه یک آنتن شیپوری شکل گرفته و کارایی عملی لازم را خواهد داشت.
پیکر بندی این مقاله بدین منوال است: در فصل ۲ ساختار اساسی آنتن های انعکاسی مورد مطالعه قرار می گیرد. سپس در فصل ۳، روابط ریاضی برای میدان های الکتریکی ناشی از یک آنتن انعکاسی، و در فصل ۴روابط ریاضی برای میدان های الکتریکی ناشی از آنتن انعکاسی با تغذیه جابه جا شده بدست می آید. در فصل ۵ استفاده از آنتن آرایه ای در آنتن انعکاسی و فصل ۶ نتایج تحلیلی استفاده از آنتن آرایه ای و مقایسه حالت های مختلف مورد بررسی قرار میگرد و در فصل ۷ نتیجه گیری از مباحث مطرح شده خواهد شد.
-۲ ساختار اولیه آنتن های انعکاسی
آنتن های انعکاسی از دو بخش اصلی تشکیل شده است که عبارتند از منعکس کننده و بخش تغذیه، که در تغذیه معمولا از
آنتن های شیپوری استفاده شده است و منعکس کننده ها انواع و شکل های گوناگونی دارند که در اینجا از منعکس کننده بیضوی استفاده می شود.
سپس آنتن شیپوری برای تغذیه در کانون آنتن انعکاسی قرار می گیرد تا الگوی انتشاری بیشترین بهره را داشته و از طرفی متقارن باشد.
شکل((۱ ساختار آنتن انعکاسی را به نمایش می گذارد. همانگونه که در شکل مشاهده می شود تغذیه در کانون منعکس کننده قرار گرفته و در نتیجه بر اساس قوانین فیزیک نور پرتو های برخورد شده به طور موازی با محور z بازتاب خواهند داشت.
شکل(:(۱ هندسه سه بعدی آنتن انعکاسی بیضوی[۲]
-۳ روابط میدان الکتریکی آنتن انعکاسی
در این مقاله از روش توزیع روزنه، برای محاسبه میدان های الکتریکی استفاده خواهیم کرد. زیرا محاسبه انتگرال ها حول صفحه روزنه را، برای الگو های تغذیه متفاوت به نسبت دیگر روش ها ساده تر می کند.
۱۹۰۵
اگر چنانچه منبع قطبی شده- y با تابع بهره ( ‘ G f ( ‘ ,را در نقطه کانونی آنتن انعکاسی قرار دهیم چگالی انتشار این منبع عبارت است از:
G f ( ‘ ,’ ) P u( ‘ ,’ )
(۱) t
4
که Pt توان تابش شده کلی است. میدان الکتریکی تابشی در جهت عمود بر فاصله شعاعی به صورت زیر خواهد بود:
