برای توصیف عملکرد آنتن تعریف برخی پارامترهای آنتن الزامی است. مهم ترین این پارامترها عبارت است از فرکانس عملکرد ، پهنای باند، الگوی تشعشعی ، جهت دهندگی، بهره، امپدانس ورودی و غیره.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

پهنای باند^[۱۶] فرکانسی

پهنای باند فرکانسی آنتن(BW ) محدوده فرکانسی است که در آن عملکرد آنتن نسبت به برخی خواص مطابق با استانداردهای لازم باشد. پهنای باند را می توان محدوده فرکانسی در دو طرف فرکانس مرکزی در نظر گرفت که حول آن فرکانس مرکزی، مقدار قابل قبولی برای آن پارامتر وجود داشته باشد. در کاربرد های راداری عموماً لازم است که تلفات بازگشتی^[۱۷] آنتن در پهنای باند فرکانسی کمتر از dB 10- باشد. پهنای باند آنتن به دو صورت می تواند تعریف شود. پهنای باند مطلق ( ABW) و پهنای باند نسبی (RBW ) . اگر f_H وf_L به عنوان فرکانس قطع بالا و فرکانس قطع پایین تعریف شود، پهنای باند مطلق عبارت است از تفاوت دو فرکانس قطع. در حالیکه پهنای باند نسبی به صورت درصد تفاوت دو فرکانس قطع نسبت به فرکانس مرکزی تعریف می شود. بنابراین این دو پارامتر بصورت زیر تعریف می گردند:
(۱.۲)
(۲.۲)
برای برخی آنتن ها، پهنای باند همچنین می تواند بصورت نسبت فرکانس قطع بالا به فرکانس قطع پایین به صورت زیر تعریف گردد.
(۳.۲)

الگوی تشعشعی^[۱۸]

الگوی تشعشعی (یا الگوی آنتن) بیان کردن ویژگی های تشعشعی آنتن طبق توابع مختصات سه بعدی است. در مورد آنتن ها می توان گفت میدان های دور^[۱۹] آنتن ، منطقه ای است که توزیع زاویه ای توان تشعشعی به فاصله بستگی ندارد. الگوی آنتن، میدان نرمالیزه شده به حد اکثر را توصیف می کند. خواص تشعشعی ، تابع توزیع فضایی انرژی تشعشعی به صورت دو بعدی و یا سه بعدی است که نسبت به موضع مرجع سنجیده می شود. در عمل الگوی سه بعدی آنتن در بسیاری از موارد مورد نیاز است و گاهی به جای آن یک سری الگوهای دو بعدی استفاده می گردد. در عمده کاربردهای عملی ، نمودار تابع بر حسب φ و θ برای برخی فرکانس های مشخص داده میشود که اطلاعات کافی را در مورد نحوه تشعشع آنتن در اختیار ما قرار میدهد.
برای یک آنتن با قطبیدگی خطی عملکرد آنتن ها عموماً با دو مؤلفه صفحه E و صفحه H سنجیده می شود. صفحه E صفحه ای است که حاوی بردارهای میدان الکتریکی و در جهت حداکثر تشعشع و صفحه H صفحه ای است که بردارهای میدان مغناطیسی و در جهت حداکثر تشعشع در آن قرار دارند.]۱۱[
برای عمده آنتن ها سه نوع الگوی تشعشعی به صورت زیر تعریف می شود.
الف- همه جهته^[۲۰]: یک آنتن بی تلف فرضی که در تمامی جهات به یک میزان تشعشع می کند. این آنتن تحقق خارجی ندارد و عمدتاً به عنوان یک آنتن ایده آل برای مقیاس سنجش میزان جهت دهندگی آنتن ها به کار می رود.
ب- جهت دار^[۲۱]: آنتنی که دریافت و یا ارسال امواج الکترومغناطیسی در آن در برخی جهات خیلی موثرتر از بعضی جهات دیگر است. در اصطلاح به آنتنی جهت دار گویندکه میزان بیشینه جهت دهندگی آن خیلی بیشتر از یک آنتن دو قطبی استاندارد باشد.
ج- نیمه جهتی^[۲۲]: آنتنی که در یک صفحه، الگوی تشعشعی غیر جهت دار داشته و در سایر صفحات عمود بر آن دارای الگوی جهت دار باشد.

جهت دهندگی^[۲۳] ، بهره^[۲۴] و پلاریزاسیون

برای توصیف خواص الگوی تشعشعی آنتن پارامتر D به کار می رود. این پارامتر بصورت نسبت بین شدت تشعشع U در یک جهت مشخص به یک منبع ایزوتروپیک تعریف می شود. برای یک منبع ایزوتروپیک شدت منبع U₀برابر است با نسبت توان تشعشعی کل P_rad به π۴ . بنابر این جهت دهندگی بصورت زیر محاسبه می گردد.
(۴.۲)
که در آن U شدت تشعشع در یک جهت مشخص است. در صورتی که U حد اکثر مقدار خود را داشته باشد میزان جهت دهندگی بیشینه می گردد. بهره آنتنG با جهت دهندگی ارتباط تنگاتنگ دارد. با در نظر گرفتن بازده تشعشعی e_rad رابطه بین بهره و جهت دهندگی آنتن بصورت زیر در می آید:
(۵.۲)G = e_rad D

شکل ‏۲‑۲: مدار معادل آنتن
شکل۲-۲مدار معادل یک آنتن را تصویر می کند که در آن R_r، R_L،L و Cبه ترتیب مقاومتتشعشی ، مقاومت تلفی ، مقدار اندوکتانس و ظرفیت خازنی است. بازده تشعشعی e_radبه صورت نسبت توان رسیده به مقاومت تشعشعی به مجموع توان رسیده بهR_L و R_rاست و به صورت زیر تعریف می شود.
(۶.۲)
بعنوان نمونه از یک آنتن ، دو قطبی کوچک ( دو قطبی هرتز ) معرفی میگردد. دو قطبی هرتز دو قطبی است که طول dl بسیار کمتر از طول موج تحریک شده باشد. (dl << λ ) یا ( dl < λ/۵۰ ) . علاوه بر این می بایستی شعاع سیمa بسیار کمتر از طول موج λ باشد. همانطور که در شکل ۲-۳ نشان داده شده است یک سیم کوچک خطی در مبدا مختصات در راستای z به صورت متقارن قرار داده شده است.

شکل ‏۲‑۳ : دو قطبی هرتز
دو قطبی بسیار کوچک معادل یک المان جریان Idl است. از آنجایی که این سیم خیلی کوتاه است جریان نیز در طول آن ثابت فرض می شود. با اینکه دو قطبی بسیار کوچک خیلی عملی نیست ولی این المان برای طراحی ساختارهای پیچیده تری به کار می رود. حال به محاسبه برخی پارامترهای مهم این آنتن می پردازیم.
الف : میدان تشعشعی : برای یافتن میدان های تشعشعی بوسیله یک المان لازم است تا بردار پتانسیل مغناطیسیAیا بردار پتانسیل مغناطیسی Fمشخص گردد. از آنجا که برای دوقطبی هرتز تنها جریان الکتریکی داریم، می توانیم بنویسیم:]۱۲[
(۲.۷)
درمختصات کروی معادله بالا بصورت زیر در می آید:
(۸.۲)
(۹.۲)
(۱۰.۲)Aφ = ۰
با توجه به معادله ماکسول و رابطه میان A و H داریم:
(۱۱.۲)
(۱۲.۲)
با جایگذاری در معادلات ماکسول بدست می آید:
(۱۳.۲)
(۱۴.۲)
(۱۵.۲)
برای میدانهای دور kr>> 1 میدانهای E و H بصورت زیر ساده سازی و تقریب زده می شوند.
(۱۶.۲)
(۱۷.۲)
امپدانس موج Z_w بصورت نسبت E_θ و H_Φ طبق فرمول زیر بدست می آید.
(۱۸.۲)
این مقدار برای محیط آزاد برابر π۱۲۰ یعنی حدود ۳۷۷ اهم می باشد.
در منطقه دور از آنتن میدان های E و H عمود بر جهت انتشار موج و بر هم نیز عمودند و تغییرات r از تغییرات θ و φ قابل تفکیک هستند. شکل کلی الگوی تشعشعی آنتن تابعی از فاصله r نیست بنابراین میدان تشعشعی از نوع TEM با امپدانس برابر امپدانس ذاتی موج در محیط پیرامون آنتن است.
ب : مقاومت تشعشعی]۱۲[: برای یک آنتن بی تلف در فرکانس رزونانس ، قسمت حقیقی امپدانس ورودی آنتن همان مقاومت تشعشعی آنتن است.با انتگرال گیری بردار پوینتینگ ^[۲۵]روی یک صفحه بسته پیرامون آنتن توان تشعشعی کل از منبع محاسبه می گردد و این توان با مقاومت تشعشعی رابطه مستقیم دارد.مثلا برای دایپل کوتاه داریم :
(۱۹.۲)
(۲۰.۲)
بنابراین مقاومت تشعشعی وابسته به طول المان نسبت به طول موج است.