آرایه های فازی به آرایه هایی اطلاق می شود که راستای بیم اصلی یا شکل پرتو آن توسط فاز نسبی جریان تحریک عناصر کنترل شود، البته می توان با تغییر دامنه جریان تحریک عناصر نیز جهت بیم اصلی را عوض کرد. اسکن بیم تشعشعی به صورت الکترونیکی و با استفاده از شیفت دهنده های فازی از سرعت و دقت بالاتری نسبت به اسکن مکانیکی بیم برخوردار می باشد.

به دلیل کوپلینگ متقابل میان المان ها، تشعشع از المان های آنتن در یک آرایه به حالتی که به صورت مجزا تشعشع می کند فرق دارد. المان های مرکزی محیط متفاوتی نسبت به المان های کناری را تجربه کرده و بنابراین توزیع های جریان متفاوتی نسبت به یکدیگر دارند که به صورت تابعی از فرکانس و زاویه اسکن تغییر می کند. در این شرایط اگر فاصله میان المان ها زیاد شود (مثلا اگر فاصله میان المان ها ^ باشد) اثرات کوپلینگ متقابل قابل صرفنظر خواهد بود. ولی در جداسازی معمول که المان ها به فاصله 2/^ از یکدیگر قرار گرفته اند اثرات کوپلینگ متقابل قابل ملاحظه خواهد بود. در این حالت رویه تعیین توزیع جریان بسیار مشکل شده و معمولا نیاز به حل تعداد زیادی انتگرال به طور همزمان یا معادلات دیفرانسیل انتگرالی می باشد که تنها برای موارد ایده آل معینی حل شده است.

در این پایان نامه ابتدا کوپلینگ متقابل در آرایه ها، تئوری فراکتال و علت استفاده از فراکتال مورد بررسی قرار گرفته و سپس روشی برای کاهش اثرات کوپلینگ متقابل با استفاده از المان های فراکتالی و المان های پاراستیک بیان می شود. که بدین منظور یک آرایه پچ میکرواستریپی با المان های فراکتالی و المان های کناری به عنوان المان های پاراستیک طراحی و با استفاده از نرم افزار Ansoft designer شبیه سازی شده و با نتایج یک آرایه پچ میکرواستریپی با المان های مستطیلی مقایسه شده و نشان داده می شود که با بکار بردن المان های فراکتالی و المان های پاراستیک کوپلینگ متقابل بین المان های آرایه کاهش می یابد.

مقدمه

آرایه های فازی به آرایه هایی اطلاق می شود که راستای بیم اصلی یات شکل پرتو آن توسط فاز نسبی جریان تحریک عناصر کنترل شود. البته می توان با تغییر دامنه جریان تحریک عناصر نیز جهت بیم اصلی را عوض کرد. معمولا رادارهای آرایه فازی یک روزنه ^50*^50 دارند که این روزنه یک بیم مدادی شکل 1 درجه می دهد. اگر هزینه ساخت محدودیت ایجاد نکند روزنه را با 10000 المان پر می کنند که به فاصله 2/^ از یکدیگر قرار گرفته اند. و اگر هزینه ها محدودیت ایجاد کند باید روزنه را با تعداد مشخصی از المان ها پر کرد. در کاربردهای نجوم و اخترشناسی برای ایجاد قدرت تفکیک فضایی بالا طول آرایه فازی به چندین ده کیلومتر می رسد که با خطوط انتقال با تلفات پایین مثل کابل های کواکسیال، فیبرهای نوری و موجبرهای بزرگ به یکدیگر وصل شده اند. قدرت تفکیک فضایی در این آرایه ها به یک آرک ثانیه و یا حتی کمتر از این می رسد که با دقت فضایی به دست آمده از تلسکوپ های نوری قابل مقایسه می باشد.

هر آنتن دارای یک امپدانس معادل در پایانه اتصال آن به منبع تحریک است که امپدانس نقطه تحریک خوانده می شود. حال اگر آنتن در یک محیط نامحدود و در حضور المان های تشعشعی دیگر تشعشع کند امپدانس نقطه تحریک همان امپدانس خودی آنتن است که معمولا به دلیل وجود زمین اثر آن باید در نظر گرفته شود. امپدانس نقطه تحریک دارای یک بخش حقیقی و یک بخش موهومی است که در بررسی میدان دور از اثر موهومی صرفنظر می شود. امپدانس آنتن بستگی به عوامل زیادی مثل فرکانس کار، شکل آنتن، روش تحریک و مجاورت با المان های دیگر دارد. امپدانس آنتن همان نسبت میدان الکتریکی به میدان مغناطیسی است که در پایانه یک آنتن به صورت نسبت ولتاژ به جریان پایانه تعریف می شود. امپدانس متقابل هر المان نسبت به هر المان دیگری که در آرایه قرار گرفته است به صورت نسبت ولتاژ در آن المان به جریانی که در المان دیگر وجود دارد تعریف می شود به شرطی که پایانه المان اول اتصال باز باشد یعنی جریانی از آن نگذرد.

رویه مشخص محاسبه پترن تشعشعی آنتن های آرایه فازی بدین شرح است که پترن های تشعشعی المان های منفرد را با هو جمع می کنند. وقتی همه المان ها یکسان باشند پترن کل آرایه عبارتست از حاصلضرب فاکتور المان در فاکتور آرایه. فاکتور آرایه با جمع مستقیم یا در شبکه های پریودیک با تبدیل فوریه سریع (FFT) محاسبه می شود. این نشان می دهد که عملکرد تشعشعی آرایه ارتباط مستقیم با عملکرد المان های منفرد دارد. فاکتور المان باید محاسبه یا اندازه گیری شود و بستگی به طراحی فیزیکی تشعشع کننده و همچنین کوپلینک متقابل میان تشعشع کننده ها دارد. المان های لبه آرایه، فاکتور المان متفاوتی نسبت به المان های مرکزی دارند. بنابراین رفتار متفاوتی نسبت به حالتی دارند که به صورت مجزا تشعشع می کنند. به طور معمول هر المان باید طوری طراحی شود که امپدانس آن تطبیق قابل قبولی را در پهلو آتش داشته باشد اما به دلیل کوپلینگ متقابل میان المان ها عدم تطبیق به وجود می آید. عدم تطبیق، عملکرد منابع تحریک یا دریافت کننده ها را دچار اختلال می کند که باعث ایجاد انعکاسات چندتایی و ایجاد بیم های مصنوعی می کند. پس مطلوبست که عملکرد تشعشعی المان در آرایه مشخص شود. در این صورت فاکتور المان اکتیو به جای فاکتور المان مورد بررسی قرار می گیرد که تابعی از زاویه مشاهده شده (&,0) و زاویه اسکن (&,0) می باشد.

در آرایه های کوچک کوپلینک متقابل به دو صورت معرفی می شود: (1) تغییر امپدانس اکتیو و عدم تطبیق میان المان ها و مدارات تغذیه. (2) اعوجاج پترن المان اکتیو آرایه. که این تغییرات نیز به نوبه خود به دو صورت بر سیستم آنتن اثر می گذارند: (i) تغییر دامنه و فاز در روزنه تشعشعی آنتن یعنی توزیع دامنه و فاز میدان تشعشعی به طور مستقیم با دامنه و فاز جریان تحریک در المان ها متناسب نیست. (ii) پترن تشعشعی میدان دور آنتن از حاصلضرب فاکتور المان در فاکتور آرایه به دست نمی آید. این اثرات باعث می شوند تا خواص تشعشعی مطلوب مثل SLL پایین و اسکن بیم در جهات مورد نظر به دست آورده نشوند. روش های مختلفی برای کاهش و یا جبرانسازی اثر کوپلینگ در آنتن های آرایه ای کوچک بکار گرفته شده است. به عنوان نمونه در روش جبرانسازی اثر کوپلینک متقابل با به دست آوردن خطای پترن، ابتدا خطای به وجود آمده در پترن المان آرایه محاسبه گشته و سپس با اعمال ضرایب مناسب، خطا تصحیح شده و کوپلینگ متقابل جبرانسازی می شود. روش دیگر جبرانسازی اثر کوپلینگ متقابل با استفاده از مفهوم پترن المان اکتیو می باشد، که در این روش جبرانسازی براساس محاسبه ضرایب کوپلینگ و تشکیل ماتریس کوپلینگ می باشد. بدین منظور ابتدا ضرایب کوپلنیگ متقابل بین المانهای آرایه به دست می آید و سپس با توجه به روابط مشخص می شود که چه ضرایبی (دامنه و فازی) باید به هر المان اعمال شود تا جبرانسازی صورت گیرد. روش دیگری که برای کاهش کوپلینگ متقابل در آرایه ها به کار می رود استفاده از تئوری فراکتال می باشد که روش پیشنهاد شده برای کاهش کوپلینگ متقابل در این پایان نامه استفاده از المان های فراکتالی به جالی المان های مستطیلی می باشد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.