no-img
سیستم همکاری در خرید و فروش فایل نگزاوار

اصول طراحی آنتنهای حلقوی- آنتن حلقوی - آنتهای حلقوی کوچک - آنتهای یاگی یودا-

help

سوالی دارید؟09369254329

سیستم همکاری در خرید و فروش فایل نگزاوار
بهترین ها از دید دانش آموزان
آشنایی با سیستم خرید،فروش و بازاریابی نِگزاوار

گزارش خرابی لینک
اطلاعات را وارد کنید .

ادامه مطلب

اصول طراحی آنتنهای حلقوی- آنتن حلقوی – آنتهای حلقوی کوچک – آنتهای یاگی یودا-
zip
بهمن ۱۳, ۱۳۹۵

اصول طراحی آنتنهای حلقوی- آنتن حلقوی – آنتهای حلقوی کوچک – آنتهای یاگی یودا-


اصول طراحی آنتنهای حلقوی- آنتن حلقوی - آنتهای حلقوی کوچک - آنتهای یاگی یودا-

پروژه رشته مهندسی برق در ۸۹ صفحه
[tabgroup][tab title=”مقدمه” icon=”fa-pencil-square-o”]ز آغاز تمدن بشری مخابرات اهمیت اساسی را برای جوامع انسانها داشته است . در مراحل اولیه مخابرات توسط امواج صوتی از طریق صدا صورت می گرفت . با افزایش مسافات لازم برای مخابرات ابزارهای مختلفی مانند طبلها ، بوقها و غیره ارائه شدند .

برای مسافات طولانیتر روشها و وسائل ارتباطات بصری مانند پرچمهای خبری و علائم دودی در روز و آتش در شب به کار برده شدند .

البته ابزارهای مخابراتی نوری از قسمت مرئی طیف الکترومغناطیسی استفاده میکنند. تنها در تاریخ اخیر بشر است که طیف الکترومغناطیسی خارج از ناحیه مرئی برای ارتباطات راه دور از طریق امواج رادیوئی به کار برده شده است .

آنتن رادیوئی یک قطعه اساسی در هر سیستم رادیوئی می باشد . یک آنتن رادیوئی یک ابزاری است که امکان تشعشع یا دریافت امواج رادیوئی را فراهم می سازد .

به عبارت دیگر ، یک آنتن یک موج هدایت شده روی یک خط انتقال را به یک موج فضای آزاد در حالت ارسال و برعکس در حالت دریافت تبدیل می کند . بنابراین ، اطلاعات می تواند بدون هیچ گونه ساختار و وسیله واسطه ای بین نقاط و محلهای مختلف انتقال یابد .

فرکانسهای ممکن امواج الکترومغناطیسی حامل این اطلاعات طیف الکترومغناطیسی را تشکیل می دهد .

باند فرکانسهای رادیوئی در ضمیمه ارائه شده اند . یکی از بزرگترین منابع انسان طیف الکترومغناطیسی است و آنتنها در استفاده از این منبع طبیعی نقش اساسی را ایفاء کرده اند . یک تاریخ مختصر تکنولوژی آنتنها بحثی از کاربردهای آنها ذیلاً ارائه می شود .

مبنای نظری آنتها بر معادلات ماکسول استوار است . جیمز کلارک ماکسول(۱۸۳۱ ۱۸۷۹ ) در سال ۱۸۶۴ در حضور انجمن سلطنتی انگلستان نظریه خود را ارائه داد مبنی بر اینکه نور و امواج الکترومغناطیسی پدیده های فیزیک یکسانی هستند .

همچنین پیش بینی کرد که نور و اختلالات الکترومغناطیسی را می توان بصورت امواج رونده دارای سرعت برابر توجیه کرد .

فیزیکدان آلمانی هاینریش هرتزگ(۱۸۵۷ ۱۸۹۷) در سال ۱۸۸۶ توانست صدق ادعاو پیش بینی ماکسول را مبنی بر اینکه کنشها و پدیده های الکترومغناطیسی می توانند در هوا منتشر شوند ، نشان دهد .

هرتز کشف کرد که اختلالات الکتریکی می توان توسط یک مدار ثانویه با ابعاد مناسب برای حالت تشدید و دارای یک شکاف هوا برای ایجاد جرقه آشکار کرد .

منبع اولیه اختلالات الکتریکی مورد بررسی هرتز شامل دو ورق هم صفحه بود که هر ورق با یک سیم به یک سیم پیچ القائی وصل می شد .

این اولین آنتن مشابه آنتن دو قطبی ورق خازنی مورد بحث در بخش ۲-۱ می باشد . هرتز آنتهای دو قطبی و حلقوی و نیز آنتهای انعکاسی سهموی استوانه ای نسبتاً پیچیده ای را دارای دو قطبیهائی در امتداد خط کانونی شان بعنوان تغذیه ساخت .

مهندس برق ایتالیایی گوگلیلمو مارکونی نیز یک استوانه سهموی میکروویو در طول موج ۲۳ سانتیمتر را برای انتقال کد اولیه اش ساخت . ولی کارهای بعدیش برای حصول برد مخابراتی بهتر در طول موجهای بلندتر بود .

برای اولین مخابرات رادیوئی در ماورای اقیانوس اطلس در سال ۱۹۰۱ آنتن فرستنده شامل یک فرستنده جرقه ای بود که بین زمین و یک سیستم شامل ۵۰ عدد سیم قائم متصل می شد .

سیم ها از هم باز شده و توسط یک سیم افقی متصل به دو دکل نگه داشته می شد . آنتن گیرنده توسط بالونهائی آویزان می شدند . مارکونی اهمیت مرتفع کردن آنتها را در این فرکانسهای پائین در حدود ۶۰ کیلوهرتز درک می کرد .

فیزیکدان روسی الکساندر پوپوف (۱۸۵۹ ۱۹۰۵) نیز اهمیت کشف امواج رادیویی را توسط هرتز تشخیص داد و یک سال قبل از مارکونی شروع به کار و فعالیت در مورد روشهای دریافت آنها نمود .

اغلب افتخار کاربرد اولین آنتن در اولین سیستم رادیوئی را در سال ۱۸۹۷ برای ارسال یک سیگنال از کشتی به ساحل در مسافت سه میل به او می دهند .

در هر حال ، این مارکونی بود که رادیوی تجارتی را توسعه داده و مخابرات رادیوئی را در ماورای اقیانوس اطلس ایجاد کرد . مارکونی را می توان پدر رادیو آماتور دانست .

توسعه آنتها در سالهای اولیه به علت عدم وجود و در دسترس نبودن مولدهای سیگنال محدود بود . در حدود سالهای ۱۹۲۰ پس از آنکه لامپ تریود

فرکانسهای بالاتر امکان ساخت آنتها با ابعاد و اندازه های فیزیکی در حدود تشدید (یعنی نیم طول موج) فراهم شد .

قبل از جنگ دوم جهانی مولدهای سیگنال مگنیترون و کلایسترون میکروویو (در حدود ۱ گگا هرتز) همراه با موجبرهای تو خالی اختراع و توسعه یافتند . این تحولات منجر به ابداع و ساخت آنتهای بوقی شد ، گر چه سالها قبل چندر بوز(۱۸۵۸- ۱۹۳۷) در هندوستان اولین آنتن بوقی الکترومغناطیسی را ساخت .

در سال ۱۹۳۴ اولین سیستم رادیو تلفنی میکروویو تجارتی بین انگلستان و فرانسه در فرکانس عمل ۸/۱ گگا هرتز برقرار شد .

در خلال جنگ دوم جهانی یک فعالیت وسیع طراحی و توسعه برای ساخت

هدایت کننده امواج (مانند یک خط انتقال) صورت گیرد و یا می تواند از طریق آنتهای فرستنده و گیرنده بدون هیچ گونه ساختار هدایت کننده واسطه ای انجام گیرد .

اگر فاصله بین فرستنده و یک گیرنده برابر r باشد ، تلفات توان برای خط انتقال متناسب با ۲(eαr) است .

α ثابت تضعیف خط انتقال می باشد . اگر آنتها در یک سیستم خط دید به کار رود ، تلفات توان متناسب با  است . عوامل مختلفی در انتخاب بین خطوط انتقال یا آنتها دخالت دارند .

بطور کلی ، خطوط انتقال در فرکانسهای پائین و فواصل کوتاه عملی هستند فرکانسهای بالا اغلب به علت پهنای باند موجود به کار می روند . با افزایش فواصل و فرکانسها تلفات سیگنال و هزینه های کاربرد خطوط انتقال بیشتر می شود و در نتیجه استفاده از آنتها ارجحیت می یابد . استثناء قابل توجه این قاعده خط انتقال فیبر نوری در طیف مرئی می باشد .

در چندین کاربرد باید از آنتها استفاده کرد . برای مثال ، آنتها را باید در مخابرات رادیو سیار شامل

متحرک و سیار است ، نیز به کار می رود .

کاربردهای غیر سخن پراکنی مانند سیستمهای رادیو سیار شهرداری (مانند پلیس ، آتش نشانی ، امداد ، بهداشت

نیز آنتها لازم هستند .

عوامل دیگری که در انتخاب نوع سیستم انتقال تأثیر می گذارند ، شامل دلایل تاریخی ، ایمنی و اطمینان پذیری هستند .

قبل از آنکه تکنولوژی رادیوئی در دسترس باشد ، شرکتهای تلفن آغاز به اتصال پایانه های بی شمار ارسال و دریافت توسط خطوط انتقال کردند . اخیراً شرکتهای تلفن استفاده بیشتری را از رادیو به عمل می آورند .

در آمریکا بیشتر از نصف مکالمات تلفنی دور (بین شهری) توسط ارتباطات رادیوئی میکروویو انجام می گیرد . خطوط انتقال یک درجه از ایمنی را فراهم می سازند . در یک سیستم رادیوئی بی سیم هر فرد مجهز به یک گیرنده مناسب می تواند به یک انتقال اطلاعات گوش فرا دهد ، ولی برای تخطی به خطوط انتقال با سیم یک اتصال فیزیکی ضرورت دارد .

برای ایجاد ایمنی در یک ارتباط رادوئی در سیستمهای رادیوئی پیچیده تر کدگذاری را می توان به کار برد . ولی ، ایمنی مخابرات در معدودی از ارتباطات مخابراتی لازم است.

اطمینان پذیری عامل دیگری است که باید در نظر گرفته شود . برای مثال ، سیگنالهای رادیوئی توسط شرایط محیطی مانند ساختارها و موانع در طول مسیر سیگنال ، یونسفر و جو تأثیر می پذیرند .

بعلاوه ، تداخل همواره تهدیدی برای سیستمهای رادیوئی می باشد . کلیه این عوامل همراه با یک مقایسه هزینه سیستمهای خطوط انتقال و سیستمهای رادیوئی متشکل از آنتها باید ملحوظ و در نظر کرفته شود .

هر ساله

این فصل یک مرور مختصر اصول میدانهای الکترومغناطیسی و حل معادلات ماکسول را برای مسائل تشعشع ارائه می دهیم . پس از آنکه چند رابطه اساسی را استنتاج کردیم ، کابرد مستقیم معادلات ماکسول تنها در چند مورد خاص ضرورت دارد . باقیمانده این فصل به بررسی اصطلاحات آنتها و چند مثال ساده اختصاص دارد .

همچنین کاربردهای آنتها در سیستمهای مخابراتی و رادار مورد بحث و بررسی قرار میگیرد .[/tab][/tabgroup]

[tabgroup][tab title=”قسمت هایی از متن (۱)”]

فصل اول

 

۱- آنتن حلقه ای

ابتدا ، پترن میدان یک حلقۀ کوچک به نحو بسیار ، ساده ای نتیجه گیری می شود ؛ با در نظر گرفتن آنکه حلقه مربعی و دارای چهار دو قطبی خطی کوتاه است . سپس این معادلات بر اساس روش طولانی تری

ای است ، دربارۀ حلقه های مربعی نیز بحث و نشان داده می شود که حلقه های دایره ای و مربعی وقتی سطح آنها کوچک باشد ، میدانهای دور یکسانی دارند و در صورتی که سطح آنها بزرگ باشد میدانهایشان مختلف خواهد بود .

۱-۱- حلقۀ کوچک

در این قسمت ، روشی بسیار ساده برای پیدا کردن پترن میدان یک حلقۀ کوچک عمل میشود .

 

 

 

 

شکل ۱-۱ (a) حلقۀ دایره ای و (b) حلقۀ مربعی .              شکل ۲-۱ وضعیت یک حلقۀ مربعی نسبت

به محورهای مختصات .

 

یک حلقۀ کوچک دایره ای به شعاع a را با توزیع جریان یکنواخت هم فازی ، طبق شکلa1-1 ، در نظر می گیریم .

شعاع a در مقایسه با طول موج خیلی کوچک است ( λ >> a ) . اکنون فرض کنید که حلقۀ دایره ای با یک مربع به طول ضلع d ، و نیز جریان یکنواخت هم فاز طبق شکلb1-1 در دست باشد .

بدین طریق ، حلقه می تواند نظیر چهار دو قطبی خطی کوتاه عمل کند . d را طوری انتخاب می کنیم که سطح حلقۀ مربعی برابر سطح حلقۀ دایره ای شود . یعنی ،

(۱-۱)         

اگر جهت حلقه مثل شکل ۲-۱ باشد ، میدان الکتریکی دور آن فقط دارای یک مؤلفۀ EФ

خطی کوچک (۲ و ۴) را بررسی کنیم .

سطح مقطع عرضی حلقه در صفحه y-z در شکل ۳-۱ نشان داده شده است .

 

 

 

 

شکل ۳-۱ ترکیب لازم برای پیدا کردن میدان دور دو قطبیهای ۲ و ۴ حلقۀ مربعی .

 

چون دو قطبیهای کوچک منفرد ۲ و ۴ در صفحۀ y-z غیر جهتی هستند ، پترن میدان حلقه در این صفحه همان است که برای دو منبع نقطه ای ایزوتروپیک به دست آمد . بنابراین ،

(۲-۱)     

(۳-۱)     

متن کامل در نسخه قابل خرید موجود است.[/tab][tab title=”قسمت هایی از متن (۲)”]

نتیجه می شود که ،

(۴-۱)  

ضریب i در رابطۀ (۴-۱) نشان می دهد که میدان کل EФ  با میدانEФ۰  دو قطبی منفرد در فاز

      

در تکمیل فرمول دو قطبی ، دو قطبی در جهت z قرار گرفته بود ، در حالی که در حالت اخیر دو قطبی در جهت x قرار دارد (ر.ک به شکلهای ۲-۱ و ۳-۱ ) .

زاویۀ θ در فرمول دو قطبی از محور دو قطبی اندازه گیری می شود و در حالت اخیر مقدار آن o90 است . زاویۀ θ در فرمول (۵-۱) زاویۀ دیگری نسبت به دو قطبی و مشابه شکلهای (۲-۱) و (۳-۱) است . بنابراین ، برای میدان دور EΦ۰ دو قطبی منفرد ، رابطۀ زیر را داریم :

(۶-۱)         

که در این رابطه ،  جریان تأخیر یافته در دو قطبی و r فاصله از دو قطبی است . از جانشینی مقدار (۶-۱) در رابطۀ (۵-۱) نتیجه می گیریم :

(۷-۱

EФ میدان دور یک حلقه کوچک به سطح A . مقدار قلۀ میدان ، از قرار دادن . / به جای  به دست می آید

میدان دور حلقه ، Hθ است که از تقسیم رابطۀ (۸-۱) بر امپدانس ذاتی محیط که در این حالت فضای آزاد است ، به دست می آید . بنابراین ،

(۹-۱)     

۲-۱- دو قطبی مغناطیسی کوتاه . معادل یک حلقه .

روش دیگر عمل کردن حلقه کوچک استفاده از یک دو قطبی مغناطیسی کوتاه معادل آن است . بنابراین ، یک حلقۀ کوچک به سطح A ، حامل یک جریان الکتریکی I

Im باشد .

 

 

کوچک به سطح A نسبت به یک دو قطبی مغناطیسی به طول L ، (b) دو قطبی مغناطیسی کوتاه .

 

رابطه بین حلقه و دو قطبی مغناطیسی معادل آن اکنون تعمیم می یابد . گشتاور دو قطبی مغناطیسی عبارت است از qmL که qm مثل شکل b4-1 قوت  قطب در هر انتهاست .

جریان مغناطیسی به این قوت قطب با رابطۀ زیر بستگی دارد :

(۱۰-۱)        

و اگر از رابطۀ (۱۰-۱) نسبت به زمان انتگرال بگیریم در نتیجه ،

(۱۱-۱)               

گشتاور مغناطیسی حلقه عبارت است از IA . از معادل قرار دادن این مقدار به گشتاور مغناطیسی دو قطبی خواهیم داشت :

(۱۲-۱)     

و از جانشینی مقدار (۱۱-۱) در رابطۀ (۱۲-۱) ،

(۱۳-۱)     

این رابطه را می توان مجدداً به شکل زیر بیان کرد :

(۱۴-۱)        

و یا

(۱۵-۱)        

رابطۀ (۱۵-۱) به شکل تأخیر یافته عبارت است از :

(۱۶-۱)     

که در آن      

              

معادلات (۱۵-۱) و (۱۶-۱) ، یک حلقه به سطح A را (که حامل یک جریان I است) به دو قطبی مغناطیسی معادلش به طول l (حامل یک جریان مغناطیسی غیر واقعی Im) ربط می دهد .

۳-۱- میدانهای دور دو قطبی مغناطیسی کوتاه

در این قسمت ، میدانهای دور یک دو قطبی مغناطیسی کوتاه محاسبه می شود . سپس با استفاده از رابطۀ معادل بین یک حلقه و دو قطبی مغناطیسی که در قسمت ۲-۱ تکمیل شد،

 

متر آمپر

پتانسیل برداری F فقط یک مؤلفۀ Fz دارد . با اعمال مقدار جریان تأخیر یافته خواهیم داشت :

(۱۸-۱)     

اگر l<< r و l<< λ باشد ، از اختلاف فاز سهم عناصر جریان به طول dz در طول دو قطبی مغناطیسی صرفنظر می شود . بنابراین ، تابع زیر انتگرال (۱۸-۱) را میتوان مقدار ثابتی در نظر گرفت ، و رابطۀ (۱۸-۱) خواهد شد :

(۱۹-۱)     

میدان الکتریکی E به کمک رابطۀ زیر از F به دست می آید :

(۲۰-۱)     

از حل مجدد Fz به مألفه های مختصات کروی یا قطبی Fθ و F1 و محاسبۀ کرل F ، نظیر رابطۀ (۲۰-۱) . مؤلفۀ FФ میدان الکتریکی به دست می آید که عبارت

باشد . در فاصلۀ بزرگی از دو قطبی مثل r از جملۀ دوم رابطۀ (۲۱-۱) صرفنظر و این رابطه به شکل زیر تبدیل می شود :

(۲۲-۱)       

این رابطه عبارت است از میدان الکتریکی دور یک دو قطبی مغناطیسی کوتاه به طول l که حامل یک جریان مغناطیسی غیر واقعی lm است . میدان مغناطیسی دور دو قطبی مغناطیسی Hθ توسط امپدانس ذاتی محیط به EФ بستگی دارد . بنابراین ، که در این حالت فضای آزاد است ،

(۲۳-۱)     

اکنون با جایگزینی گشتاور  حلقه ای که با رابطۀ (۱۶-۱) داده شده در رابطۀ (۲۲-۱) و (۲۳-۱) ، مقدار معادل رابطه های زیر به دست می آید :

(۲۴-۱)     

و

(۲۵-۱)     

این رابطه ها عبارتند از معادلات میدان دور یک حلقه کوچک به سطح A که حامل جریان I است . این رابطه ها ، با رابطه های (۸-۱) و (۹-۱) که در قسمت ۱-۱ با روش استفاده از یک حلقۀ مربعی با چهار دو قطبی خطی کوتاه به دست آمد ، یکسان است .

پترن میدان در صفحۀ یک حلقه دایره ای با جریان یکنواخت ، طبق خاصیت تقارن ، یک دایره است .

همچنین می توان نشان داد که پترن میدان دور در صفحۀ یک حلقه مربعی کوچک با جریان یکنواخت ، یک دایره است . بنابراین ، به نظر می رسد که میدانهای دور حلقه های دایره ای کوچک و مربعی ، به شرط آنکه هر دو یک سطح داشته باشند ، یکسانند .

 

 

 

 

شکل ۶-۱ پترنهای میدان دور یک حلقۀ کوچک .

چنانکه در شکل ۶-۱ نشان داده شد ، هم EΦ و هم Hθ با سینوس زاویۀ θ تغییر می کند . میدانها مستقل از Ф هستند . بنابراین پترنهای فضای شکلهای حاصل از دوران پترن شکل ۶-۱ حول محور قطبی است که به شکل یک چمبره است .

شکل این پترن با پترن یک دو قطبی الکتریکی کوتاه که به موازات محور قطبی z قرار گرفته یکسان است .

۴-۱- مقایسۀ میدانهای دور حلقه کوچک و دو قطبی کوتاه

مقایسۀ رابطه های میدان دور یک حلقۀ کوچک و دو قطبی الکتریکی کوتاه جالب توجه است . این

اینجا جریان I در دو قطبی و حلقه هم فاز است . این بستگی تربیعی ، اختلاف اصلی بین میدانهای حلقه ها و دو قطبیها است .

فرمولهای جدول ۱-۱ برای حلقه ای که مثل شکل ۲-۱ قرار گرفته است و دو قطبی ای که به موازات محور قطبی یا محور z باشد ، به کار می رود . این فرمولها فقط برای حلقه ها و دو قطبی های کاملاً کوچک ، دقیق هستند .

جدول ۱-۱

میدانهای دور دو قطبیهای الکتریکی و حلقه های کوچک

حلقهدو قطبی الکتریکیمیدان
الکتریکی
مغناطیسی

 

به هر حال ، این رابطه ها برای حلقه هایی با قطر تا حدود۱۰/ λ و دو قطبیهایی به طول تا ۱۰/ λ از تقریبهای خوبی بهره مندند .

۵

با طول موج کوچک باشد محدود نمی شود ، اما می تواند هر اندازه ای فرض شود . روش عمل نتیجه ای است که به وسیلۀ فوستر ارائه شده است .

حلقه ای به شعاع a را در نظر می گیریم که مرکزش بر مبدأ دستگاه محورهای مختصات شکل ۷-۱ قرار داد . جریان I

ر طول حلقه ، از انواع مختلف تغییر دهندۀ فاز استفاده شود .

با فرض آنکه جریان یکنواخت و هم فاز باشد ، رابطه های میدان دور به کمک پتانسیل برداری جریان الکتریکی به دست می آید . ابتدا پتانسیل برداری برای یک زوج دو قطبی الکتریکی کوتاه به طول Фad که طبق شکل ۷-۱ به طور متقابل در دو طرف یک

برداری کل مؤلفه های میدان الکتریکی نتیجه می شود.

 

 

 

 

 

شکل ۷-۱ حلقه ای با شعاع غیر مشخص a نسبت به دستگاه مختصات .

چون جریان به حلقه محدود می شود ، تنها مؤلفۀ پتانسیل برداری دارای مقدار عبارت است از ФA و سایر مؤلفه ها صفر هستند ، یعنی= Ar = 0 θA .

جزء بی نهایت کوچک ФA در نقطۀ P حاصل از ۲ دو قطبی بی نهایت کوچکی که در دو طرف قطر به طور متقابل قرار گرفته اند ، عبارت است از :

(۲۶-۱)     

که dM گشتاور جریان ناشی از ۲ دو قطبی بی نهایت کوچک به طول Фad است که در دو طرف قطر به طور متقابل قرار گرفته اند . در صفحه ۰=Ф (شکل ۷-۱) مؤلفۀ Ф گشتاور جریان تأخیر یافته بر اثر وجود یک دو قطبی عبارت است از :

(۲۷-۱)     

 

 

 

 

 

م ، گشتاور منتجۀ dM در فاصلۀ بزرگ از زوج دو قطبی که به طور متقابل در دو طرف قطر قرار گرفته ، عبارت است از :

(۲۸-۱)     

که در این رابطه  رادیان از قرار دادن این مقدار  در رابطۀ (۲۸-۱) داریم :

(۲۹-۱)     

اکنون رابطۀ (۲۹-۱) را در (۲۶-۱) جایگزین و انتگرال را محاسبه می کنیم ، در نتیجه ،

(۳۰-۱)     

و یا

 

جریان تأخیر یافته  نسبت به مبدأ مختصات در نظرگرفته شده ، و بنابراین در محاسبۀ انتگرال مقدار ثابتی است .

میدان الکتریکی دور حلقه فقط یک مؤلفه Ф که با رابطۀ زیر داده می شود :

(۳۲-۱)     

از جانشینی مقدار Ф Aاز رابطۀ (۳۱-۱) در (۳۲-۱) نتیجه می شود :

(۳۳-۱)     

یا

(۳۴-۱)     

این رابطه ، میدان الکتریکی لحظه ای را در فاصلۀ بزرگ r از هر حلقه ای به شعاع a میدهد . مقدار قلۀ EΦ از قرار دادن  به دست می آید که I0 مقدار قلۀ (بر حسب

 

پترنهای میدان دور یک حلقه با هر اندازه ، با رابطه های (۳۴-۱) و (۳۵-۱) داده شده است . این پترنها از نظر قدر مطلق با یک ضریب با هم اختلاف دارند  .

برای حلقه ای با اندازۀ معلوم ، aβ  مقدار ثابتی است و شکل پترن میدان دور تابع θ با رابطۀ زیر داده می شود :

(۳۶-۱)     

که λ Cعبارت است از محیط حلقه بر حسب طول موج . بنابراین ،

(۳۷-۱)     

مقدار θ sinتابع θ از نظذ قدر مطلق بین صفر و یک تغییر می کند . وقتی o90 = θ باشد، میدان نسبی  است و همچنان که مقدار θ به سمت صفر میل می کند ، مقادیر میدان نسبی طبق منحنی  از  تا صفر تغییر می کند .

این امر با شکل ۹-۱ نشان داده

 

همچنان که θ کاهش بیشتری پیدا می کند ، از شدت میدان نیز کاسته می شود ، تا در o0= θ به صفر می رسد . پترن در چهار ربع دیگر متقارن و پترن کامل نظیر شکل b10-1 است .

 

 

 

 

 

 

شکل ۹-۱ نمودار پترن برای حلقه هایی با جریان یکنواخت طبق منحنی بسل مرتبۀ اول تابع .

همچنین امکان دارد پترن را با استفاده از یک نمودار ترسیمی بدست آورد . این مورد برای حالتی که اکنوان برای  به وسیلۀ ربع دایرۀ کمکی شکل ۹-۱ بررسی شد ، نشان داده شده است .

زاویه θ در حدود قوس دایره مشخص شده است . شعاع قوس برابر با  که در این حالت مساوی  

، که در این حالت برابر ۴۴۳/۰ است و در شکل ۹-۱ نشان داده شده است .

اکنون حلقه هایی با اندازه های دیگر را بررسی می کنیم . با توجه به شکل ۹-۱ در می یابیم که حداکثر میدان برای تمامی حلقه هایی که محیط آنهاکمتر از

داده شده است . پترن عملاً یک سینوسی است که می تواند از حلقۀ کوچکی به دست آید .

با روش مقایسه ، پترن یک حلقه به قطر λ۵ در شکل c10-1 نشان داده شده است . این حالت ، که نمونۀ حلقه های دایره ای بزرگ با جریان یکنواخت است ، میدان حداکثری تقریباً در جهت عمود بر صفحۀ حلقه دارد ، در صورتی که پترن در جهت صفحۀ حلقۀ کوچک است .

تمامی پترنهای شکل ۱۰-۱ برای یک مقدار حداکثر تنظیم شده

. بایستی توجه داشت که میدان دقیقاً در جهت عمود بر حلقه ، صرفنظر از اندازۀ حلقه، همیشه برابر صفر است .

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۱۰-۱ پترنهای میدان دور حلقه هایی به قطر ۱/۰ ، ۱ و ۵ طول موج . جریان حلقه ها یکنواخت و هم فاز فرض شده است .

متن کامل در نسخه قابل خرید موجود است.[/tab][tab title=”قسمت هایی از متن (۳)”]

۱- حلقۀ کوچک به عنوان یک حالت خاص

رابطه های (۳۴-۱) و (۳۵-۱) برای حلقه هایی با هر اندازه به کار می روند . اکنون می تواند نشان داد که برای حالت خاص یک حلقۀ کوچک ، این رابطه ها

.

برای توابع بسل از مرتبۀ اول با آرگومانهای کوچک ، رابطۀ تقریبی زیر را می توان به کار برد :

(۳۸-۱)        

که x هر متغییری می تواند باشد . وقتی  باشد ، تقریب (۳۸-۱) تقریباً ۱% خطا دارد . هر چه x به سمت صفر میل کند ، رابطه دقیق تر می شود .

) با خطای حدود ۱% یا کمتر به کار برد . در نتیجه معادلات (۳۴-۱) و (۳۵-۱) چنین خواهند شد :

(۳۹-۱)     

و

(۴۰-۱)     

این رابطه ها عبارتند از معادلات میدان دور یک حلقۀ کوچک که با رابطه هایی که در قسمتهای قبلی به دست آمدند یکسانند ( ر.ک. به جدول ۱-۱ )

۸-۱- مقاوت تشعشع حلقه ها .

برای پیدا کردن مقاومت تشعشع یک آنتن حلقه ای ، از بردار پوینتینگ روی یک کرۀ بزرگ انتگرال گرفته می شود ، که در نتیجه توان کل تشعشع یافته w را ارائه می دهد و سپس این توان معادل مجذور جریان مؤثر حلقه در مقاومت تشعشع آن Rr  خواهد بود ،

(۴۱-۱)        

که ./= جریان قله نسبت به زمان حلقه . مقاومت تشعشعی که بدین نحو به دست می آید مقداری است که باید در دو سر حلقه ، که طبق شکل ۱۱-۱ به خط انتقال وصل شده است ، ظاهر شود .

وضعیتی که در شکل ۱۱-۱ نشان داده شده است طبیعتاً فقط در حلقه های کوچک رخ می دهد . به هر حال ، فرض می شود که جریان برای هر شعاع a ، یکنواخت و هم فاز باشد ، که این حالت با استفاده از تغییر دهنده های فاز ، تغذیه های چندگانه ، یا وسایل دیگری حاصل می شود .

بردار پوینتینگ میانگین میدان دور با رابطه زیر داده می شود :

(۴۲-۱)     

که در این رابطه  مقدار مطلق میدان مغناطیسی

ز رابطۀ (۳۵-۱) برای  در رابطۀ (۴۲-۱) نتیجه می شود :

(۴۳-۱)     

 

 

 

 

شکل ۱۱-۱ حلقه و خط انتقال .

 

توان کل تشعشع یافته W عبارت است از انتگرال Pr روی یک کرۀ بزرگ . یعنی ،

(۴۴-۱)

و یا

(۴۵-۱)

برای حلقه ای که نسبت به طول موج کوچک باشد ، از تقریب (۳۸-۱) می توان استفاده کرد . پس رابطۀ (۴۵-۱) خلاصه می شود به :

 

(۴۸-۱)     

و

(۴۹-۱)      اهم   

و یا

(۵۰-۱) اهم       

این مقدار عبارت است از مقاومت تشعشع یک آنتن حلقه ای

که دارای یک دور یا بیشتر باشد با رابطۀ زیر داده میشود :

اهم        که n   = تعداد دورها

اکنون به محاسبۀ مقاومت تشعشع یک حلقۀ دایره ای با هر شعاعی مثل a می پردازیم. برای این منظور بایستی انتگرال (۴۵-۱) را انجام داد . لذا ، انتگرال (۴۵-۱) را باید دوباره نوشت . بنابراین به طور کلی ،

(۵۱-۱)     

که y هر تابعی می تواند باشد .

با استفاده از رابطۀ (۵۱-۱) در (۴۵-۱) خواهیم داشت :

(۵۲-۱)     

از تساوی (۵۲-۱) و (۴۱-۱) و قرار دادن  نتیجه می شود :

(۵۳-۱)      اهم        

این رابطه ، عبارت است از مقاومت تشعشعی که توسط فوستر برای

باشد (۵  ) ، می توانیم از تقریب زیر استفاده کنیم :

(۵۴-۱)     

بنابراین رابطۀ (۵۳-۱) به شکل زیر ساده می شود :

(۵۵-۱)     

برای حلقه ای با محیط ۱۰، مقاومت تشعشع طبق رابطۀ (۵۵-۱) تقریباً برابر ۶۰۰۰ اهم است . برای مقادیر  بین  و ۵ ، انتگرال (۵۳-۱) را با استفاده از تبدیل زیر می توان تخمین زد :

(۵۶-۱)     

جمله های سمت راست رابطۀ (۵۶-۱) توابعی هستند که جدول بندی

ستفاده کرد .

(۵۷-۱)       

که  

برای مقادیر کوچک x ، ممکن است از بسط یک سری که از انتگرال گیری سری J2 با نمای صعودی به دست می آید ، استفادع شود . بنابراین ،

(۵۸-۱) 

وقتی  باشد (محیط ۲ طول موج) ، نتیجۀ حاصل فقط با استفاده از چهار جمله، حدود ۲%

بر حسب طول موج نشان می دهد ، در شکل ۱۲-۱ ارائه شده است . اطلاعات منحنی طبق فرمولهای فوستر است که قبلاً ارائه شد . منحنیهای فرمولهای تقریبی حلقه های کوچک و بزرگ با خط چین نشان داده شده اند .

 

 

 

 

شکل ۱۲-۱ مقاومت تشعشع خلقۀ دایره ای تک دور با جریان یکنواخت هم فاز تابع محیط حلقه بر حسب طول موج  .

۹-۱- خاصیت

تشعشع حداکثر برای یک آنتن حلقه ای با حاصلضرب r2 در رابطۀ (۴۳-۱) داده شده است .

شدت تشعشع میانگین نیز از تقسیم رابطۀ (۴۵-۱) بر  به دست می آید . بنابراین ، خاصیت جهتی یک حلقه عبارت است از :

(۵۹-۱)     

که این رابطه فوستر برای خاصیت جهتی یک حلقۀ دایره ای با جریان یکنواخت هم فاز با هر محیط   است . زاویه θ در رابطۀ (۵۹-۱) مقداری است که در آن میدان حداکثر است .

برای حلقۀ کوچک  ، رابطۀ خاصیت جهتی به شکل زیر ساده می شود :

(۶۰-۱)        

زیرا میدان در  حداکثر است . مقدار  همان مقدار مربوط به یک دو قطبی الکتریکی کوتاه است . این را می توان انتظار داشت زیرا پترن یک دو قطبی کوتاه همان پترن یک حلقۀ کوچک است .

برای یک حلقۀ بزرگ  

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۱۳-۱ خاصیت جهتی آنتن حلقه ای دایره ای با جریان یکنواخت هم فاز تابع محیط حلقه  بر حسب طول موج . (بعد از فوستر)

 

از شکل ۹-۱ در می یابیم که برای هر حلقه ای با ۸۴/۱  ، حداکثر مقدار (θsin) J1 برابر ۵۸۲/۰ است . بنابراین ، رابطۀ خاصیت جهتی (۶۱-۱) یک حلقۀ بزرگ خواهد شد :

(۶۲-۱)        

خاصیت جهتی یک آنتن حلقه ای تابع محیط حلقه  در شکل ۱۳-۱ نشان داده شده است . منحنیهایی که بر اساس رابطه های تقریبی (۶۰-۱) و (۶۲-۱) برای حلقه های کوچک و بزرگ به دست می آیند ، با خط چین نشان داده شده اند .

۱۰-۱- جدول فرمولهای حلقه .

رابطه هایی که در قسمتهای گذشته تکمیل شد در جدول ۲-۱ خلاصه شده است . فرمولهای کلی و حلقه های بزرگ نیز بر اساس نتایج فوستر است .

جدول ۲-۱

فرمولهای حلقه های دایره ای با جریان یکنواخت

 

 

 

 

 

 

 

A : سطح حلقه : C = محیط حلقۀ دایره ای بر حسب طول موج .

*فرمولهای حلقۀ کوچک نه تنها برای حلقه های دایره ای به کار می رود ، بلکه برای حلقه های مربعی به سطح A و در واقع برای تمام حلقه های کوچک به هر شکل با سطح A نیز صادق است . البته فرمولهایی که بر حسب C نوشته شده ، فقط برای حلقۀ دایره ای است .

،دیدیم که پرتو و مقاومت تشعشعی یک حلقه کوچ به شکلش حساسیت و بستگی نداشته و صرفاً تابع مساحتش می باشند .

همچنین ، تشعشعات ناشی از یک حلقه کوچک در صفحه اش حداکثر بوده و در امتداد محورش صفر می باشد .

این حقایق مستقیماً از ثابت بوده دامنه و فاز جریان در حلقه نتیجه می شود ، که خود ناشی از کوچک بودن حلقه از لحاظ الکتریکی است . همانطوری که محیط یک آنتن حلقوی به اندازه کسر بزرگی از یک طول موج افزایش می یابد ، دامنه و فاز جریان در امتداد حلقه همانند آنتهای دو قطبی تغییر

ذکر داده ایم ، رفتار جریان اینچنین نیست .

بجای فرض یک جریان یکنواخت ، آنتن حلقوی مربعی را بطور واقعی تحلیل می کنیم و بنابراین نتایج مفیدی را به دست می آوریم .

یک آنتن حلقوی مربعی با محیطی برابر یک طول موج را مشروحاً بررسی می کنیم . اگر چه تحلیلش تا اندازه ای پیچیده است ، ولی بدین طریق نشان می دهیم اصول نظری را که با فرض جریان واقعی حاصل کردیم ، نتایج نسبتاً دقیقی را به دست می دهد .

ل ریاضی با نتایج دقیقتر حاصل از روشهای حل عددی ثابت می شود .

طول هر ضلع آنتن حلقوی مربعی تمام موج (دارای محیطی برابر یک طول موج) برابر ربع طول موج می باشد . منطقی است فرض

ریان سینوسی باشد . بنابراین ، توزیع جریان دور حلقه در شکل (۱۴-۱) که با منحنی ممتد نشان داده شده ، پیوسته است .

اگر نقطه تغذیه واقع در مرکز یک ضلع موازی محور X باشد ، این جریان سینوسی به صورت زیر بیان میشود :

(۱۳-۱)     

 

 

 

متن کامل در نسخه قابل خرید موجود است.[/tab][/tabgroup]

[tabgroup][tab title=”قسمت هایی از متن (۴)”]شکل (۱۳-۱) آنتن حلقوی مربعی تمام موج . طول هر ضلع برابر  است . منحنس ممتد توزیع جریان سینوسی در معادله (۶۳-۱) را نشان می دهد . منحنی خط چین دامنه جریان حاصل از روشهای عددی دقیقتر می باشد .

 

تحلیل برای تعیین خواص تشعشعی آنتن حلقوی را به روش معمول دنبال می کنیم .

(۶۴-۱)        

برای تعیین تابع فاز ، بردارهای مکانی نقاط روی هر ضلع حلقه را باید بنویسیم .

(۶۵-۱)     

زیرنویسها ضلع حلقه را مشخص می کند . بردار مکانی نقطه مشاهده عبارتست از :

بردارهای مکانی نقلط منبع و نقطه مشاهدهرا در معادله (۶۴-۱) جایگزین می کنیم .

(۶۶-۱)

 

اولین ضرائب در هر یک از دو جمله فوق درون کروشه در واقع ضرائب آرایه به ترتیب برای زوج اضلاع ۱ و ۲ و نیز ۳ و ۴ می باشد . برای محاسبه انتگرالها توابع نمائی را بصورت توابع سینوسی و کسینوسی بسط می دهیم . پس از ساده سازی داریم

(۶۷-۱) 

در اینجا

(۶۸-۱) 

 محور y هستند . به عبارت دیگر ، مشابه زاویه قطبی θ ، آنها زوایای قطبی به ترتیب به محورهای x و y هستند (ر.ک. ۴-A) .

 

 

مؤلفه میدانهای الکتریکی ناحیه دور عبارتند از :

 

(۶۹-۱ الف)    

(۶۹-۱ ب)

عبارت Ax و Ay را از معادله (۶۷-۱) در معادلات (۶۹-۱) جایگزین می کنیم .

(۷۰-۱) الف    

 

(۷۰-۱)ب       

عبارت میدان دور تا اندازه ای در صفحات اصلی ساده می شوند . در صفحه xy که همان صفحه حلقه (یعنی یک صفحه E ) می باشد ،  بوده و معادلات (۷۰-۱) ساده میشوند .

(۷۱-۱ الف)            

 

(۷۱-۱ ب)      

عبارت

 است . علت اینست که پرتو اضلاع ۳ و ۴ در جهت پهلو آتش صفر هستند ، زیرا توزیع جریانها روی این اضلاع نسبت به نقاط میانیشان تقارن فرد دارند .

معادله (۷۱-۱ ب) در امتداد محور y به عبارت زیر ساده می شود :

(۷۲-۱)     

در صفحه xz که یک صفحه E است ، از معادلات (۷۰-۱) داریم

(۷۳-۱ الف)            

(۷۳-۱ ب)              

عبارت بهنجار شده Eθ با منحنی ممتد در شکل (۱۴-۱) ب رسم شده است

، معادلات (۷۰-۱) به عبارت زیر ساده می شود :

(۷۴-۱ الف)        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(۱۴-۱) پرتو صفحات اصلی یک آنتن حلقوی مربعی تمام موج . منحنیهای ممتد پرتوهائی هستند که بر مبنای توزیع جریان سینوسی مطابق شکل ۵-۴۵ بدست آمده اند . منحنیهای خط چین پرتوهائی هستند که ناشی از توزیع جریان حاصل از روشهای

 

 

شکل (۱۴-۱) (ادامه) ج- نمودار پرتو Ej در صفحه yz

 

(۱۷۴-۱ ب)     

منحنی ممتد در شکل (۱۴-۱) ج عبارت بهنجار شده Ej را نشان می دهد . پرتو ضریب آرایه برای دو منبع نقطه ای در نقاط میانی اضلاع ۱ و ۲ می باشد . توجه کنید که در جهت z

ان

است .

(۷۵-۱)     

چندین نتیجه کلی را می توانیم در مورد خواص تشعشعی آنتن حلقوی مربعی یک موج از پرتوهای شکل (۱۴-۱) استنتاج کنیم . حداکثر تشعشعات در جهت عمود بر صفحه حلقه قرار دارد و پلاریزاسیون میدان در این جهت موازی با ضلعی است که شامل تغذیه می باشد .

در صفحه حلقه یک صفر در جهت موازی با ضلع شامل نقطه تغذیه (در امتداد محور x) ، وجود دارد و یک گلبرگ در جهت عمود بر این ضلع (در امتداد محور y) پدید می آید .

این نتایج کاملاً از رفتار آنتن حلقوی کوچک متفاوت است که

. کاربرد روشهای عددی برای آنتن حلقوی یک طول موج با شعاع سیم برابر l001/0 ، اندازه جریان (منحنی خط چین) در شکل (۱۴-۱) را به دست می دهد .

توجه کنید که واقعاً توافق بین دو منحنی ممتد و خط چین بسیار خوب است . اثر اختلافات اندک در این توزیع جریانها در شکل (۱۴-۱) ظاهر می شود . منحنیهای خط چ است که از طریق یک روش انتگرالی تشعشعی مشا ین همان پرتوهای متناظر با توزیع دقیق جریان

به با روش فوق الذکر برای یک توزیع جریان مفروض محاسبه شده است .

توافق بین پرتوهای ناشی از فرض یک جریان ساده و روشهای دقیقتر بسیار خوب است . در واقع ، توافق در صفحه xz تقریباً کامل است . این مقایسه مفصل بین روشهای تحلیلی تقریبی آنتها و روشهای عددی دقیقتر (ولی مشکلتر) به ما اطمینان می دهد که نتایج مهندسی خوبی را می توانیم با فرضیات معقول در مورد نحوه عملکرد آنتها به دست آوریم .

در عمل آنتن حلقوی مربعی دارای محیطی برابر یک طول موج بیشترین کاربرد را دارد ف زیرا خواص امپدانس ورودیش

توجه کنید که راکتانس ورودی برای محیط حلقه برابر یک

برای اندازۀ محیط برابر یک طول موج برابر ۱۰۰ اهم است . تغییرات امپدانس ورودی حلقه نسبت به اندازه محیطش نسبتاً ناهنجار می باشد .

بهره حلقه مربعی یک موج برابر ۰۹/۳ دسی بل است

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل (۱۵-۱) امپدانس ورودی یک آنتن حلقوی مربعی به صورت یک تابع اندازه محیط حلقه . حلقه در مرکز

۱۲-۱- آنتهای حلقوی دایروی :

یک حلقه دایروی بسیار نازک و کوچک دارای شعاع a را در صفحه xy با مرکزش منطقب بر مبدأ مختصات مطابق شکل (۱۶-۱) در نظر بگیرید .

جریان ثابت Ij = I در حلقه جاری است . توزیعهای دیگر جریان به پیچیدگی تحلیل آنتن می انجامد .

برای تعیین میدانهای تشعشعی حلقه ، ابتداء تابع پتانسیل  را محاسبه می کنیم .

(۷۶-۱)     

در این معادله  به ترتیب بردارهای مکانی نقاط میدان و منبع ،  فاصله نقطه میدان از نقطه منبع و  یک طول جزئی حلقه است . مؤلفه های جریان حلقه در

 

(۷۸-۱)     

میدانهای تشعشعی معمولاً توسط مؤلفه های کرویشان تعیین می شوند . در نتیجه ، معادلات تبدیل مختصات ائم و کروی را برای بردارهای واحد در نظر می گیریم .

(۷۹-۱)     

معادلات (۷۸-۱) و (۷۹-۱) را در معادله (۷۷-۱) جایگزین کرده و ساده می کنیم .

 

متن کامل در نسخه قابل خرید موجود است.

 [/tab][tab title=”قسمت هایی از متن (۵)”]

 

شکل (۱۶-۱) آرایش هندسی برای تحلیل آنتن حلقوی

(۸۰-۱)  جریان در حلقه تنها یک مؤلفه Ij دارد . پس

(۸۱-۱) 

فاصله R از نقطه میدان به نقطه منبع را می توان در مختصات قائم نوشته و به مختصات کروی تبدیل کرد .

(۸۲-۱) 

جزء طول حلقه  است . معادلات (۸۱-۱) و (۸۲-۱) را برای محاسبه مؤلفه j تابع پتانسیل در معادله (۷۶-۱) جایگزین می کنیم .

از آنجا که جریان Ij ثابت است ، میدان تشعشعی ناشی از

(۸۴-۱)[  را که قسمتی از تابع زیر انتگرال در معادله (۸۳-۱) است، در نظر می گیریم .

(۸۴-۱)     

آن را توسط یک سری مکلارن حول ۰  a=بسط می دهیم .

(۸۵-۱)     

تنها دو جمله اول سری مکلارن را در نظر می گیریم .

(۸۶-۱)     

بنابراین ، عبارت تقریبی برای f در معادله (۸۵-۱) عبارتست از :

 

(۸۹-۱)

(۹۰-۱) 

پس از انتگرال گیری داریم :

(۹۱-۱)     

سپس مؤلفه میدانهای E و H تعیین می شوند .

(۹۲-۱) 

 

(۹۳-۱)     

این میدانها ناشی از یک حلقه کوچک در کلیه نقاط به استثناء مبداء مختصات صادقی هستند . توان در ناحیه نزدیک آنتن (میدان نزدیک ، ۱>> ) عمدتاً راکتیو بوده و در میدان دور (۱<< ) عمدتاً حقیقی می باشد .

چگالی توان  را روی سطح یک کره مسدود انتگرال می گیریم . تنها مؤلفه شعاعی  به توان مختلط Pr می انجامد .

جزء حقیقی توان برابر است با

(۹۴-۱)     

جزء حقیقی توان برابر است با

(۹۵-۱)     

توان در ناحیه نزدیک راکتیو و سلفی بوده ، در صورتی که در ناحیه دور حقیقی است . مقاومت تشعشعی آنتن حلقوی

در ناحیه نزدیک  بصورت زیر ساده می شوند :

(۹۷-۱)            

دو مؤلفه میدان H  هم فاز زمانی بوده ولی با میدان الکتریکی دارای اختلاف فاز تربیعی  هستند . در نتیجه ، توان متوسط یعنی توان حقیقی همانند دو قطبی الکتریکی ایده آل برابر صفر است .

اگر فرکانس عمل بسیار پائین باشد ، شرط  تا فواصل متوسطی اقناع میشود. میدانهای فوق اغلب شبه ساکن نامیده می شوند .

عبارت مؤلفه میدانها در ناحیه دور  بصورت زیر ساده می شوند :

(۹۸-۱)    

 برابر مساحت هندسی حلقه می باشد . امپدانس

حداکثر روزنه مؤثرش و مساحت فیزیکیش برابرند با

بنابراین ، نسبت حداکثر روزنه مؤثرش به مساحت فیزیکیش برابر است با

از لحاظ الکتریکی حلقه در حدود ۲۴ برابر بزرگتر از اندازه فیزیکیش می باشد . برای آنکه حلقه یک تشعشع کننده مؤثری باشد ، روزنه مؤثرش باید نسبت به اندازۀ فیزیکیش بزرگ باشد .

۱۳-۱- حلقه دایروی حامل یک جریان ثابت

فرض کنید که شعاع آنتن حلقوی لزوماً کوچک نبوده ولی جریان در آن ثابت باشد . پتانسیل برداری برای این توزیع جریان از معادله (۸۳-۱) به دست می آید . ولی انتگرال گیری تحلیلی آن بدون تقریب شعاع کوچک امکان پذیر نیست . در هر حال، اگر نقطه مشاهده در میدان دور (a << r) باشد ، تقریب شعاع کوچک برای انتگرال گیری آن لزومی ندارد .

میدانهای تشعشعی

فاصله R را با توجه به a << r تقریب زده و سپس آن را توسط عبارت دو جمله ای بسط می دهیم .

(۱۰۴-۱)

زیرا

(۱۰۵-۱)                

(۱۰۶-۱)

برای  داریم   

رابطه هندسی بین R و r برای هر زاویه دید  در میدان دور شکل (۱۶-۱) نشان داده شده است . برای زوایای مشاهده  رابطه (۱۰۶-۱) صادق بوده و هندسه مربوط در شکل (۱۷-۱) رسم شده است . در عبارت پتانسیل برداری ، برای دامنه تقریب  و برای فاز تقریب  را به کار می بریم . بنابراین ، معادله (۸۳-۱) را میتوانیم بصورت زیر تقریب بزنیم :

(۱۰۷-۱)        

دوم تغییر متغییر  را می دهیم . در نتیجه ،

(۱۰۸-۱)      هر یک از دو انتگرال در این معادله را می توان توسط فرمول زیر محاسبه کرد :

(۱۰۹-۱)         

Jn(z) تابع بسل از نوع اول و مرتبه n می باشد . بنابراین ،

(۱۱۰-۱)       

تابع بسل از نوع اول و مرتبه n توسط سری بی نهایت زیر تعریف می شود :

(۱۱۱-۱)          

توسط جایگزینی در این سری ، رابطه زیر را می توان بسهولت نشان داد :

(۱۱۲-۱)         

که برای n=1 بصورت  است . بنابراین ،

(۱۱۳-۱)         

در این عبارت تابع تغییرات پتانسیل برداری نسبت به r از تغییراتش نسبت به θ و φ تفکیک شده است . مؤلفه میدانهای ناشی از حلقه دایروی بسهولت محاسبه می شوند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل دوم :

 

۲- آنتهای حلقوی کوچک

 است . در اینجا نیز کوچک به معنای کوچک از لحاظ الکتریکی یا کوچک در مقایسه با یک موج می باشد .

در این بخش دو روش را برای تحلیل و تعیین خوصا تشعشعی آنتهای حلقوی کوچک به کار می بریم :

اولاً نشان می دهیم که یک حلقه کوچک دوگانه یک دو

میدانهای ناشی

نشان می دهیم که نتایج با میدانهای حاصل از کاربرد اصل دوگانگی یکسان است .

 

 

۱-۲- دوگانگی :

اغلب یک مسئله آنتن پدید می آید ، بطوری که ساختارش دوگانه آنتنی بوده که حل و جوابش معلوم است اگر

 مربوط به میدانهای آنتن دیگر از طریق جایگزینی پارامترها با توجه به اصل دوگانگی به دست آورد . قبل از تحلیل حلقه کوچک ، کاربرد اصل کلی دوگانگی را برای آنتها بررسی می کنیم .

ساختار دو گانه آنتها

شبکه دوگانه اش مطابق شکل (۱-۲ ب) شامل یک منبع جریان  بوده که به اتصال موازی هدایت  و ظرفیت خازنی  اعمال می شود . (علامت  بدین معنی است که کمیت طرف چپ را جایگزین کمیت طرف راست می کنیم و از این لحاظ همانند علامت تساوی در یک عبارت برنامه کامپیوتری میباشد.) از آنجا که شبکه ها دو گانه های یکدیگر هستند ، جوابهای آنها نیز دوگانه می باشند .

مدار اتصال سری را می توان

(۱-۲)           

دوگانه این معادله حلقه یک معادله گره می باشد ، که از طریق جایگزینی V با I ، R با G و L با C به دست می آید .

 

 

 

 

 

شکل (۱-۲) شبکه های دوگانه :  ،  ،  . الف- شبکه اصلی؛ ب-شبکه دوگانه .

 

بنابراین ، معادله گره برای مدار موازی به عنوان دوگانه مدار سری عبارتست از

(۲-۲)           

حال به مسئله آنتن باز می گردیم . فرض کنید که یک منبع جریان الکتریکی با چگالی جریان  و شرایط مرزی حاکم بر مواد موجود در محیط ( با ضرایب ) در دست باشد .

معادلات روتاسیون ماکسول برای این سیستم عبارتند از :

(۳-۲)           

(۴-۲)           

میدانهای  و  توسط منبع  در محیط  ایجاد می شود سپس یک منبع جریان مغناطیسی فرضی را با چگالی حجمی  در محیط  در نظر بگیرید .

معادلات روتاسیون ماکسول در این سیستم عبارتند از :

(۵-۲)           

(۶-۲)           

میدانهای  و  ناشی از  هستند .

سیستمهای الکتریکی و مغناطیسی با توجه به روش مندرج

هولت تویجه می شود . برای آنکه نشان دهیم که معادلات (۵-۲) و (۶-۲) دو گانه های معادلات (۳-۲) و (۴-۲) هستند ، کمیتهای ستون طرف راست جدول ۱ را به جای کمیتهای متناظر در ستون طرف چپ در معادلات (۵-۲)و (۶-۲) جایگزین می کنیم . در نتیجه ،

(۷-۲)           

(۸-۲)           

معادلات (۷-۲) و (۸-۲) همان معادلات (۳-۲) و (۴-۲) هستند . به عبارت دیگر ، با جایگزینی پارامترها مطابق جدول ۱ ، معادلات سیستم الکتریکی (۳-۲) و (۴-۲) دوگانه معادلات سیستم مغناطیسی (۵-۲)

نده ۱ با جریانهای الکتریکی و سیستم ۲ با جریانهای مغناطیسی دوگانه یکدیگر هستند ، مشروط بر آنکه جایگزینیهای زیر را به توان انجام داد .

کمیتهای زیر در سیستم ۱ را             به جای            کمیتهای زیر در سیستم ۲ قرار دهید
                                                                                 

 

از آنجا که معادلات سیستمع دو گانه هستند ، جوابها نیز چنین اند . قبل از بیان مثالی در این مورد اصل دوگانگی را به اختصار بیان می کنیم .

متن کامل در نسخه قابل خرید موجود است.[/tab][tab title=”قسمت هایی از متن (۶)”]

اگر منابع دو سیستم دو گانه های یکدیگر باشند یعنی

(۹-۲)           

و اگر شرایط مرزی نیز دوگانه باشند یعنی

(۱۰-۲)          

(توجه کنید که  است . اگر

یا به طور معادل توسط جایگزین می شود ) .

بنابراین ، میدانهای سیستم ۲ را می توان از جواب سیستم ۱ توسط جایگزینی همراه به جایگزینی (۱۰-۲) در عبارت میدانهای سیستم ۱ به دست آورد .

(۱۱-۲)  

مؤلفۀ میدان مغناطیسی Hf ناشی از دو ططبی الکتریکی ایده آل را می توان توسط قانون دست راست

جهت میدان مغناطیسی را نشان می دهد .

این نکته از قانون آمپر (۴-۲) یعنی  نیز نتیجه می شود . برای دو قطبی مغناطیسی قانون دست چپ را می توان برای تعیین مؤلفه میدان الکتریکی Ej– به کاربرد ، که از قانون (۶-۲) یعنی مستفاد میشود .

 

 

۲-۲- آنتن حلقوی کوچک

عبارت میدانهای یک حلقه کوچک حامل جریان یکنواخت

جریان الکتریکی در حلقه I و جریان مغناطیسی Im را به دست آوریم . این رابطه را می توان تنها برای میدان تشعشعی در ناحیه میدان دور مشخص کرد .

نتیجه گرفته می شود که میدانهای تشعشعی حلقه های کوچک مستقل از شکل حلقه بوده و تنها به مساحت حلقه بستگی دارند .

بنابراین ، یک حلقه مربعی

و فاز صفر حول حلقه است .

هر ضلع حلقه مربعی یک قطعه جریان الکتریکی یکنواخت کوتاه بوده که به صورت یک دو قطبی ایده آل الگوبندی می شود .

دو ضلع موازی محور x دارای یک برآیند پتانسیل برداری در جهت x می باشد .

(۱۲-۲)     

علامت منفی جمله دوم

اضلاع ۲ و ۴ برابر است با

 

 

 

 

 

 

 

شکل (۲-۲) روابط هندسی برای محاسبه میدانهای تشعشعی ناشی از یک آنتن حلقوی مربعی کوچک .

 

(۱۳-۲)     

در تقریب میدان دور ، برای تغییرات دامنه فواصل را تقریباً برابر قرار می دهیم  و برای تعیین اختلاف فازها فرض می کنیم که پرتوها بطور موازی از اضلاع حلقه مربعی ساطع شوند .

از مقایسه طول مسیرهای موازی نتیجه می گیریم که

(۱۴-۲)     

 

امپدانس یک آنتن حلقوی کوچک از امپدانس دو قطبی ایده آل دو گانه اش بسیار تفاوت دارد . امپدانس دو قطبی ایده آل خازنی است ، در صورتی که از آن حلقه کوچک سلفی می باشد .

در مرحله اول ، مقاومت

اش تعیین می شود .

(۱۵-۲) اندازه و فاز جریان در حلقه ثابت و برابر حداکثرش می باشد . بنابراین ، مقاومت تشعشعی برابر است با

(۱۶-۲)  

این نتیجه یک تقریب معقول برای مقاومت تشعشعی یک آنتن حلقوی کوچک واقعی می باشد ، مشروط بر آنکه محیط حلقه کوچکتر از در حدود سه دهم یک طول موج (l> محیط) باشد .

مقاومت تشعشعی یک آنتن حلقوی را می توان با افزایش تعداد حلقه ها به شدت افزایش داد . گشتاور مغناطیسی یک حلقه با تعداد n دور برابر nIS است . (s مساحت یک حلقه می باشد .) بنابراین مقاومت تشعشعی برابر است با

(۱۷-۲)  

در نتیجه ، مقاومت تشعشعی با n2 متناسب است . روش دیگر افزایش مقاومت تشعشعی پیچیدن دورهای حلقه در اطراف یک هسته فریتی می باشد . برای یک ضریب مغناطیسی نسبی مؤثر m eff ، اشعه ساطع از قسمتهای مختلف حلقه مانند شکل (۲-۲) با یک ثابت فاز برابر  برخورد میکنند. l طول موج در فضای آزاد می باشد .

ضریب مغناطیسی مؤثر نسبی به اندازه و شکل هسته فریتی بستگی دارد

 

یک آنتن حلقوی با چند دور سیم پیچ و هسته فریتی موسوم به یک آنتن حلقوی هسته دار است و معمولاً در فرکانسهای پائین به عنوان یک آنتن گیرنده به کار می رود (مانند گیرنده های سخن پراکنی AM) .

آنتهای حلقوی کوچک دارای مقاومت اهمی قابل توجهی نیز هستند . برای یک حلقه مستطیلی با اضلاع l1´l2 مقاومت اهمی تقریباً برابر است با

(۱۹-۲)  

d قطر سیم و Rs مقاومت سطحی سیمها است . اگر l1 و l2 خیلی

سیمی بوده و w اندازه محیط سطح مقطع سیم می باشد . برای یک حلقه دایروی داریم

(۲۲-۲)         

b شعاع متوسط حلقه و d قطر سیم است .

قبلاً تذکر دادیم که آنتن حلقوی کوچک ذاتاً سلفی است . ضریب سلفی یک حلقه مستطیلی با ابعاد l1´l2 برابر است با ] ر.ک. کتاب الکترومغناطیس [

(۲۳-۲)  

d قطر سیم لست . ضریب سلفی یک حلقه مدور کوچک با شعاع b برابر است با

(۲۴-۲)      (حلقه مدور)   

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل سوم

 

۳- آنتهای یاگی – یودا

در فصل قبل دیدیم که آنتهای آرایه ای را می تون برای افزایش ستمگرایی به کار برد. کلیه عناصر آرایه هائی که بررسی کرده ایم ، فعال هستند و یک شبکه تغذیه باید مستقیماً به هر عنصر وصل شود .

اگر تنها چند

از عناصر واداشته دریافت می کنند .

یک آرایه خطی انگلی شامل دو قطبیهای موازی موسوم به یک آنتن یاگی یودا ، یک آرایه یاگی – یودا یا صرفاً یاگی می باشد . آنتهای یاگی – یودا به علت سادگیشان و بهره نسبتاً بالایشان متداول هستند . در این بخش اصول عملکرد و داده های طراحی را برای یاگی ها ارائه می دهیم .

تحقیقات اولیه روی آنتن یاگی – یودا توسط شینتارو یودا در دانشگاه توهوکو در سندائیژاپن در سال ۱۹۲۶ انجام شد و در سالهای ۱۹۲۶ و ۱۹۲۷ به زبان ژاپنی انتشار یافت .

یودا به عنوان استاد یودا در سال ۱۹۲۸ تحقیقات یودا را در یک مقاله به زبان انگلیسی مرور و بررسی کرد .

واحد اصلی یک یاگی شامل سه عنصر است . برای درک اصول عمل یک

قرار داده شود ، با دامنه تقریباً برابری توسط عنصر واداشته نحریک می شود . بنابراین ، میدان تابش بر عنصر انگلی برابر است با

(۱-۳)           وادارندهE  =  تابندهE

یک جریان روی انگل تحریک می شود و میدان الکتریکی تشعشع شده حاصل (که بر سیم نیز مماس است) دارای دامنه برابر و فاز مخالف با موج تابش است . علت اینست که میدان الکتریکی که از وادارنده به انگل می رسد ، بر آن مماس می باشد و میدان الکتریکی کل مماس بر یک هادی خوب برابر صفر است .

بنابراین ، میدان تشعشع شده توسط انگل به گونه ایست که میدان کل مماس بر انگل صفر باشد ، یعنی       ۰ = انگلE + تابندهE

این نتیجه را با معادله (۱-۳) ترکیب می کنیم .

(۲-۳)          وادارنده = -E  تابندهE= انگلE

از نظریه آرایه ها می دانیم که دو عنصر بسیار نزدیک دارای دامنه برابر و فاز مخالف یک پرتو سر آتش دارد . پرتو این آرایه انگلی دو عنری ساده با فاصله گذاری l40/0 در شکل (۱-۳ ب) نشان داده شده است .

 

 

 

 

 

 

شکل (۱-۳) یک آرایه دو عنصری شامل دو قطبی های نیم موج تشدیدی (یکی وادارنده و دیگری یک انگل). جریانها روی دو عنصر دارای دامنه برابر و فاز مخالف هستند . الف- آرایش آرایه ؛ ب- پرتو صفحه H که توسط نظریه ساده آرایه ها محاسبه شده است .

سادگی و عملکرد مطلوب یاگی از طریق افزایش طول انگل

داده شده است .

وادارنده (عنصر محرک) یک دو قطبی با طول l4781/0 است که دارای طول تشدیدی نیم موج برای عمل در فضای آزاد می باشد .

انگل یک سیم مستقیم

آرایه پدید می آید . یک چنین انگلی موسوم به یک بازتابنده (منعکس کننده) است ، زیرا به نظر می رسد که تشعشعات را از وادارنده منعکس می کند .

اگر انگل کوتاهتر از وادارنده باشد ، ولی حال در طرف دیگر وادارنده قرار داده شود ، اثرش بر پرتو مشابه حالتی است که یک بازتابنده به کار رود ، یعنی تقویت تابه اصلی در همان جهت پدید می آید .

بنابراین ، این انگل یک راهنما نامیده می شود ، زیرا به نظر می رسد که تشعشعات را

 

 

 

 

 

 

شکل (۲-۳) یک آنتن یاگی – یودای دو عنصری شامل یک وادارنده با طول l4781/0 و یک بازتابنده با طول l49/0در فاصله l04/0 از آن . شعاع سیم وادارنده و بازتابنده برابر l001/0 است . الف- آرایش آرایه ؛ ب- پرتو صفحه که با روشهای عددی محاسبه شده است .

 

 

 

 

 

 

شکل (۳-۳) آنتن یاگی – یودای دو عنصری شامل یک وادارنده با طول l4781/0 و یک راهنما با طول l45/0 و فاصله l04/0 بین آن دو. شعاع هر دو سیم برابر l001/0 است .

الف- آرایش آرایه ؛ ب- پرتو صفحه H که از طریق روشهای عددی به دست آمده است .

در جهتی از وادارنده به سوی راهنما هدایت می کند . آرایه انگلی در شکل (۳-۳) الف شامل یک وادارنده و یک راهنما بوده و دارای پرتوی مطابق شکل (۳-۳) ب است .

زیرا به نظر می رسد که تشعشعات را در جهتی از وادارنده به سوی راهنما هدایت میکند . آرایه انگلی در شکل (۳-۳) الف شامل یک وادارنده و یک راهنما بوده و دارای پرتوی مطابق شکل (۳-۳) ب است .

تک تابه سر آتش که با استفاده از تنها یک باز تابنده یا یک راهنما همراه با یک وادارنده ایجاد می

عنصری در شکل (۴-۳) الف نشان داده شده ، که ترکیبی از آرایش اشکال (۲-۳) الف و (۳-۳) الف می باشد .

پرتو شکل (۵-۳) ب بهتر از هر ک از دو آرایه دو عنصری است . این پرتو اساساً برابر حاصلضرب پرتو صفحه H و ضریب عنصر به صورت یک دو قطبی نیم موج است . این پرتوها نیز توسط حل عددی به دست آمده اند .

حداکثر سمتگرایی حاصل از یک بایگی سه عنصری در حدود ۱۵ دسی بل است . فاصله گذاری بهینه (برای حداکثر سمتگرایی) بین بازتابنده و وادارنده و همچنین بین وادارنده و راهنما در حدود ۱۵/۰ و ۲۵/۰ طول موج است .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل (۴-۳) آنتن بایگی یودای سه عنصری شامل یک وادارنده با طول l4781/0 ، یک بازتابنده با طول l49/0 و یک راهنما با طول l45/0 . فاصله بین عناصر برابر l04/0 و شعاع سیم هر عنصر برابر l001/0 است . الف- آرایش آرایه ؛ ب- پرتو صفحه H حاصل از روشهای عددی ؛ ج- پرتو صفحه E به دست آمده از محاسبات عددی .

معمولاً بازتابنده ۵ درصد یا بیشتر طویلتر و راهنما ۵ درصد یا بیشتر کوتاهتر از طول تشدیدی وادارنده اختیار می شود . طول تشدیدی وادارنده تفاوت چندانی از طول تشدیدیش به هنگام عمل بدون حضور انگلها ندارد .

 

 

 

 

شکل (۵-۳) آرایش یک آنتن یاگی – یودا .

 

مطالعات نظری و کارهای تجربی وسیعی برای تعمیم آرایه یاگی سه عنصری انجام شده است . دریافته اند که تعداد بیشتر از یک بازتابنده بهبود کمی را در سمتگرایی به دست می دهد . اگر سوی دیگر ، افزودن راهنماهای بیشتر بهره را می افزاید . یک آرایه یاگی شامل چندین راهنما در شکل (۵-۳) نشان داده شده است .

یاگی در واقع یک

است ، جریانها روی عناصر راهنمای دورتر از وادارنده دارای دامنه های کوچکتر و کاهش یافته ای هستند . اگر دامنه و فاز جریانها روی هر عنصر معلوم باشد ، تحلیل آرایه را می توان برای تعیین پرتو تشعشعی اش به کار برد .

محاسبات عددی برای تعیین جریان عناصر لازم است . ادامه نتایج تحلیل عددی آنتهای یاگی را ارائه می دهیم ، که برای طراحی یاگی ها می توانند به کار روند .

به علت کاهش دامنه جریانها روی راهنماهای دورتر از وادارنده ، افزایش بهره کمتری به ازاء افزودن هر راهنمای اضافی به انتهای آرایه یاگی حاصل می شود . در واقع ، افزودن راهنماها تا پنج عدد افزایش قابل ملاحظه و ارزنده بهره را فراهم می کند .

ولی

-۳) منحنی تغییرات بهره نسبت به تعداد کل عناصر در آرایه (شامل یک بازتابنده و یک وادارنده) رسم شده است و نکته فوق الذکر را نشان می دهد .

متن کامل در نسخه قابل خرید موجود است.

 [/tab][/tabgroup]

[tabgroup][tab title=”منابع ” icon=”fa-pencil-square-o”]کتاب       : ( آنتنها ) اصول و مبانی

مؤلف      :   جان دی . کراس

ترجمه      :  دکتر زهر امامی 

 

 

 

کتاب              : ( آنتنها ) ساختار و کاربرد

گردآوری و ترجمه       :  دکتر زهر امامی 

 

 

 

کتاب          : (تحلیل و طراحی آنتنها )  

مؤلف         :   وارن ال . استتزمن

               گری آ. تیل

ترجمه  و تدوین     :  دکتر همایون عریضی  

 [/tab][/tabgroup]

خرید و دانلود فوری

نسخه کامل و آماده
4900 تومانبرای دریافت نسخه کامل

89 صفحه فارسی

فونت استاندارد/B Compset/16

فرمت فایل WORDوPDF

دارای ضمانت بازگشت وجه

نسخه قابل ویرایش+نسخه آماده چاپ

دریافت فوری + ارسال به ایمیل

[well boxbgcolor=”#e5e5e5″ class=”fontawesome-section”][tblock title=”برای مشاهده تمام پروژه ها ، تحقیق ها و پایان نامه های مربوط به رشته ی خود روی آن کلیک کنید.”][/well]

(برای امنیت و سهولت بیشتر پیشنهاد میشود با نرم افزارهای موزیلا فایر فاکس و یا گوگل کروم وارد شوید)

***************************

*************************************

پرداخت از درگاه امن شاپرک  با همکاری شرکت زرین پال صورت میگیرد

 ۱۵ درصد از درآمد فروش این فایل به کودکان سرطانی(موسسه خیریه کمک به کودکان سرطانی) اهدا میشود

پس از پرداخت،علاوه بر ارسال فوری فایل ها به ایمیلتان،مستقیماً به صورت اتوماتیک به لینک دانلود فایل ها  ارجاع داده میشوید.

در صورت نیاز به هرگونه راهنمایی با ایمیل (MASTER@NEXAVARE.COM) یا شماره تماس پشتیبان (۰۹۳۶۹۲۵۴۳۲۹) در ارتباط باشید

[alert type=”alert-danger”]کاربر گرامی، برای تهیه این اثر هزینه و زمان زیادی صرف شده است.که اکنون با این قیمت ناچیز در اختیار شما قرار گرفته است.لطفاً  تنها جهت استفاده دانشجویی یا شخصی خرید نمایید.همچنین اگر مدیر یک وبسایت یا وبلاگ هستید خواهش میکنیم آن را کپی نکنید.و یا در صورت کپی منبع را به صورت لینک درج نمایید. ضمناً شرعاً هم لازم به کسب رضایت است که به علت زحمت زیاد در انتشار ، کارشناسان ما رضایت استفاده بدون پرداخت هزینه آن را ندارند.تشکر از حمایت شما[/alert]


درباره نویسنده

publisher4 222 نوشته در سیستم همکاری در خرید و فروش فایل نگزاوار دارد . مشاهده تمام نوشته های

مطالب مرتبط


دیدگاه ها


دیدگاه‌ها بسته شده‌اند.