مقدمه فصل اول

Transcript

1 1 مقدمه فصل اول فهرست معرفي طيف کامل امواج الکترومغناطيسي و خواص آن مقدمه اي بر اصول انتشار امواج راديويي طيف کامل امواج الکترومغناطيسي طيف فرکانس هاي صوتي...)AF(...6 طيف فرکانسهاي راديويي...)RF(...7 چگونگي توليد و انتشار امواج الکترومغناطيسي سرعت امواج الکترومغناطيسي در محيط هاي مختلف انکسار موج )شکست موج( انعکاس موج )برگشت موج( پخش )تفرق( امواج پالريزاسيون موج فصل دوم ويژگيهاي امواج راديويي انتشار امواج امواج زميني)سطحي(( Wave...(Ground...18 امواج آسماني )امواج انعکاسي- امواج يونسفري() WAVE...)SKY...19 امواج فضايي ديد مستقيم wave(...)line of sight 3... ويژگيهاي باندهاي مختلف راديويي باند فرکانس خيلي کم...VLF باند فرکانس کم...LF باند فرکانس متوسط...MF باند فرکانس زياد...HF باند فرکانس خيلي زياد...VHF...5 باند فرکانس ماوراء زياد...UHF...5 باند فرکانس قوق العاده زياد...SHF...6 باند فرکانس...EHF تأثير اتمسفر )جو( بر امواج راديويي افق راديويي محو موج راديويي امواج ماهواره اي انتشار ماهوارههاي جهاني انتشار ماهوارههاي منطقهاي انتشار ماهواره محلي

2 فصل سوم اصول آنتن ويژگيها و انواع آن اصول آنتن چگونگي ايجاد ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي در يك قطعه سيم )آنتن( پالريزاسيون آنتن آنتن آنتن دو قطبي کوتاه پارامترهاي مهم يك آنتن طول آنتن پهناي باند آنتن ميزان برگشتي آنتن...VSWR سمت گرايي و بهره سمتي )جهتي( آنتن بهره آنتن پرتوقدرت آنتن )گلبرگ تشعشع( مقاومت )امپدانس( تشعشعي آنتن دهانة مؤثر آنتن )سطح مؤثر( زاويه فضايي آنتن انتخاب نوع آنتن انواع آنتنها آنتن ايزوتروپيك آنتن نيم موج )دايپل هرتز( آنتن دوبلت خميده آنتن ياگي آنتن عمودي مارکني )آنتن متحرك ويپ (... WHIP...47 آنتنهاي سيم بلند )موج متحرك( آنتن با بار انتهايي آنتن L معکوس آنتنهاي مايکروويو آنتن سهمي آنتنهاي مورد استفاده در ناجا آنتن هاي شبکه پليس راه VHF - LB ناجا آنتن هاي شبکه انتظامي VHF-HB ناجا آنتن شبکه ترانك تترا فصل چهارم مباني خطوط انتقال خطوط انتقال و موجبرها )تغذيه کنندهها( اصول کلي خط انتقال

3 3 مدار معادل خطوط انتقال امپدانس مشخصه خط انتقال تلفات در خطوط انتقال اتالف تشعشعي گرمايش هدايتي گرمايش دي الکتريك تطبيق امپدانس موجبرها مراجع پيوست نمايه اختصار کلمات کليدي

4 4 مقدمه در اين جزوه مطالب و مباحث حاضر در مورد انتشار امواج اصول آنتن و خطوط انتقال از نقطه نظر تئوري و عملي بطور ساده و قابل فهم مورد بحث قرار مي گيرد. موضوعات بحث شده بگونه اي است که خواننده ضمن فراگيري مطالب به شکل تئوري با ديدن مثالها و اشکال با نمونه هاي عملي آن آشنا خواهد شد. در شرح بعضي از موضوعات فرمولهايي نيز براي فهم و درك صحيح موضوع ارائه شده و نتيجه گيريهايي که از آنها بدست ميآيد مدنظر قرار گرفته است. يکي از نقاط قوت اين جزوه معرفي آنتنهايي است که در سازمان ها داراي کاربرد وسيعي مي باشند. اين بخش مي تواند به شناخت تجهيزات مخابراتي بکارگرفته شده در سازمان هاکمك کند. بهتر دانشجويان از فصل اول معرفي طيف کامل امواج الکترومغناطيسي و خواص آن مقدمه اي بر اصول انتشار امواج راديويي بحث انتشار امواج راديويي و آنتنها بطور کلي در ارتباط با مخابرات مطرح ميشود. بنابراين قبل از اينکه امواج الکترومغناطيسي و خصوصيات و چگونگي انتشار آن را مورد بررسي قرار ميدهيم در ارتباط با مخابرات و تاريخچه آن مطالبي را ارائه خواهيم نمود. فرستادن دريافت و تغيير و تبديل پيام ها و اطالعات با وسايل الکتريکي دانش مخابرات ناميده مي شود. اصوال مخابرات علمي است که از چگونگي انتقال خبر از يك نقطه به نقطه ديگر گفت و گو ميکند. به عنوان مثال هدف از برقراري يك ارتباط تلفني انتقال دو طرفه صوت از محلي به محل ديگراز طريق سيم ( خط تلفن ) مي باشد بدين ترتيب که ارتعاشات صوتي صحبت کننده توسط ميکروفن تبديل به سيگنال الکتريکي با فرکانس صوتي مي شود و در نتيجه صدا ( صحبت ) به گوش شنونده ميرسد. تاريخچه دانش مخابرات از اواسط قرن نوزدهم در حدود سال 1838 با اولين پيام تلگرافي توسط ساموئل مورس و پس از آن اختراع تلفن در سال 1876 توسط الکساندر گراهام بل آغاز شد. پيدايش تلگراف و تلفن اگرچه با استقبال بي سابقه اي روبرو شد ولي چون انتقال پيام در مورس و تلفن در آن زمان بوسيله سيم صورت ميگرفت

5 5 هزينه هنگفت سيمهاي ارتباطي در مسيرهاي طوالني و همچنين عدم ارتباط بين دو نقطه که بين آنها درياها و اقيانوس موجود بود از نقاط ضعف اين سيستم ارتباطي محسوب ميشود. از اين رو متخصصان اين علم به اين فکرافتادند که از عوامل طبيعي از قبيل هوا آب و زمين براي انتقال اطالعات به جاهاي دوردست استفاده نموده و سيستم ارتباطي را از قيدوبند سيم هاي انتقال آزاد سازند. در اين سيستم ارتباطي جديد عامل انتقال اطالعات عوامل طبيعي ( محيط فضاي آزاد ) بود در نتيجه عمل انتقال بدون واسطه سيمهاي هادي انجام گرفت که اين سيستم ارتباطي به نام مخابرات بيسيم ) communication ( wireless معروف شد. يك چنين سيستم مخابراتي از قسمتهاي زير تشکيل يافته است که در شکل )1-1( نشان داده شده است. شکل) 1-1 ( شماي ک يل يك فرستنده گيرنده ساده در اين شکل دستگاه A در حال مخابره پيام و دستگاه B در حال دريافت پيام است. در يك سيستم مخابراتي راديويي فرستنده و گيرنده به دستگاههاي الکتريکي اطالق ميشود که قابليت فرستادن و يا دريافت پيام را دارند و کانال انتقال به محيطي اطالق ميشود که امواج در آن انتشار مي يابند. در اين سيستم کانال انتقال فضاي آزاد است. فضا خاصيت انتقال امواج الکترومغناطيس را دارا ميباشد. خط انتقال به کابلهايي گفته ميشود که پيام را به صورت موج الکتريکي از فرستنده به آنتن و در محل گيرنده از آنتن به گيرنده انتقال ميدهد. مهم ترين مسئله در ارتباط بيسيم فرستادن پيام از طريق امواج الکترومغناطيسي به فضا و گرفتن اين امواج از آن ميباشد. بطور کلي دريافت و ارسال پيام از طريق امواج الکترومغناطيس توسط دستگاههاي الکتريکي گيرنده و فرستنده انجام مي شود. ولي دادن امواج الکترومغناطيس به فضا در محل فرستنده و گرفتن اين امواج از فضا در محل گيرنده به سيستم خاصي محتاج است که اين سيستم آنتن ناميده ميشود. آنتن وسيله اي است که سيگنال الکتريکي مدوله شده در سيستم فرستنده را به امواج الکترومغناطيسي و امواج الکترومغناطيسي دريافتي از فرستنده را به سيگنال الکتريکي در سيستم گيرنده تبديل مينمايد. وظيفه آنتن ارسال امواج به فضا و همچنين جذب امواج از فضا با بهره ( Gain ) مناسب ميباشد. در سيستمهاي مخابراتي عموما فرستنده و گيرنده در سيستم جدا از هم نيستند بلکه هر سيستم به تنهايي خود هم فرستنده است و هم گيرنده. بنابراين آنتن هر دستگاه نيز به عنوان آنتن گيرنده و فرستنده بکار ميرود. 5

6 6 طيف کامل امواج الکترومغناطيسي در شکل )1-( محدوده طيف کامل امواج الکترومغناطيسي را مشاهده ميکنيد امواج راديويي که طيف فرکانس طراحي و ساخته ميشوند فقط يك نوع از انرژي الکترومغناطيس ميباشند. بيسيمها در اين 1- شکل) 1- ( طيف کامل امواج الکترومغناطيسي انرژي هاي ديگر بصورت امواج مادون قرمز )حرارتي( امواج نوراني )طيف مرئي( امواج ماوراء بنفش اشعه X پرتوهاي گاما اشعه کيهاني ميباشند. با آنکه سرعت همه آنها در خالء يکي است ولي خواص آنها متفاوت است. به عنوان مثال چشم انسان نميتواند همه امواج الکترومغناطيس را ببيند بلکه قسمت کوچکي از آن با چشم ديده ميشود. بعضي از نواحي طيف روي هم همپوشاني دارند و نامگذاري آنها بستگي به اين دارد که چگونه توليد ميشوند و بيشتر کدام خواص را از خود نشان مي دهند. انرژي اين امواج بستگي به فرکانس آنها دارد امواجي که ما پيرامون آن بحث خواهيم کرد قسمت کوچکي از اين طيف عريض را اشغال کرده اند که در حقيقت درقسمت پايين اين طيف بنام باند فرکانسهاي راديويي آورده شده که بيسيمها و تجهيزات راديويي در اين باند ساخته ميشوند 1--1 طيف فرکانس هاي صوتي )AF( امواج صوتي از نوع موجهاي مکانيکي هستند که در اثر ارتعاش اجسام کشسان توليد ميشوند و در گازها و مايعات و جامدات منتشر مي گردد. در اينجا ما صوت را به صورت موج و يا يك حرکت ارتعاشي در نظر ميگيريم با خواص موجي آن مانند فرکانس طول موج سرعت انتشار و غيره آشنا مي شويم. حدود باند امواج صوتي که توسط گوش انسان قابل شنيدن هستند داراي فرکانسهايي بين 0Hz تا 0KHz مي باشند که اصطالحا به آن فرکانس صوتي يا صدا ) Frequency ( Audio گفته ميشود. معموال فرکانسهاي از 10Hz تا 100KHz را طيف امواج صوتي در نظر ميگيرند و فرکانس هاي باالتر از 0KHz که توسط گوش انسان شنيده نمي شود ماوراء صوت نامند. 6

7 7 صوتي که از يك منبع مولد توليد مي شود فورا به گوش نمي رسد بلکه با سرعتي که از سرعت نور به مراتب کوچکتر است در محيط منتشر مي گردد. انتشار صوت در واقع انتشار حرکت ارتعاشي منبع مولد صوت است که به صورت طولي در مسير خود مولکولهاي محيط را در راستاي انتشار به ارتعاش در ميآورد. امواج صوتي در محيط با سرعت بين 330m/s تا 340m/s حرکت مي کند که توسط جابجايي مولکولهاي هوا انتقال مييابند. سرعت صوت در يك محيط )سيال( به فشار جرم حجمي جرم مولکولي و دماي سيال بستگي دارد. بنابراين سرعت امواج صوتي از محيطي به محيط ديگر متفاوت خواهد بود. باند فرکانسي مولدهاي صوتي و کاربرد آنها در جدول )1-1( آمده است. جدول )1-1( طيف فرکانسه يا راديويي )RF( 1-- باند فرکانس راديويي داراي فرکانس هايي بين 3 KHz تا 1333 GHz است که به آن باند امواج راديويي RF( (گفته مي شود. در مقايسه با امواج صوتي از فرکانس 3 KHz به باال با گوش انسان قابل شنيدن نيست و تقريبا با سرعت متربر ثانيه در محيط ( فضاي آزاد ) حرکت مي کند. نور 13*3 8 فرکانس هاي امواج راديويي و فرکانسهاي بيشتر بر خالف طيف امواج صوتي قادرند در محيط بدون هوا ( خالء ) منتشر قوي و تقويت کننده قدرت فرستنده ها توليد و توسط آنتن منتشر شوند. يك موج راديويي توسط نوسانساز مي گردد. امواج راديويي مجموعه اي از بردارهاي الکتريکي ( E ) و مغناطيسي ( H ) هستند که در فضا با يکديگر زاويه )93( درجه ايجاد کرده و هر دو در جهت انتشار عمود ميباشند. نصف انرژي امواج راديويي شامل انرژي الکتريکي و نصف ديگر آن انرژي مغناطيسي است. به همين دليل اين امواج امواج الکترومغناطيسي نيز گفته مي شود. باندهاي فرکانس راديويي باندهاي استاندارد ) International Radio Regulation( توسطکميته اي بهنام مقررات راديويي بين الملليIRR فرکانسي انجام ميگيرند. 7

8 و 8 بانده يا فرکانس راديويي که در سيستم هاي ارتباطات راديويي مطرح مي باشد در جدول )1-( مشاهده ميکنيد. نام باند کاربردها حدود فرکانس طول موج محيط انتقال 3-33KHz فرکانس خيلي کم VLF تلفن تلگراف و مخابرات دريايي موج بلند خط دو سيم امواج راديويي براي هدايت هواپيما و KHz فرکانس کمLF کشتي ها مخابرات بين قارهاي و موج بلند خط دو سيم مخابرات زير دريايي KHz فرکانس متوسطMF هواپيمايي- راديو AM موج متوسط کابل کواکسيال 3-33MHz فرکانس زيادHF تجارتي و نظامي راديوهاي آماتوري بين المللي موج کوتاه کابل کواکسيال MHz فرکانس خيلي زيادVHF بي سيم-باندVHF تلويزيون- FM موج متري کابل کواکسيال MHz فرکانس ماوراء زيادUHF هواپيمايي و بيسيمها-باندUHF موج سانتيمتري کابل کواکسيال 3-33GHz فرکانس فوقالعاده زيادSHF ميکرويو-ارتباط زمين به ماهواره-رادار-فضانوردي موج سانتيمتري کابل کواکسيال و موجبر GHz فرکانس باندEHF ارتباط ماهوارهاي-آزمايش ونجوم راديويي دريانوردي موج ميليمتري موجبر در جدول فوق وقتي گفته مي شود باند جدول )1-( VHF مقصود امواجي است که فرکانس آنها بين 33 MHZ تاMHZ 333 مي باشد. امواج راديويي بر حسب فرکانس, مصارف و کاربردهاي بخصوصي در مخابرات دارند. در جدول )1-3( حدود کاربرد هريك بيان شده است. مصارف موج بلند- براي مخابرات دريايي موج متوسط- براي فرستندهه يا موج کوتاه- براي فرستندهه يا درون مرزي برون مرزي مخابرات دولتي- پليس آتش نشاني باند پايين کانالهاي ( راديوهايFM فرکانس KHz نام باند LW MW SW KHz 3-7MHz 7-47MHz 4( تلويزيون هواپيمايي هواشناسي و مصارف تجاري نظامي پليس شهري و مخابرات دريايي باند باالي VHF کانالهاي تلويزيون )5-1( مصارف طبي- راداري 47-68MHz باند شهري C.B VHF-1 VHF VHF VHF-II VHF-UHF MHz MHz MHz MHz 8

9 و( 9 جدول )1-3( چگونگي توليد و انتشار امواج الکترومغناطيسي يك مدار الکتريکي متشکل از سيمپيچ با خود القاي L خازن با ظرفيت C که طرح ساده اي از آن در شکل )1-3( نمايش داده شده است. مدار نوسان کننده اي است به نام " LC " که قبال در دروس مدار الکتريکي مورد بررسي قرار گرفته است و در آن تخليه بار الکتريکي خازن به صورت نوسانات سينوسي ميرا )مستهلك شونده( انجام مي گيرد. 1-3 شکل) 1-3 ( اگر مدار LC را با مجموعه اي از قطعات ديگر الکترونيکي و منبع تغذيه کنار هم قرار دهيم به طوري که تشکيل يك مدارنوسان ساز را بدهند. فرکانس جريان نوسانات ايجاد شده از فرمول )1-1( محاسبه مي شود. C ظرفيت f 1 فرمول) 1-1 ( LC در اين فرمول f فرکانس نوسانات برحسب هرتز) ) HZ و L خودالقا با اندوکتانس برحسب هانري ( H خازن برحسب فاراد ( F ) مي باشد. دراين حالت مدار به تشديد ( رزونانس ) درمي آيد که با تغييرL و C فرکانس مدار LC تغيير خواهد کرد معموال L را انتخاب و براي انتخاب فرکانس مورد نظر C را تغيير ميدهند. براي درك صحيح چگونگي توليد و انتشار امواج الکترومغناطيسي که قصدداريم در اين قسمت مطرح کنيم اصول تئوري آقاي ماکسول درباره امواج الکترومغناطيسي را بيان مي کنيم. او اظهارداشت تئوري الکترومغناطيس از چهار اصل زير مايه گرفته است : جريان الکتريکي دريك هادي ميدان مغناطيسي توليد مي کند که خطوط ميدان در اطراف هادي دور ميزنند. حرکت هادي در يك ميدان مغناطيسي که منجر به قطع خطوط ميدان مغناطيسي شود, جريان الکتريکي در آن القا مي کند. تغيير ميدان الکتريکي در فضا سبب ايجاد ميدان مغناطيسي مي شود. تغيير ميدان مغناطيسي درفضا سبب ايجاد ميدان الکتريکي مي شود. ماکسول از صورت معادالت رياضي که روابط ميان ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي را آشکار مي کرد نتيجه گرفت دو ميدان الکتريکي ( E ) و ميدان مغناطيسي ( H ) در هر نقطه از فضا برهم عمودند و هردو ميدان عمود برجهت انتشار ميباشند که با سرعت نور در محيط منتشر مي شوند. بنابراين مي توان نتيجه گرفت که نور هم قاعدتا بايد از جنس امواج الکترومغناطيس باشد. اولين تجربه در رابطه با توليد عملي امواج الکترومغناطيس درآزمايش توسط دانشمند جوان ايتاليايي بنام مارکوني انجام گرفت که در جريان آن توانست امواج الکترومغناطيسي را توليد و آشکار سازد و عالوه برآن هرتز دانشمند 9

10 11 آلماني ضمن تکرار آزمايش مارکوني توانست بعضي از خواص مهم اين امواج مانند انعکاس و تداخل را نشان دهد. شکل )1-4( آزمايش هرتز را نشان مي دهد که در آن فرستنده و گيرنده امواج ديده مي شود. شکل )1-5( شکل )1-4( 11 Q 1 دستگاه فرستنده هرتز از دو ميله فلزي مستقيم M و N تشکيل شده که به يك سر هرکدام يك کره بزرگ باردار بنام و Q و به سر ديگر آنها يك کره کوچك نصب شده است. اگر اين دو ميله به ثانويه بوبين القاي T وصل شود, در دهانه S جرقه توليد شده و يك جريان نوساني بين M و N برقرار مي شود. علت ايجاد جريان نوساني اين است که مجموعه دو کره و ميله مانند يك مدار نوسان کننده الکتريکي است. کره هاي Q 1 و Q مانند صفحات خازن و ميله هاي M و N مشابه اندوکتانس عمل مي کنند. گيرنده هرتز از يك حلقه ساده با شکاف R مخصوص جرقه زدن تشکيل شده است هرتز با استفاده از اين فرستنده و گيرنده ساده خود توانست عالئم الکتريکي ( راديويي ) را به فاصله چندصد متري ارسال و دريافت کند. او ضمن آزمايش هاي جالب خود متوجه شد که امواج ارسال شده از فرستنده در اثر برخورد با صفحات بزرگ فلزي منعکس مي شوند و اگر امواج در امتداد عمود بر فلزي ارسال شوند پس از برخورد به مانع منعکس شده و با امواج تابش تداخل پيدا کرده و توليد گره و شکم مي کند. هرتز, سرعت انتشار اين امواج را اندازه گرفت و دريافت نتيجه همان است که ماکسول پيشگويي کرده بود. يعني در آزمايش هاي خود نتيجهگرفت که اين امواج تمام خواص نور را) بازتابش, تفرق و تداخل ) دارا مي باشند. حال شرح نحوه عملکرد مدار نوسان کننده هرتز را بررسي مي کنيم. فرض کنيد ميله هاي M و N و کره هاي قبال باردار شده اند ( در يك نيم سيکل موج از فرستندهT ) بطوريکه Q و Q 1 Q 1 Q 1 داراي بار منفي و Q داراي بار مثبت است, اين دو کره بارداردر فضاي اطراف خود ميدان الکتزيکي ( E ) خواهند داشت که ميتوان اثر آن را برروي بار مثبت آزمون در امتداد خط عمود بر M و N دريافت کرد. وقتي در دهانه S جرقه زده شود نوسان الکتريکي بين دو کره و Q شروع مي شود. در نيم پريود بعدالکترونها از فاصله S عبور مي کنند و Q 1 منفي و Q مثبت مي گردد و در نتيجه شدت ميدان الکتريکي در يك نقطه نسبت به نيم پريود قبلي )183 درجه عوض مي شود. بطور کلي در اثر نوسان الکترون ها بين دو کره Q 1 و ) Q ميدان الکتريکي متناوب در اطراف آنها ايجاد مي شود که دامنه آن با دور شدن از ميله M و N کاهش مي يابد. عالوه بر ميدان الکتريکي در اثر حرکت نوساني الکترون ها, ميدان مغناطيسي متناوب H در اطراف مسيرحرکت الکترون ها ايجاد مي شود که امتداد آن عمود بر کتاب مي باشد.دامنه اين ميدان نيزبا دور شدن از ميله M و N کاهش مييابد. موج الکترومغناطيس نوسان کننده هرتز به صورت شکل )1-5( ميباشد.

11 11 11 اگر در فاصله S يك سري جرقه به طور متناوب ايجاد شود, هر جرقه يك دسته نوسان ميرا در MN ايجاد مي کند که اين نوسان به نوبه خود يك موج الکترومغناطيسي ميرا به فضا مي فرستد. چنانچه يك هادي که داراي بار الکتريکي مثبت و منفي مي باشد در مسير اين امواج قرار گيرد ( مانند يك سيم هادي که به عنوان آنتن گيرنده عمل مي کند( بارهاي الکتريکي در اثر نيروي وارد از امواج شروع به نوسان مي کنند. اگر هادي ( آنتن گيرنده ) مورد نظر مدار نوسان کننده اي باشد که فرکانس طبيعي آن ( فرکانس تشديد ) با فرکانس امواج يکي باشد تشديد حاصل مي شود و الکترون ها در مدار شروع به نوسان مي کنند ( نظير اين وضع در حلقه هرتز پيش مي آيد و در شکاف R جرقه مي زند ) بديهي است با تنظيم عرض شکافي ( R در گيرنده ها با تنظيم يا محاسبه طول آنتن ) مي توان حالت تشديد را به وجود آورد. نتيجه اي که از اين بحث و آزمايش هرتز مي توان گرفت اين است که هرتز در واقع با اين آزمايش نشان داد, آنتن ها نيز که در مباحث آينده مورد بحث قرار خواهند گرفت از يك مدار نوسان کننده LC درست شده اند که فرستنده با اعمال جريان متناوب با فرکانس برروي آنتن به حالت تشديد در مي آيد, آنتن فرستنده که با فرکانس f f محاسبه شد به حالت تشديد درآمده و نوسان مي کند و امواج را به فضا انتشار مي دهد. اگر آنتن گيرنده نيز با فرکانس تشديد محاسبه شود و در مسير امواج منتشر شده توسط آنتن فرستنده قرار گيرد امواج را دريافت و به حالت تشديد ( نوسان ) در مي آيد و در گيرنده آشکار خواهد شد. 1-4 آنتن گيرنده نيز با فرکانس تشديد f محاسبه ميشود و در معرض امواج انتشارداده شده توسط آنتن فرستنده قرار گيرد امواج را دريافت و به حالت تشديد ( نوسان ) در ميآيد و در گيرنده آشکار خواهد شد. بنا به سرعت امواج الکترومغناطيسي در محيط هاي مختلف تئوري ماکسول هرگاه از يك سيم هادي جريان متناوب عبور نمايد مقداري از انرژي الکتريکي در سيم به صورت انرژي الکترومغناطيسي از اطراف به خارج منتشر مي شود. اگر چه اين انرژي تشعشعي در فرکانسهاي پايين خيلي کم است اما در فرکانسهاي باالمقدار آن قابل مالحظه خواهد بود. انرژي الکترومغناطيسي منتشرشده از يك سيم به صورت ميدان الکتريکي) E ) و ميدان مغناطيسي) H ) در فضا منتشر ميشود عامل انتقال اين انرژي فوتون ها هستند. مقدار انرژي اين فوتونها بستگي به فرکانس نوسانات در سيم دارد. به اين معنا که هرچه فرکانس جريان در سيم حامل جريان بيشتر باشد انرژي فوتونها بيشتر خواهد بود. گفتيم امواج الکترومغناطيسي نوساناتي هستند که در فضاي آزادبا سرعت نور) m/s متر بر ثانيه ) حرکت مي کنند از طرفي بين فرکانس و طول موج و سرعت انتشار آن در محيط فرمول )1- ) برقرار است. V f (m) = 300 f ( MHZ ) فرمول )1-( : V سرعت موج در محيط انتشار بر حسب متر بر ثانيه ( m/s ) که اغلب با C نمايش داده مي شود. f : فرکانس موج برحسب هرتز و يا سيکل بر ثانيه ( C/S ) : طول موج بر حسب متر) m (و آن عبارت است از مسافتي که موج در يك سيکل کامل موج راديويي طي مي کند.

12 1 c = f مسأله : طول موج فرکانس جواب: 10 GHZ گيگا هرتز چقدر است m / s 9 c / s 0.03 m 3 cm بنابراين يك موج با سرعت 1 انتشار معين هرچه فرکانس آن بيشتر باشد طول موج آن کمترخواهد شد و هرچه فرکانس امواج الکترومغناطيس بيشتر شود خواص آن به خواص نور نزديکترميگردد. سرعت انتشارامواج الکترومغناطيس دريك محيطي که ضريبشکست آن نسبت به هوا ( خأل ) n باشداز فرمول ( 1-3( محاسبه ميشود. C C V= فرمول )1-3( n سرعت موج در يك محيط با ضريب شکست V n سرعت موج در محيط بر حسب متر بر ثانيه c سرعت نور در خأل بر حسب متر بر ثانيه n ضريب شکست محيط ثابت ديالکتريك محيط که براي خأل برابر واحد و براي هواي آزادنيز تقريبا برابر واحد در نظرمي گيرند. هدف از مطرح کردن اين فرمول اين است که نشان بدهيم وقتي نور از هوا وارد محيط شفاف مثل آب يا شيشه مي شود سرعتش کاهش مي يابد و در نتيجه شکست حاصل مي شود. بنابراين علت شکست امواج در موقع انتشار آن از محيطي به محيط ديگر تغيير ضريب شکست و در نتيجه تغيير سرعت آن مي باشد. در فرمول )1-3( ثابت ديالکتريك براي هر محيط متفاوت بوده لذا سرعت انتشار موج در يك محيط به جنس آن محيط بستگي دارد. محيطي که موج در آن انتشار مييابد داراي يك امپدانس مشخصه است که از نسبت ميدان الکتريکي) ) E بهميدان مغناطيسي ( H ) در محيط محاسبه مي شود. E z فرمول )1-4( H Z امپدانس مشخصه محيط انتشار موج برحسب اهم) E.) مؤلفه ميدانالکتريکي موج منتشره در ولت بر متر ( )v/m H. مؤلفه ميدان مغناطيسي موج منتشره در محيط بر حسب آمپربر متر ( A/M (. نفوذ مغناطيسي محيط. ثابت ديالکتريك محيط., امپدانس مشخصه فضاي آزاد برابر است با : فرمول هردو به جنس محيط بستگي دارند. محيط بر حسب ضريب Z 376/7 377 ) 1-5 ( اين امپدانس با امپدانس مدار الکتريکي فرق مي کند. چون در مدار الکتريکي امپدانس به مقدار و نوع المان آن بستگي دارد ولي اين امپدانس با هر E و H که در محيطي منتشر شود در تمام محيط)فضا(يکي است و اگر موج منتشره در محيط) E و ) H تغيير کند باز امپدانس محيط تغيير نمي کند. امپدانس مشخصه محيط عامل تلفات نيست فقط نسبت E ( Z H ) E H ميباشد بهخاطر اينکه اگرنسبت E ما ميدانيم واحد اهم را براي امپدانس در نظر مي گيرند. به H فرمول )1-6( را محاسبه کنيم واحد آن اهم ميشود و Z E H V m A m V A

13 انکسار موج )شکست موج( وقتي که به آب درون يك استخر نگاه مي کنيم عمق آب را به ظاهر کمتر از آنچه هست مي بينيم. هنگامي که قسمتي از يك قطعه چوب را بطور مايل در آب فروميبريم و به آن نگاه مي کنيم چوب را در محل فرورفتن در آب شکسته ميبينيم و اين به دليل شکست نور است وقتي از هوا وارد آب مي شود. شکست نور عبارت است از انحراف ناگهاني مسيرپرتوهاي نور ( الکترومغناطيس ) که بطور مايل از يك محيط شفاف مانند هوا وارد محيط شفاف ديگري مانند آب يا شيشه بشود به عبارت ديگر اگر موج يا نوراز محيطي به محيط ديگر وارد شود بعلت تغيير سرعت در سطح جدايي دو محيط تغيير مسير مي دهد که اين پديده را شکست موج گويند. اگر يك موج به طور عمودي بر سطح يك محيط بتابد بدون شکست در همان راستايي که تابيده) عمود ) وارد محيط دوم مي شود. شکل )1-9( مسير پرتوي را نشان مي دهد که از هوا ( با ضريب شکست کمتر n a (وارد شيشه ( با ضريب شکست بيشتر ) مي شود ودر محل ورودبه شيشه شکست n b مييابد. بايد به اين نکته توجه کنيم وقتي موج از هوا يا خأل وارد ماده چگالتري مانند شيشه يا آب مي شود ( a ) n b > n طوري ميشکند که پرتو شکست به خط عمود نزديکتر مي شود. برعکس هنگامي که موج از ماده اي چگالتر از هوا ( مانند شيشه يا آب ) وارد هوا مي شود پرتو شکست از خط عمود دور مي گردد. مقدار موج شکست يا موج انتشاريافته به محيط دوم به ضريب انتشار محيط بستگي دارد. الزم به تذکر است که مقداري از موج تابش پس از برخورد به سطح مشترك و محيط منعکس شده و به محيط اول برمي گردد که در جاي خود راجع به آن بحث خواهيم کرد. قانون شکست موج توسط اسنل و دکارت مطرح شدکه براي يادآوري آنهارا بيانميکنيم. پرتو تابش پرتو شکست و خط عمود بر سطح جداکنندة دو محيط در نقطه تابش هرسه در يك هستند. براي دو محيط شفاف معين نسبت سينوس زاوية تابش به سينوس زاوية شکست مقداري ثابت است. اين مقدار ثابت را ضريب شکست محيط ( يعني محيطي که موج شکست در آن قرار دارد (نسبت به محيط اول ( يعني محيطي که موج تابش در آن واقع است ) مينامند. سرعت موج تابش پس از برخورد به سطح مشترك که مرز دو محيط غير همگن ( غير همسان (است از Vبه A V B تغييرمي يابد. بنابراين قانون دوم شکست موج به صورت فرمول )1-7( نوشته مي شود. sin i n sin v BA n n B A V V A B A B فرمول )1-7( B ) نسبت به محيط اول )A( V B ضريب شکست محيط دوم ( B و به ترتيب سرعت موج و طول موج در n BA محيط دوم و V A و A به ترتيب سرعت موج و طول موج در محيط اول مي باشد. حال به حالتهاي مختلفي که در انتشار موج از محيطي به محيط ديگر ممکن است اتفاق بيفتد توجه ميکنيم. محيط اول هوا )خأل( و محيط دوم يك هادي باشد در اين صورت مقدار کمي از موج در هادي جاري و تقريبا مقدار زيادي از آن منعکس مي شود. بنابراين اگر محيط دوم يك هادي خالص) فلزات هادي مانند مس ) باشد آنگاه تمام موج تابش 13

14 14 منعکس شده و موج انتشاري به داخل هادي نخواهيم داشت. بهخاطرهمينخاصيت از فلزات هادي بعنوان منعکس کنندة امواجالکترومغناطيس استفاده مي کنند. اگرراديو را در فضايي که از فلز پوشيده شده روشن کنيم به دليل اينکه امواج در برخوردبه پوشش فلزي تماما منعکس شده و به داخل انتشار نمي يابد راديو موجي از ايستگاههاي موجود را دريافت نخواهد کرد. محيط اول يك هادي )مثال آنتن( و محيط دوم هوا شدت ميدان الکتريکي ( خأل (باشد براي يك موج که يك محيط هادي ( آنتن ) را ترك مي کند در مرز تقريبا دوبرابر مي شود و دامنة شدت ميدان الکتريکيموج انعکاس باموج انتشار ( اصلي( تقريبا برابر مي شود و اين معرف يك موج ساکن در محيط اول ( آنتن (مي باشد. محيط اول يك خط انتقال و محيط دوم امپدانس بينهايت باشد)خط انتقال باز( موج شکل) 1-6( خط انتقال باز در اين حالت همه موج ارسالي در خط انتقال منعکس مي شود به همين علت در سيستمهاي راديويي بيسيم به افرادي که با دستگاه کار ميکنند تأکيد مي شود دستگاه را بدون اتصال آنتن به خروجي به حالت ارسال نبرند زيرا خروجي بيسيم بدون اتصال آنتن مانند خط انتقال باز عمل نموده همه توان ارسالي به دستگاه برمي گردد ( رفلکت ) و احتماال به آن صدمه وارد خواهد شد. اگر محيط اول و دوم يکسان باشد مانند يك خط انتقال پيوسته و امپدانس مشخصه يکنواخت و ياماننددو محيط با امپدانس مشخصه مساوي در اين حالت تمام موج ارسال شده به محيط اول تماما وارد محيط دوم مي شود انتشار آن به محيط دوم انتشار کامل بدون انعکاس و برگشتي مي باشد. به همين منظور انتقال تمام موج از خط انتقال به آنتن بايد امپدانس مشخصه آنتن و خط انتقال يکي بوده و توجه کرد که تطبيق امپدانس صورت گرفته باشد در انتشار امواج راديويي هر قدر فرکانس موج بيشتر شود شباهت آن به امواج نوراني بيشتر مي گردد. بر اثر پديدة انکسار امواج شروع به خم شدن ( شکستن ) مي کنند. شکل )1-7( را مشاهده کنيد. VHF- Low band VHF-High band/uhf شکل )1-7( انکسار 14

15 15 در اينجا چگونگي پنهان شدن آنتن گيرنده از آنتن فرستنده ديده مي شود. ( a ) در فرکانسهاي پايين نظير پايين باند VHF امکان رسيدن مقداري انرژي به آنتن گيرنده وجود دارد. ( b ) در فرکانسهاي باال نظير باالي باند VHF بخصوص باند UHF با وجود خم شدن امواج سيگنالي به آنتن گيرنده نمي رسد. در اينجا آنتن گيرنده از آنتن فرستنده توسط تپه بزرگي پنهان شده است با وجود اين آنتن گيرنده مقداري از موج راديويي را توسط پديدة خم شدن امواج ( در اثر شکستن در حين برخورد به لبههاي محيط دوم که تپه است ) در فرکانسهاي پايين دريافت ميکند. در فرکانسهاي باالتر اثر انکسار کم مي گردد. شکل )1-7( b در اين شکل آنتن گيرنده هيچ موجي را دريافت نمي کند چون امواج به قدر کافي خم نمي شود براي غلبه بر اين اشکال آنتن گيرنده را بايددر باالي تپه گذاشت و توسط خط انتقال ( کابل هم محور ) با افت کم به دستگاه که در پايين ميباشد وصل نمود و يا با نصب يك تکرارکننده در باالي تپه موج راديويي را به گيرنده تغذيه نمود نقاطي که امواج بدينصورت به آنها نمي رسدبه نقاط سايه معروفند. نواحي سايه در UHF بيشتر از VHF است همچنين ساختمانها و درختها امواج UHF را به مقدار زياد تضعيف مي کنند [5 6 11]. 1-6 انعکاس موج )برگشت موج( مقداري از امواج الکترومغناطيس پس از برخورد به مانع منعکس مي گردد. قوانين انعکاس امواج نيز مشابه قوانين انعکاس امواج نوراني است. زاوية تابش با زاويه انعکاس برابرو هر دو اشعه و خط عمودبر سطح در يك قرار دارند. بيشتراجسام نور) امواج الکترومغناطيس ) را منعکس مي کنند.در معموليترين نوع انعکاس که پخش نور ناميده مي شود نور در تمام جهات منعکس مي شود. کتابي که روي يك ميزدراتاق قرار دارد بوسيله يك نور نقطه اي روشن شده است از هر گوشة اتاق ميتوان آنرا ديد. اين نوع انعکاس وقتي اتفاق مي افتد که زبري جسم که نور را منعکس ميکند نسبت به طول موج نور ( طول موج امواج الکترومغناطيسي ) منعکس شده داراي ابعاد بزرگتري باشد. در نوع ديگر انعکاس که انعکاس منظم ميباشد يك دسته اشعه باريك نور ( موج ) در يك امتداد فقط منعکس مي شود. اين نوع انعکاس در سطح صاف که زبري آن نسبت به طول موج منعکس شده کوچك است اتفاق ميافتد. براي مثال انعکاس نور روي کاغذ نوررا پخش ميکند در صورتي که انعکاس نور در آينه پخش نميشود.به هرحال انعکاس توسط سطح ناصاف در جهات مختلف صورت مي گيرد شکل )1-8( را ببينيد. شکل )1-8( نحوة انعکاس امواج از سطوح مختلف اجسام 15

16 16 همانطور که در بحث انکسار امواج مطرح شد مقداري از امواج بعداز برخورد به يك محيط منعکس مي شود که شدت يا مقدار انعکاس به ضريب انعکاس محيط بستگي دارد. شکل )1-9( موج n A خط عمود بر N زاويه زاويه زاويه r موج n B n B موج شکل )1-9( انعکاس موج حال انعکاس در محيطهاي مختلف را بررسي مي کنيم : 1( بطور کلي اگر موج راديويي از يك محيط با ضريب شکست n A به محيط دوم باضريب شکست وارد شود در مرز دومحيط مقداري از موج تابش منعکس شده که مقدار آن به ضريب انعکاس محيط ( جنس و ابعاد محيط ) بستگي دارد. ( اگر محيط دوم يك هادي ( مثل فلزات ) باشدتقريبا اکثر موج تابش منعکس شده و اگرهادي يك هادي خالص باشد تمام موج که به سطح آن برخورد مي کند منعکس ميشود و همانطور که در بحث شکست موج مطرح شد به اين دليل از فلزات هادي بعنوان انعکاس کنندة امواجالکترومغناطيس استفاده مي شود که در انتشار امواج کاربرد زيادي دارد. امواج بافرکانس کم مشخصه هاي متفاوتي با اشعه نوراني خواهندداشت. امواج با فرکانس کم ( LF ) متوسط) ) MF و زياد) ) HF به آساني از داخل موانع بزرگ جامدعبور ميکنند به اين علت که ضريب نفوذ آنها زياد است. امواج با فرکانس خيلي زياد ( VHF و ) UHF به باال به سختي از داخل موانع عبورکرده و در نتيجه از طرف مانع به طرف منبع موج منعکس ميگردد به اين علت که ضريب انعکاس باافزايش فرکانس زياد مي شود. بطور کلي هر جسمي که بزرگتر از نصف طول موج باشد مي تواند امواج را منعکس کند. البته انعکاس در مورد اجسام فلزي بيشتر است. با وجود اين اجسام طبيعي مانند تپه ها و کوهها در انعکاس امواج تأثير زيادي دارند. بعضي اوقات حتي ابرها نيزامواج را منعکس ميکنند. انعکانس در فرکانسهاي باالتر بيشتر مي شود مثال انعکاس در باند UHF بيشتر از باند VHF است. شکل )1-13( انعکاس امواج از موانع 16

17 17 در شکل )1-13( حاالت انعکاس امواج از موانع ديده ميشود. در اينجا آنتن گيرنده مستقيما سيگنال را از آنتن فرستنده و همچنين در مسير انعکاس از موانع مختلف دريافت مي کند البته سيگنال منعکسه مسير طويلتري نسبت به مسير مستقيم طي کرده و به اين دليل کمي ديرتر به گيرنده خواهد رسيد [5 6 11]. 1-7 پخش )تفرق( امواج امواج نوري )الکترومغناطيسي( در اثر عبور از يك دريچه با برخورد به لبههاي اجسام از مسير راست خود منحرف و به اطراف پخش ميشوند. که به اين پديده تفرق ميگويند.نحوه پخش امواج به طول موج و قطر دريچه بستگي دارد. به شکل )1-11 ) نگاه کنيد. اين حالت هنگامي که موج از کنار يك مانع عبور کند نيز اتفاق ميافتد. در اين حالت تفرقه در جهت مانع است. امواج با فرکانس باال پس از برخورد به مانع متفرق شده و به همة جهات پخش ميشوند. از اين خاصيت تفرق براي ارسال امواج مايکروويو به نقاط دور دست استفاده ميشود. آنتنهاي مايکروويو به اين صورت عمل ميکنند. شکل )1-11( پخش موج پس از عبور از يك دريچه 1-8 پالريزاسيون موج انرژي امواج الکترومغناطيسي شامل دو قسمت است: ميدان الکتريکي) ) E و ميدان مغناطيسي ( H ( که در فضا دو ميدان فوق برهم عمودند و جهت انتشار امواج در جهت عمود بر صفحة شامل هر دو ميدان ميباشد. چنانچه ميدان الکتريکي موجي افقي باشد موج داراي پالريزاسيون افقي است و اگر ميدان الکتريکي عمود باشد موج داراي پالريزاسيون عمودي است. آنتني که بطور عمودي قرار دارد موجي با پالريزاسيون عمودي منتشر ميکند و اگر آنتن بصورت افقي باشد موجي با پالريزاسيون افقي منتشر ميسازد. در عمل امواج با پالريزاسيون افقي و عمودي در فضا به علت چرخش ميدانهاي آن بصورت پالريزاسيون دايرهاي يا بيضوي در ميآيد. 17

18 18 فصل دوم -1 انتشار امواج در محيط اطراف زمين انتشار امواج الکترومغناطيسي تنها به خواص خودشان بستگي ندارد. بلکه تحت تأثير شرايط محيط نيز مي باشد. روشهاي گوناگون انتشار امواج به ميزان زيادي به فرکانس آنها بستگي دارد. هر آنتن که امواج را به فضا پخش مي کند همزمان داراي سه مؤلفه موج مي باشد که بستگي دارد به اينکه موج منتشر شده از آنتن داراي چه فرکانسي مي باشد يکي از مؤلفه ها نسبت به دومؤلفه ديگرقويتر منتشر مي شود. عموما امواج بطور مستقيم حرکت مي کنند بجز در مواردي که زمين و عوامل ديگرباعث تغيير مسير آن شود. انتشار امواج راديويي به سه صورت : امواج زميني امواج آسماني و امواج فضايي ( مستقيم ) تقسيم ميشوند [ ] امواج زميني)سطحي(( Wave (Ground دسته اي از امواج راديويي که داراي طول موج بلند LW( ( فرکانس کم و طول موجهاي متوسط ( MW ) ميباشند به گونهاي فرستاده مي شوندکه پس از انتشار از آنتن مسافت بين فرستنده تا گيرنده را در سطح کرة زمين و يا در مجاورت زمين طي مي کنند. در شکل )-1( و )-( امواج زميني را مشاهده مي کنيد. شکل )-( انتشار امواج زميني شکل) -1 ( امواج با فرکانس کمتر از 3 MHZ بر روي زمين و تا فرکانس حدود 6 MHZ روي آبها معموال بصورت زميني )سطحي( منتشر مي شوند. اين امواج چون در تروپوسفر منتشر مي شوند ( تروپوسفر فضاي اطراف زمين که ابرها وجود دارند ) امواج تروپوسفري نيز ناميده مي شوند. امواج زميني بايد باپالريزاسيون عمودي منتشر شوند ( مؤلفه ميدان الکتريکي موج عمود بر زمين است ) تا از اتصال کوتاه شدن ميدان الکتريکي موج جلوگيري بعمل آيد. موج در حين انتشار در سطح زمين مقداري جريان در زمين القاء مي کند و در نتيجه سبب تلفات يا جذب انرژي مي شود. اين مسأله تا حدي از آن است که انرژي از بخشهاي باالي جبهه موج به سمت پايين متفرق مي شود. تفرق سبب تضعيف موج زميني مي گردد. همانطور که درشکل )3 - ) مشاهده مي کنيد جبهه موج در اثر انتشار کج مي شود و هر چه جلوتر مي رود مقدار کجي با انحراف از حالت عمودي بيشتر مي شود. انحراف جبهة موج سبب مي شود که مؤلفه ميدان الکتريکي موازي زمين شده و هر چه انحراف بيشتر باشد مؤلفه ميدان الکتريکي بيشترافقي مي شود با اتصال کوتاه شدن ميدان الکتريکي روي زمين 18

19 19 شدت ميدان کاهش مي يابد و در فاصله اي از آنتن فرستنده بر حسب طول موج ( به نوع زمين که انتشار روي آن صورت مي گيرد بستگي دارد ) سطح موج کامال مي خوابد و از بين مي رود. E E E E زمين شکل )-3( انتشار امواج زميني T کيفيت حرکت و برد اين امواج به شرايط جغرافيايي و طبيعي محيط بستگي دارد. حداکثر برد امواج زمينيبراي سطح آبها است) چون اين امواج کمتر جذب آب ميشوند ) که حدود 633 کيلومتر را طي مي کنند. حد اکثر برد اين امواج به ترتيب در اقيانوسها و درياها سرزمينهاي کويري شن زارها نواحي سنگالخي مناطق کوهستاني و جنگلي است بدترين محيط برايحرکت امواج سطحي جنگلها و نواحي پردرخت مي باشندکه امواج بيش از چند متر حرکت نمي کنند. انتشار امواج سطحي به دليل برد کم بيشتر براي انتقال اطالعات درون مرزي مناسب هستند. تقسيم قدرت راديويي بين دو مؤلفه موج زميني و آسماني به عوامل زيادي چون نوع زمين فرکانس قابل هدايت زمين و غيره بستگي دارد. باندهاي فرکانس VLF LF و MF که حدود فرکانسهاي هريك درفصل قبل آمده است و محدودة فرکانسهاي هرسه باند مذکور 3 KHZ تا 3333 KHZ را مي پوشاند بصورت انتشار زميني منتشر ميشوند [ ]. -1- امواج آسماني )امواج انعکاسي- امواج يونسفري( ( WAVE ) SKY امواج راديويي با فرکانسهاي 3 تا 33 مگاهرتز که طول موج آنها کمتر از طول موج باند ( MW ) ميباشد در مقايسه با فرکانسهاي باند MW در فاصله کمتري در سطح زمين انتشار مي يابند چون به سرعت جذب اليه هاي زمين خواهند شد. اين امواج زمين را در زاويه هايي که ميتواند بين 33 تا 93 درجه تغيير کند ترك ميکنندو بوسيله اليه هاي يونيزه ( اليه يونسفر ) منعکس ميشوند. به همين دليل به اين امواج امواج انعکاس يا امواج يونسفري مي گويند. در اين نوع سيگنال به طرف طبقه باالي جو زمين ارسال مي شود که پس از انعکاس به زمين خارج از ديد افق برمي گردد. امواج آسماني براي آنکه به آن طرف کرة زمين انتقال يابند بايدچند بار از جو به زمين و اززمين مجددا به جومنعکس گردند. شکل )-4( شکل )-4( انتشار امواج آسماني که توسط اليه يونسفر منعکس شده. 19

20 1 امواج زميني و آسماني هيچکدام در فضاي بين ستارگان يا در اطراف اجسام سماوي بدون هوا مانند ماه نمي توانند وجود داشته باشند. دسته ديگري از امواج بنام امواج فضايي )امواج مستقيم(که بعدا مورد بحث قرار خواهد گرفت مي توانند به اين نواحي ارسال شوند. کيفيت انتشار امواج آسماني به وضع جو تغيير فصول و تغييرات ساعات شبانه روزبستگي دارد. شکل )5 -( را مشاهده کنيد که در آن تغييرات شبانه روز روي امواج آسماني چگونه تأثير گذاشته است. امواج راديويي درشب از اليه E منعکس شده در حاليکه در شب همان امواج از اليه F برگشت خورد. شکل ) -5 (تأثير شب و روز بر امواج آسماني بطور مثال امواج در زمستان نسبت به پاييز بهتر انتقال مي يابند. در زمستان بخاطر نفوذ کم نور خورشيداليه E کمتر بوجود مي آيد. يکي از ويژگيهاي عمدة اينگونه روش ارسال موج آن است که امواج راديويي در مناطق نزديك فرستنده که آن را مسافت پرش ( Distance ) Skip مي نامند قابل دريافت نمي باشد. اين ويژگي در فاصله بين دوبرخوردموج آسماني به زمين نيز رخ مي دهد. الف( يونسفر و تأثيرات آن بر امواج راديويي: در سال 195 ميالدي ادوارد آپلتن طي آزمايشهايي نشان داد که مولکولهاي جو به مقدار الزم انرژي از خورشيد گرفته و به صورت يونهاي مثبت و منفيتفکيك مي شوند. )در يونسفر الکترونهاي آزاد بوجود مي آيند ) و مولکولهاي يونيزه شده تا يك مدت طوالني حالت يونيزه خود را حفظ مي کنند. همچنين نشان دادکه اليه هاي يونيزه متفاوتي وجوددارندکه ميزان يونيزاسيون و ارتفاع آنها با يکديگر فرق مي کند و تحت شرايط معيني امواج HF را به زمين منعکس مي کنندو در غير اينصورت امواج از آنها عبور کرده به سمت فضا مي رود اليه هاي مختلف يونيزه اثر متفاوتي در انتشار امواج دارندکه به شرح آن مي پردازيم. يونسفر طبقه باالي جو است که مرتب بميزان زيادي انرژي از خورشيد گرفته و در نتيجه گرم و يونيزه مي شود. تغيير پارامترهاي فيزيکي جو ازقبيل درجه حرارت چگالي ترکيب و همچنين انواع تابشهاي دريافت شده مانند اشعه هاي ماوراء بنفش آلفا ( ( بتا ( ) و گاما )( ازخورشيد و از کهکشان باعث ايجاد چهار اليه اصلي در طبقه يونسفر مي گردد. که از پايين به باالاليه هاي D و E و F1 و F ناميده ميشودکه در اليه F1 و F در شب يکي مي شوند. به شکلهاي )-6( و )-7( توجه کنيد. 1

21 1 شکل )-6( چگونگي تشکيل اليه هاي يونسفر در شب و روز اطراف کرة زمين شکل )-7( چگونگي ارتفاع اليه هاي يونسفر از سطح زمين اليه : D پايين ترين اليه به ارتفاع تقريبي متوسط 73 کيلومتر و ضخامت تقريبي 13 کيلومتر ميباشد. يونيزاسيون آن به ارتفاع تابش خورشيد بستگي دارد و به همين دليل در شبها از بين ميرود اين اليه نقش چنداني در انتشار باند HF ندارد. ولي امواج VLF و LF را تحت شرايطي منعکس مي کند. اليه D تا حدودي امواج HF و MF را جذب نموده و سبب تضعيف آنها مي شود به همين دليل در شب قدرت ايستگاه گرفتن در راديوها بيشتر از روزهاست. 1

22 اليه : E اليه بعدي در ارتفاع تقريبي 133 کيلومتري با ضخامت تقريبي 5 کيلومتر است مانند اليه D در شب از بين مي رود زيرا نبودن تابش خورشيد در شب سبب مي شودکه يون ها بايکديگر ترکيب و خنثي مي شوند. وظيفه اصلي اين اليه کمك در انتشار زميني امواج سطحي MF است اين اليه تا حدي امواج HF را نيز در روز منعکس مي کند. اليه ( ES اليه E پراکنده (: اليه اي است با ضخامت کم ولي غلظت يوني بسيارزياد که گاهي باالي اليه E وجود دارد. اين اليه را اليه E پراکنده هم مي گويند. چنانچه ES وجود داشته باشد در طول شب هم از بين نمي رود. اين اليه نقش چنداني در انتشار امواج به فاصله زياد ندارد ولي گاهي چنان مؤثر است که سبب دريافت غير قابل انتظاري مي گردد. علت وجود و چگونگي عمل ES هنوز به خوبي شناخته نشده است. اليه : F1 همانطوريکه در شکل ديده مي شود در ارتفاع 183 کيلومتري با ضخامت تقريبي 3 کيلومتر درروز وجود دارد. اين اليه در شب با اليه F يکي مي شود. اليه F1 در انعکاس امواج HF تأثير کمي دارد ولي قسمت اعظم موج HF از اليه F منعکس مي شود. توجه کنيد که اثر تضعيف اين اليه و اليه هاي ديگر بايد دو برابر شود زيرا تضعيف هم در مسيربه باال و هم در مسير به پايين موج موجود است. اليه : F اين اليه مهمترين نقش را در انعکاس امواج HF دارد. اين اليه در ارتفاع 353 تا 433 کيلومتري در عرض روز و با ضخامت تقريبي 33 کيلومتر مي باشد و با اليه F1 در شب يکي شده و ارتفاع تقريبي به 333 کيلومتر نزول مي کند. ارتفاع و چگالي يونيزاسيون اين اليه به مقدار زيادي به ساعات شبانه روز درجه حرارت متوسط محيط و نور خورشيد بستگي دارد. اليه F بر خالف اليه هاي ديگر درشب هم وجود دارد و داليل آن اين است که اوال اين اليه باالترين اليه است لذا به ميزان زيادي يونيزه مي شود که امکان دوام آن در شب هم تاحدي وجود دارد. از طرفي با وجود اين که غلظت يوني اين اليه زياد است چگالي هوا در آن کم است که اين خود احتمال ترکيب يونها و خنثي شدن آنها را کم مي کند. يکي شدن در اليه F1 و F و از بين رفتن دو اليه به E و D سبب مي گردد که شب انعکاس HF بهتر گردد و موج با افت کمتري به زمين برگردد لذا دريافت امواج HF در شب بهتر مي شود. در ادامه بحث تأثيرات طبقات يونسفر بايد متذکر شويم که چگالي الکترونها به طرف وسط اليه افزايش يافته و امواج راديويي توسط اين تغيير چگالي شکسته و به زمين برميگردد. به عبارت ديگر اليه يونيزه شده داراي يك نوع ضريب شکست ميباشد که امواج در حرکت به عمق اليه رفته رفته شکسته شده تا نهايتا به سمت زمين منعکس ميگردند. ميزان خميدگي موج در يونسفر به فاکتورهايي چون فرکانس موج زاويهاي که تحت آن زاويه موج وارد طبقه يونسفر ميشود ضخامت و چگالي ذرات باردار يونسفر درآن لحظه و... بستگي دارد. در فرکانسهاي باالتر براي اينکه امواج به زمين برگشت داده شود موج راديويي بايد تحت زاويه کوچکي درطبقه يونسفر وارد شود. باافزايش فرکانس امواج راديويي ماکزيمم زاويه مجاز برخورد به طبقه يونسفر ( جهت خم شدن کامل ) کوچکتر ميشود. و اگر فرکانس بازهم افزايش يابد حالتي را بهوجود ميآورد که ديگر خميدگي امواج به طرف زمين غيرممکن ميشود و در اين فرکانس ديگر اهميتي ندارد که زاويه برخورد به طبقه يونسفر چقدر باشد. در هر صورت امواج از طبقه يونسفر عبور ميکند و انعکاسي وجود ندارد. در شرايط معمولي حالت فوق در يونسفر براي فرکانسهاي حدود 33 تا 43 مگاهرتز شروع ميشود [ ].

23 3-1-3 امواج فضايي ديد مستقيم wave( ) Line of sight منظور از اشعه مستقيم امواج راديويي است که مستقيما از سوي فرستنده به سوي گيرنده حرکت ميکند. در فرکانسهاي 33 تا 43 مگا هرتز بيشتر امواج آسماني برگشتي از طبقه يونسفر به علت ناچيز بودن يا اصال حذف کامل و نقش چنداني ندارند. اين امواج را به روش سطحي و يا به صورت انعکاس نميتوان ارسال نمود. چنانچه اين امواج به صورت سطحي پخش شوند به آساني توسط اليه هاي زمين جذب مي شوند و چنانچه به صورت آسماني منتشر شوند در اليه هاي يونسفر نفوذ کرده و حرکت خود را تا مقصدهاي نامعلوم ادامه خواهند داد. به اين جهت امواج فرکانس باال)باالتر از 33 مگاهرتز( نظير امواج تلويزيوني بطور مستقيم يا در خط ديد بايد ارسال شوند. ارسال در خط ديدبه اين معناست که آنتن فرستنده بتواند آنتن گيرنده را مشايعت کند تا امواج پس از انتشار بطور مستقيم بدون برخورد به موانع جدي به گيرنده برسد.شکل) -8 ( شکل )-8( انتشار مستقيم امواج الکترومغناطيسي که به صورت مستقيم پخش مي شوند اگر به موانع طبيعي يا مصنوعي بزرگ برخورد نکنند و زمين مسطح و صاف باشد حد اکثر تا مسافت تقريبا 83 مايل ( حدودا 153 کيلومتر ) را طي ميکنند. و اين برد بيشتر از برد افق راديويي تئوري است. در اينجا خم شدن موج در اثر شکست به علت تغيير تروپوسفر کمي بيشتر از افق راديويي را طي خواهد کرد. براي ارسال امواج مستقيم) تلويزيوني ) به فواصل دورتر از مقدار ذکرشده بايد در نقاطي که در مسير آنها کوهها و ارتفاعات قرار دارند از دستگاههاي تکرارکننده ( رله ) استفاده شود.) رله دستگاهي است که امواج را از فضا دريافت و بعد از تقويت الزم مجددا به فضا منتشر ميکند.( به خاطر کاري که رلهها انجام ميدهند آنها را بر بلندي قلهها و ارتفاعات نصب ميکنند. انتشار مستقيم امواج به اين صورت است که امواج آسماني را بايد متمرکز کرد و مستقيما به طرف گيرنده هدايت نمود. شرايط فوق در مورد امواج با فرکانس زياد ( باالتر از 33 يا 43 مگاهرتز ) موجب ميشود که فاصله ارتباطي طي شده توسط امواج با فرکانس زياد محدود شود. تحت بعضي شرايط غير معمول در طبقه يونسفر گاهي ممکن است بهعلت تمرکز زياد ذرات باردار و انکسار امواج راديويي حالتي بهوجود آيد که خم شدن امواج راديويي در فرکانسهايي تاحدود 63 مگاهرتز نيز انجام شود.بهخاطر اين مسئله گاهي امواج مستقيم ( تلويزيوني ) تحت همين شرايط مسافت زيادي را طي کرده و در نقاط دوردست قابل دريافت خواهند بود. از آنجايي که زمان و محل دقيق پديدة فوق را نميتوان بهدقت پيشگويي کرد روي همين اصل در کارهاي تجاري داراي ارزش نميباشد. امواجي که با روش مستقيم ارسال ميشوند) امواج مايکروويو و امواج راداري ) درحال انتشار در اتمسفر) جو ) از مسير راست منحرف ميگردند. علت 3

24 4 آن همگن نبودن محيط اتمسفر است غلظت هوا در ارتفاعات مختلف متفاوت است.اين تغيير محيط باعث تغيير ضريب شکست امواج ميگردد ( قانون اسنل ) و جهت انتشار امواج به سمت پايين منحرف ميگردد. به همين دليل امواج راداري هدف را در محلي غيراز نقطه واقعي تشخيص خواهند داد. گاهي اتفاق ميافتد که يك طبقه هواي گرم روي طبقهاي از هواي سرد برخالف تغييرات عادي درجه حرارت در اتمسفر درمسير انتشار قرار ميگيرد. اين پديده کريدور يا داالني ايجاد ميکند که امواج در داخل آتمسفر طوالنيتر از خط ديد را طي مينمايند. بهاين طريق گاهي امواج مستقيم ( فرکانسهاي 43 مگاهرتز به باال ) تا چندين برابر برد عادي خود افزايش مييابند و در فواصل دور قابل دريافت هستند که به اين پديده انتشار غيرعادي موج گويند. شکل )-9( را مشاهده نماييد [ ]. هواي هواي شکل )-9( انتشار غيرعادي - ويژگيهاي باندهاي مختلف راديويي --1 باند فرکانس خيلي کم VLF محدودة فرکانس اين باند 3 تا 33 کيلو هرتز ميباشد. امواج راديويي دراين باند به روش انتشار زميني است. دو مؤلفه ديگر موج يعني مؤلفه آسماني و مؤلفه فضايي بسيار ضعيف ميباشد. اين باند براي مخابرات راه دور بيشتر مخابرات دريايي که درروز تا فواصل چند هزار کيلومتري پوشش راديوييدارد بهکار ميرود.آنتنهايي که دراين باند ساخته و به کار ميروند بزرگ و گران قيمت هستند. -- باند فرکانس کم LF فرکانس اين باند بين 33 تا 333 کيلو هرتز ميباشد. امواج راديويي دراين باندنيز به روش انتشار زميني است. اين باز به مخابرات راه دوردريايي اختصاص يافته است و برد آن تاحدود 633 کيلوهم ميرسند. ابعاد آنتن دراين باند کوچکتر از باند VLF ميباشند. --3 باند فرکانس متوسط MF فرکانس اين باند از 333 تا 3333 کيلو هرتز است. انتشار اين باند به صورت زميني ميباشد در اين باند مؤلفه موج آسماني نيز وجود دارد. گاهي گيرندهها موج را دراين باند از طريق مؤلفه انتشار آسماني دريافت ميکنند به خصوص در شب که اليه D طبقات يونسفر وجود ندارد. از طريق مؤلفه آسماني راديوهاي درون مرزي کشورها در کشورهاي همجوار قابل دريافت ميباشند. اين باند شامل فرستندههاي AM راديويي درون مرزي است که تافواصل تقريبي 33 الي 333 کيلومتري را تحت پوشش دارد. 4

25 5 --4 باند فرکانس زياد HF فرکانس اين باند ار 3 تا 33 مگاهرتز مي باشد و گاهي اوقات از تا 43 مگاهرتز راهم جزء اين باند در نظر مي گيرند. امواج راديويي در اين باند به صورت انتشار آسماني است که پس از انتشار از آنتن به طرف طبقات يونسفر حرکت کرده و به آن برخورد مي کند و منعکس مي شوندو به زمين برمي گردند. زمين مجددا اين امواج رابه طرف طبقات يونسفر منعکس کرده و اين طريق انعکاس ادامه مي يابد بطوري که امواج در نواحي دور از آنتن فرستنده قابل دريافت هستند. به همين دليل در مخابرات برون مرزي و راه دور از اين روش انتشاراستفاده مي شود. مؤلفه موج زميني در اين باند ضعيف بوده و تا چند کيلومتري پيش نمي رود. --5 باند فرکانس خيلي زياد VHF فرکانس اين باند از 33 تا 333 مگاهرتز مي باشد. امواج راديويي در اين باند بصورت انتشار مستقيم است. مؤلفه موج آسماني آن ضعيف و يا اصال ندارد. اين باند شامل ايستگاههاي فرستنده راديويي FM و باندهاي تلويزيوني VHF و همچنين بي سيمهاي VHF مي باشد. آنتن فرستنده و گيرنده در اين باند بايد همديگر را مشايعت کنند چون امواج به صورت مستقيم ارسال مي شوند بنابراين بايد آنتن ها در ارتفاعي باالي سطح زمين روي دکل نصب شوند. ارتفاع آنتن ها در انتشار فرکانسهاي VHF بسيار مهم مي باشد در حالي که قدرت ايستگاههاي فرستنده به اندازه ارتفاع آنتن مهم نيست. شدت ميدان ( جريان القايي آنتن ) مربوط به سيگنال VHFدر محدوده فاصله افق را از فرمول )-1 ) محاسبه فرمول -1( ) مي کنيم : در اين فرمول E( mv / m) / 85 Pt h t ht h d r قدرت ( قدرت مؤثر تشعشعي ) برحسب کيلووات ( kw ) و P t h r و ارتفاع آنتنهاي فرستنده و گيرنده برحسب متر. d فاصله از ايستگاه فرستنده برحسب متر. λ طول موج سيگنال ارسالي برحسب متر ميباشد. E شدت ميدان القايي) ولتاژ القايي ) در يك آنتن دو قطبي است. اين رابطه نشان ميدهد که جريان ميدان القايي آنتن با ارتفاع آنتن ها و جذب قدرت فرستنده نسبت مستقيم دارد. بنابراين اگر قدرت چهار برابر شود شدت ميدان فقط دوبرابر اضافه مي گردد در حالي که باچهار برابر نمودن ارتفاع آنتن شدت ميدان به همان اندازه افزايش مي يابد. --6 باند فرکانس ماوراء زياد UHF فرکانس اين باند از 333 تا 3333 مگاهرتز مي باشد. امواج راديويي در اين باند منحصرا به صورت مستقيم LOS( ) ارسال ميشوند بايد اشاره کنيم که تمام فرکانسهاي بيشتر از UHF به صورت مستقيم ارسال مي شوند. اين باند شامل فرستنده هاي تلويزيوني و بي سيمهاي UHF مي باشد. برد امواج در اين باند مطابق با فرمول )-4 ) شديدا به ارتفاع آنتن بستگي دارد. سيگنالهاي UHF کمتر از سيگنالهاي VHF خم مي شوند بدين ترتيب سطحي که يك سيگنال UHF منتشر شده و قابليت دريافت دارد از سطحي که يك سيگنال VHF با همان شرايط منتشر مي کند کمتر خواهد بود. ضمنا شرايط جوي مانند رطوبت هوا بارندگي و مه شديد. انرژي اين امواج را مطابق با فرمول تجربي )-( تضعيف خواهند کرد. 5

26 6 --7 باند فرکانس قوق العاده زياد SHF فرکانس اين باند از 3 تا 33 گيگا هرتز است. انتشار آن به صورت مستقيم است که به راحتي از طبقات يونسفر عبور مي کند. ارتباط راديويي دراين باند کمتر انجام مي شود چون دستگاهها پيچيده و گران قيمت خواهد بود. اين باند بيشتر براي کارهاي تحقيقاتي استفاده مي شود.آنتن هاي به کار رفته دراين باند آنتن هاي مايکروويو )آنتنهاي سهمي يا بشقابي ) ميباشند. --8 باند فرکانس EHF فرکانس اين باند از 33 تا 333 گيگا هرتزمي باشد. انتشار آن بطور مستقيم و ارتباط راديويي در اين باند انجام نمي گيرد و بيشتر براي کارهاي تحقيقاتي و مطالعاتي است. ساخت دستگاهها در اين باند به خاطر باالبودن فرکانس مشکل و پيچيده است. آنتن هاي اين باند نيز از آنتنهاي مايکروويو ( آنتنهاي سهمي يا بشقابي ) است. - 3 تأثير اتمسفر ( جو ) بر امواج راديويي گازهاي موجود در اتمسفر انرژي امواج را جذب ميکنند. از ميان گازهاي اتمسفر اکسيژن و بخار آب بيشترين تأثير را در اين مورد دارند. انرژي امواج توسط اکسيژن و بخار آب جذب و تبديل به حرارت ميشوند. که در اين فرمول مقدار تضعيف موج برحسب db در مايل دريايي است. M مقدار رطوبت برحسب گرم در سانتيمتر مکعب. f فرکانس موج برحسب هرتز وc سرعت موج برحسب متربرثانيه ميباشد [ ]. -4 افق راديويي حد اکثر فاصله اي که گيرنده مي تواند امواج مستقيم ارسالي رادريافت کند افق راديويي يا مسافت خط رؤيت براي امواج بافرکانس زياد مي نامندکه مي تواند از فرمول) -3 (محاسبه شود. فرمول) -3 ( ht 3.6 فاصله خط افق راديويي يا مسافت خط روئيت ht ارتفاع آنتن فرستنده بر حسب متر و فاصله خط افق راديويي بر حسب کيلومتر. به خاطر ضريب انکسار طبقات پايين اتمسفر بنام تروپوسفر کمي خميدگي در امواج ايجاد مي شود. بنابراين برد واقعي امواج مستقيم بيش از برد محاسبه شده تئوري است چون امواج نوري انحناي زمين را دنبال مي کنند. شکل )-13( را مشاهده کنيد. شکل )-13( 6

27 7 در شکل فوق سيگنال VHF به خاطر خميدگي امواج وقتي که از اليه تروپوسفر عبور مي کند بر اثر تغيير درجه حرارت و فشار خم مي گردند. با افزايش ارتفاع آنتن مي توان تعداد گيرنده هايي را که قادر به دريافت سيگنال مي باشند افزايش 43 داد. به همين دليل است که آنتن فرستنده هايي را که در فرکانسهاي باالتر از مگاهرتز به روش مستقيم انتشار مي يابند در باالي بلندترين ساختمان شهر يا روي دکل نصب ميکنند. اگر آنتن گيرنده را نيز روي ارتفاعي نصب شود با ) توجه به شکل -11 مي توانيم برد امواج را زيادتر کنيم. محاسبه برد دراين حالت از فرمول )-4( به دست مي آيد. d( km) d d 1 3.6( ht hr فرمول )-4( که در اين رابطه h t و h r به ترتيب ارتفاع آنتن فرستنده و گيرنده برحسب متر است و ماکزيمم فاصله ديد امواج راديويي بين دو آنتن برحسب کيلومتر بدست ميآيد که در شکل زير نشان داده شده است. d 1 d h t زمين h r شکل )-11( همانطور که اشاره کرديم برد امواج در عمل حدود %15 بيشتر از خط رؤيت هندسي است و اين به خاطرخم شدن امواج به علت انکسار است. بنابراين نصب آنتن و استفاده از خصوصيات جهتي آن در اين روش درکاهش و افزايش امواج و برد آن تأثير زيادي دارد. مسأله: آنتن گيرنده اي امواج مستقيم را از آنتن فرستنده اي به ارتفاع 63 متري از فاصله 5 کيلومتري دريافت مي کند. ارتفاع آنتن گيرنده را محاسبه کنيد. پاسخ مسئله: d = 5km h t = 60m d( km) 3.6( ht hr ) 5 3.6( 60 hr ) hr 44. 8m بنابراين آنتن گيرنده بايد بلندتر از تقريبا 45 متر درنظر گرفته شود. امواج با فرکانس باالکه به صورت مستقيم ارسال مي شوند پس از برخورد به موانع به همه جهات متفرق مي گردند. از اين خاصيت براي ارسال امواج مايکروويو به ماوراء خط افق راديويي استفاده مي کنند. براي اين کار الزم است فرستنده بسيار قوي باشد تا امواج پس ازبرخورد به مانع) که مانند فرستنده ثانوي عمل مي کند ) و پراکندگي قدرت کافي براي رسيدن به نقاط دورتررا داشته باشند. ( آنتنهاي مايکروويو به اين صورت عمل مي کنند ) [ ]. 7

28 8-5 محو موج راديويي اگر آنتن فرستنده امواج مستقيم طوري باشدکه اشعه راعالوه بر اينکه مستقيم به هدف آنتن گيرنده مي تاباند اشعه به زمين نيزبرخوردکند زمين نيز امواج را منعکس و امواج منعکس شده اززمين به هدف اصابت ميکند همچنين ممکن است آنتن گيرنده امواج رااز روش انتشار انعکاس از طبقات يونسفردريافت کند. درهر مورداگر امواج رسيده به آنتن هم فاز باشند دوموج درمحل گيرنده همديگر را تقويت کرده بدين صورت برد امواج بيشتر خواهدشد ( گيرنده امواج قويتري را دريافت خواهدکرد خواهد شد. شکل) -1 ( ) درغيراين صورت هم فازنبودن ( اثر همديگررا ) موج آسماني خنثي ميکنندو برد امواج کم و قدرت تضعيف خط مستقيم شکل )-1( -6 امواج ماهواره اي با پيشرفت و تکامل تکنولوژي الکترونيك و ساخته شدن ماهوارههاي مخابراتي امکان ارتباط بينالمللي و منطقه اي و محلي سادهتر و بهتر گرديد و مشکالت ارسال امواج تلويزيونيبه نقاط دوردست برطرف شد. مثال در موضوع انتشار و پخش شبکهه يا تلويزيو ين ماهواره مي توانديك فرستنده تلويزيوني را دريافت کند. و پس از تغييراتي از حيث فرکانس و دامنه آنرادريك ناحيه و يايك مملکت ياقاره پخش نمايد. دراين صورت گيرنده درهر موقعيت جغرافيايي قادراست به کمك آنتن ويژه امواج ارسال شده رادريافت کند[ 3 ]. زمي ن T شکل )-13( R انعكاس شكل )-31( مقايسه چند تكراركننده زميني باانتشار امواج ماهوارهاي ماهوارهها بسته به وسعت تحت پوشش به سه نوع تقسيم مي شوند: [1 3]. 8

29 9-6-1 انتشار ماهوارههاي جهاني آن دسته از ماهوارههاکه هماهنگ و بطورشبکهاي کليه مناطق جهان را زيرپوشش دارند ماهوارههاي جهاني نام دارند. هم اکنون مشهورترين ماهواره جهاني عبارت است از اينتلست) ) intelsat و اينترسپاتينك ( intersputink ) که اولي به سرپرستي آمريکا و دومي را کشور شوروي سابق سرپرستي مي کنند. ايران درسال 1969 به عضويت اينتلست درآمد. ارتباط کشورما با اين شبکه جهاني از طريق ايستگاه زميني اسدآباد همدان صورت ميگيرد. البته از ايستگاه همدان عالوه بر ارتباط تلويزيوني براي ارتباط بينالمللي تلفن تلکس و تلگراف نيز استفاده مي شود. اولين ماهواره شبکه سراسري اينتلست درسال 1965 درفاصله کيلومتري زمين قرار گرفت. اين ماهوارهها با چنان سرعتي نسبت به زمين حرکت مي کنندکه همواره نسبت به زمين درمکان ثابتي قرار دارند. ماهواره پس از دريافت امواج تلويزيوني ( مستقيم ) آن را به محدوده انتشار خود ارسال ميکند. سپس ايستگاههاي زميني آن را دريافت و بعد به وسيله ماکروويو به ايستگاههاي محلي مي فرستد. ايستگاههاي محلي پس از دريافت امواج و تبديل آن به فرکانس مورد استفاده گيرندههاي خانگي)محلي( آن را به وسيله آنتن خود پخش ميکنند. براي ارتباط درون مرزي قسمتي از ماهواره شبکه اينتلست به عنوان تکرارکننده ( ) ميباشد که ايران براي ارتباط درون مرزي راديو و تلويزيون خود تکرارکننده اجاره Transponder کرده است. شکل )14- ) ماهوارههاي شبکه اينتلست را نشان ميدهد. شكل ) -31 (وضعيت قرار گرفتن ماهوارههاي فعال شبكه اينتلست -6- انتشار ماهوارههاي منطقهاي به دسته اي از ماهوارهها که به منظور ايجاد ارتباط وانتشار امواج راديو و تلويزيون و تلکس و تلفن بين چند کشوردريك منطقه مورد استفاده قرار مي گيرند ماهواره منطقهاي گويند. ماهواره منطقهاي معموال خودبا ماهوارههاي جهاني درارتباط است. بطور مثال ماهواره منطقهاي) Arabset بين 6 کشور عربي رابرقرار مي کند [1 3]. (که تحت نظارت و سرپرستي عربستان سعودي است ارتباط و پوشش -6-3 انتشار ماهواره محلي اين ماهواره برفراز آسمان يك کشوربراي رفع نيازهاي درون مرزي آن در مدار زمين قرار ميگيرد. از کارهاي مهم ماهواره محلي ارتباط و انتشار امواج تلويزيوني مستقيم بين ماهواره و گيرندههاي خصوصي منازل است [1 3]. 9

30 اصول آنتن تا کنون تقسيم بندي امواج از نظر فرکانس و همچنين نحوة انتشار موج در محيطهاي مختلف ويژگيها و خصوصيات امواج الکترومغناطيسي در برخورد بامحيطهاي متفاوت و اثرات يونسفر و اتمسفر ( جو ) بر روي امواج راديويي آشنا شديم. قبل از پرداختن به بحث آنتن اين مطلب را توضيح مي دهيم که يك قطعه سيم اگربه يك منبع جريان متناوب وصل شود ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي چگونه و به چه صورت به وجود آمده و در فضا انتشار مي يابند. 3- چگونگي ايجاد ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي در يك قطعه سيم ( آنتن ) يك فرستنده راديويي به صورت منبع سينوسي و آنتن به صورت دوسيم که از ترمينالهاي آن خارج شدهاند را در نظر مي گيريم. شکل )3-1 ) را ببينيد. توزيع جريان توزيع بار)ولتاژ( چنانچه مشاهده ميشود در يك لحظه پالريته ولتاژ دردوسرمنبع سينوسي) مانند شکل 3-1 ) درسمت راست مثبت و درسمت چپ منفي درنظرگرفته شده است. بنابراين الکترونها در بازوي سمت چپ سيم ( آنتن ) مطابق جهت نشان داده شده به طرف بازوي سمت راست حرکت کرده درنتيجه در طول سيم يك جريان الکتريکي خواهيم داشت. منحني توزيع جريان در طول سيم در شکل نشان داده شده است. چنانجه مشاهده ميشود چون سيم يك مدار باز است درانتهاي آن جريان صفر و دروسط سيم جريان ماکزيمم خواهدبود. همچنين به علت حرکت الکترونها درآن در سمت چپ بار منفي و درسمت راست بار مثبت ايجاد شده و در نتيجه درطول سيم اختالف پتانسيل به وجود آمد که درشکل) 3-1 ( به صورت توزيع ولتاژ مشاهده ميکنيد. البته بايد توجه داشت چون منبع سينوي ( متناوب ) است پالريته ولتاژ دردوسر منبع تغيير ميکند. درنتيجه درنيم سيکلهاي بعدي جهت جريان درآنتن و همچنين جهت بارايجادشده در طول آن عوض خواهد شد. ازطرفي ميدانيم که عبور جريان الکتريکي از هرسيم باعث ايجاد ميدان مغناطيسي دراطراف آن ميگردد.بنابراين 31

31 31 دراطراف سيم يا آنتن ميدان مغناطيسي ايجاد شده که درشکل )3- ) مشاهده ميکنيد. همچنين وجود توزيع بار درطول سيم ( آنتن ) باعث ايجاد ميدان الکتريکي دراطراف آن ميشود که به صورت شکل )3-3 ) ميباشد. شكل )1-( شكل )1-1( در اينجا همانطورکه مشاهده ميکنيد جهت ميدانهاي الکتريکي در راستاي سيم ( آنتن ) بوده و اگر گفته شود پالريزاسيون آنتن افقي است يعني ميدان الکتريکي موج منتشر شده از آن افقي ميباشد. و جهت ميدان مغناطيسي توليد شده عمود بر راستاي آنتن است. بنابراين ميدان الکتريکي و مغناطيسي که دراطراف آن توليد شده به صورت بردارهايي عمود برهم خواهند بود. اگر فرکانس جريان سيم ( آنتن ) زياد شود مقدار انرژي الکترومغناطيسي که به فضا منتشر ميشود افزايش مييابد [ ]. 3-3 پالريزاسيون آنتن اگر آنتن را نسبت به زمين افقي نصب کنيم گفته ميشود آنتن به صورت افقي نصب شده خطوط ميدان الکتريکي موج ايجاد شده توسط چنين آنتني اوال در راستاي آنتن است و ثانيا موج به صورت افقي پالريزه ميشود و اگر نسبت به زمين عمودي نصب شود موج به صورت عمودي پالريزه ميشود. ساختن آنتني که بتواند فقط به صورت عمودي و يا تنها افقي امواح را منتشر نمايد تقريبا محال است چون بردارهاي شدت ميدان در جهات ديگر هم مولفهه يا کوچکي دارند که به طور تقريب پاليزاسيون بيضوي را خواهند داشت. امواج ارسالي از آنتن نيزدر حال چرخش است و دراين صورت درهر لحظه موج داراي مؤلفه مناسب براي گيرنده ميباشد. و تقريبا نصف توان ارسالي توسط آنتن گيرنده با هرپالريزاسيوني دريافت ميشود. به همين ترتيب هنگام جستجوي عالئم با پالريزاسيون نامشخص ازآنتن با پالريزاسيون دايرهاي استفاده ميشود. و براي تعيين پالريزاسيون يك سيگنال ناشناس بااستفاده از آنتن با پالريزاسيون مسطح آنتن آنقدر چرخانده ميشودتا سيگنال دريافت شده به حداکثر برسد. اگربا چرخانيدن آنتن تغييري دردامنه سيگنال دريافتي ديده نشود مشخص ميشود که عالئم دايرهاي پالريزه شدهاند. آنتنهايي که در مجاورت زمين قرار دارند امواج باپالريزاسيون قائم بهتري رااز خود منتشر ميکنند ولي اگرآنتن را به ارتفاع يك طول موج باالي زمين درنظر بگيريم انتشارآنتن با پالريزاسيون افقي و عمودي يکسان خواهندبود.اگر آنتن به اندازة چند طول موج باالتر از سطح زمين باشد آنتن با پالريزاسيون افقي داراي وضعيت بهتري است. در آنتنهاي هوايي )هواپيماها( از آنتن با پالريزاسيون عمودي استفاده ميگردد. چون امواج با پالريزاسيون عمودي )مؤلفه ميدان H موازي بر سطح زمين ) است لذا امواج برگشتي از سطح زمين کم است ولي امواج با پالريزاسيون افقي )مولفه ميدان H عمود بر سطح زمين( امواج برگشتي زياد است. در آنتنهاي زميني از هر دو نوع پالريزاسيون )عمودي و افقي( و حتي دايرهاي استفاده ميشود[ ]. 31

32 3 3-4 آنتن در بحث آنتن بخاطر پيچيده بودن فرمولهاي تئوري از اثبات آنها صرفنظر شده و بيشتر به تشريح موضوع و کاربرد عملي آنها مي پردازيم. براي درك و فهم بهتر بعضي مطالب اجبارا از فرمولهايي در اين مورد استفاده ميکنيم. ابتدا آنتن را تعريف و پس از ذکر پارامترهاي مهم آن توضيحات الزم در مورد يك آنتن دوقطبي کوتاه ارائه خواهيم داد. تمام آنتنها از تعدادي دوقطبي کوتاه که با يکديگر سري شدهاند تشکيل شدهاند. بنابراين ابتدا نوع انتشار و گلبرگ تشعشع ( پرتوقدرت ) آنتن دوقطبي کوتاه را مورد بررسي قرار ميدهيم و درپايان به بحث آنتن خصوصيات و انواع آن خواهيم پرداخت. آنتن عنصري است که خط انتقال ( موجبر ) را به فضاي آزاد و يا فضاي آزاد را به خط انتقال مرتبط ميکند. در بررسي خط انتقال و موجبرها که درمباحث آينده مورد بررسي قرار خواهند گرفت توجه ما به هدايت انرژي در حول يك سيستم معطوف است و در اين بررسي توجهي به تشعشع يعني انتقال انرژي از سيستم به فضاي آزاد نداريم. خط انتقال و موجبرها معموال طوري طراحي ميشوند که تشعشع آنها در حداقل باشد. درحالي که طرح آنتنها طوري است که انرژي با حداکثر امکان تشعشع ( يا دريافت ) مينمايد. بعضي از آنتنها با راندمان زيادي در محدودة وسيعي از فرکانس کارکرده و بعضي فقط در باند باريکي از فرکانس عمل مينمايند. آنتنهاي اولي بيشتر در دستگاههاي راديو AM بهکار برده ميشوند در حاليکه از آنتنهاي بعدي در دستگاههاي تلويزيون و بعضي از سيستمهاي مخابراتي ديگر مانند جنگهاي الکترونيك استفاده ميشود. بطورکلي راندمان آنتنهايي که فقط در يك باند باريکي از فرکانس کار ميکنند خيلي بيشتر از آنتنهايي است که در يك محدودة وسيعي از فرکانس عمل مينمايند. درهرصورت نبايد تصور شود که تمام آنتنهاي باند وسيع داراي راندمان خوبي نيستند زيرا ميتوان آنها را طوري ساخت که در باند وسيع آنتن داراي راندمان بسيار خوبي باشد [ ] آنتن دو قطبي کوتاه آنتن دو قطبي کوتاه به يك هادي خطي کوتاه که مانند يك نقطه ميتوان درنظر گرفت اطالق ميگردد. ولي از نقطهنظر تشعشعي به يك هادي خطي کوتاه گفته ميشود که در موضوع ما مورد بحث قرار ميگيرد.دوقطبي کوتاه هميشه طول قابل اندازهگيري دارد هرچند ممکن است اين طول بسيار کوتاه باشد. فرض ميکنيم يك هادي نازك به طول L و جريان يکنواخت I و بارهاي نقطهاي Q دردو طرف انتهاي آن باشد. ميتوان ثابت کردگلبرگ تشعشع ( پرتوقدرت داي لپ ) و همچنين پرتوقدرت يك آنتن کامل درنقطهاي دوراز آن به صورت شکل )4 3 ) مي باشد. که آنتن درراستاي محور Z قرار دارد. اگر ازراستاي محور Z به آن نگاه کنيم شکل پرتوقدرت آن را به صورت يك الستيك ( تيوپ ) بادکرده خواهيم ديد که آنتن در مرکز و عمود بر شامل آن قرار دارد [ ]. 3

33 33 شكل )1-1 ) پرتوقدرت يك دايپل )نصف طول موج( 3-4- پارامترهاي مهم يك آنتن - پهناي باند آنتن 3- ميزان برگشتي آنتن VSWR پارامتهاي مهم يك آنتن عبارتند از: 1- طول آنتن 4- بهره آنتن 5- پرتوقدرت 6- مقاومت )امپدانس( تشعشعي آنتن 7- سمت گرايي آنتن 8- دهانه مؤثر آنتن )سطح موثر( 9- زاويه فضايي آنتن طول آنتن طول آنتن يکي از مهمترين پارامترها در کاربرد آنتنها ميباشد که به طول فيزيکي و طول الکتريکي تقسيم ميشود. طول فيزيکي عبارتست از طول واقعي آنتن برحسب متر طول الکتريکي عبارتست از تعداد طول موجهايي که روي = طول الکتريکي آنتن جاي ميگيرد. و طبق تعريف برابر است با : طول موج طول فيزيکي مثال چنانچه يك طول موج از فرکانس کار روي آنتن جاي بگيرد آنتن به طول الکتريکي يك است. )شکل a-3-5(. اگر دوطول موج روي آنتن جاي بگيرد طول الکتريکي آنتن است. )شکل b-3-5( و اگر نصف طول موج روي آنتن جاي بگيرد طول آنتن خواهد بود. (a) طول فيزيکي آنتن= 1 متر (b) شکل c-5.-3 طول فيزيکي آنتن= 1 متر (c) طول فيزيکي آنتن= 1 متر 33

34 34 بنابراين طول الکتريکي آنتن به دو عامل بستگي دارد يکي به طول فيزيکي و ديگري طول موج يعني اگر طول فيزيکي آنتن ثابت بماند با کوتاه شدن طول موح )زياد شدن فرکانس( طول الکتريکي آن زياد ميشود. و اگر طول موج ثابت بماند )فرکانس کار آنتن تغيير نکند( با زياد شدن طول فيزيکي آنتن طول الکتريکي آن نيز زياد ميشود. )يعني تعداد بيشتري طول موج روي طول آنتن ميافتد(. بعد از اين دربررسي آنتنها همواره طول الکتريکي را بکار ميبريم. معموال طول فيزيکي آنتن %5 کمترازطول بهدست آمده ميباشد زيراسرعت موج روي آنتن کمتر ازسرعت آن درهواست بنابراين طول موج روي آنتن حدود %5 کوتاهتراز هواست. کهبراساس فرمول زير محاسبه ميشود. فرمول )3-13( %5 طول الکتريکي درهوا- طول الکتريکي درهوا= طول عملي آنتن 13 mhz mhz مسأله : 1 طول فيزيکي آنتن 33 متراست. طول الکتريکي براي فرکانسهاي 33 و جواب: و 3 را پيدا کنيد mhz c f mhz m mhz = 30 طول الکتريکي mhz m 10 =طول الکتريکيm / طول الکتريکي پهناي باند آنتن ) در پهناي باند آنتن عبارت است از بازهي يا طيف فرکانسي است که در طول آن ميزان برگشتي آنتن ( VSWR سراسر آن مقدار معيني مثال کمتر از يك و نيم باشد( 1.5 ( VSWR مطابق شکل VSW به عبارت ديگر بازهي کاري و بهينه مناسب آنتن پهناي باند موثر است که مقدار آن با توجه به منحني VSWR برآورد و محاسبه ميگردد. f 1 f پهناي باند f BW پهناي باند موثر آنتن = f -f 1 34

35 ميزان برگشتي آنتن VSWR VSWR معياري است جهت اندازه گيري و ارزيا يب ميزان عدم تطبيق امپدانس بين آنتن و خط بار 53 اهم. VSWR بيشتر به معني عدم تطبيق امپدانس است و متعاقبا ميزان VSWR پايين متناظر با تطبيق امپدانس کاملتر و در نتيجه دريافت و ارسال حداکثر انرژي توسط آنتن ميباشد. به عبارت ديگر VSWR معيار برگشتي آنتن است که در شرايط ايدهال VSWR=1 ميباشد. به اين معني که تمام توان به آنتن تحويل شده و برگشتي صفر است وليکن در عمل با عددي بزرگتر از يك در مشخصات فني آنتن نشان داده ميشود. براي ارزيا يب و انتخاب پهناي باند موثر آنتن سازندگان بايد منحني VSWR را مانند شکل ( 3-6 ) براي هر آنتني ارائه نمايند [ ] سمت گرايي و بهره سمتي )جهتي( آنتن يکي از مشخصات مهم يك آنتن توانايي تمرکز انرژي اش در يك جهت خاص نسبت به تشعشع آن در جهات ديگر است و يا به عبارتي ديگر يك آنتن در يك جهت مشخص نسبت به ديگر جهات چه مقدار انرژي را دريافت يا منتشر ميکند. اين مشخصه آنتن را سمت گرايي انتن مينامند. براي آنکه نحوه محاسبه اندازه سمت گرايي را توضيح دهيم در ابتدا به تعريف و روش محاسبه بهره سمتي انتن ميپردازيم [ ]. الف- بهره سمتي Gain( ) Directive : نسبت شدت تشعشع در يك جهت به شدت تشعشع متوسط بهره سمتي در آن جهت ناميده ميشود که رابطه آن به شکل زير ميباشد: (, ( شدت تشعشع در جهت )U:, ) U: ave شدت تشعشع متوسط D(, ) : بهره سمتي در جهت U(, ) D(, ) U ave (, ) اين رابطه اين مفهوم را بيان ميکند که در جهات مختلف بهره سمتي آنتن چقدر ميباشد به عنوان مثال در جهت (, اندازه (60,40)D برابر 1.5dB ميباشد. )هر زوج ( 60, 40 نشان دهنده يك جهت ميباشد.( شکل 3-7 ب- سمت گرايي Directivity( (: ماکزيمم مقدار بهره سمتي را سمت گرايي آنتن مينامند و با D نشان ميدهند پس : U D U U ave max ave Pr 4 4 U max P r 35 U max P r بيانگر شدت تشعشع ماکزيمم توان منشر شده از آنتن

36 36 مقدار شدت تشعشع U(, ) ماکزيمم ميباشد که ما آن را U max براي جهات مختلف داراي اندازهه يا مختلفي ميباشد. در يك جهت بخصوص مقدار آن در نظر ميگيريم. رابطه فوق اين مفهوم را بيان ميکند در جهتي که U(, ) ماکزيمم شده آنتن در آن جهت بيشترين توان را ميتواند دريافت يا منتشر نمايد و ميگويي سمت گرايي آنتن در آن جهت ميباشد. براي مثال سمت گرايي آنتن دايپل کوتاه بيشتراز آنتن ايزوتروپيك است. درواقع سمت گرايي همه آنتنهااز آنتن ايزوتروپيك بيشتر است چون آنتن ايزوتروپيك در تمام جهات انرژي را به طور يکنواخت پخش ميکند در حالي کهآنتن هاي ديگر در يك جهت انرژي را بيشتراز جهات ديگرپخش ميکنند. بنابراين سمت گرايي آنها بيشتراز يك خواهد بود. ( سمت گرايي آنتن ايزوتروپيك يك ميباشد ) [ ] بهره آنتن هنگامي که يك آنتن در يك سيستم راديويي ( مانند يك آنتن فرستنده ) بکار ميرود در واقع کارايي آنتن براي تبديل توان موجود در پايههاي ورودياش به توان تشعشعي همراه با خواص سمت گرايي ان مورد نظر است. بهره توان يا بهره به صورت زير تعريف ميشود: در رابطه باال U(, ) شدت تشعشع در يك جهت معين همراه با در نظر گرفتن اثرات ناشي از هرگونه تلفات روي آنتن بوده )تلفات ناشي از عدم تطبيق امپدانس و عدم تطبيق پالريزاسيون نداريم يا به عبارتي تطبيق امپدانس در آنتن صورت گرفته و همچنين پالريزاسيون آنتن و موج دريافتي نيز يکسان ميباشد( و فرستنده ميباشد. حداکثر اندازه P in G(, ) را بهره )Gain( آنتن ميگويند و برابر است با : توان ورودي به آنتن متصل به تنها اختالف بين سمت گرايي و بهره در اندازه توان بکاربرده شده ميباشد. در سمت گرايي توان تشعشع شده از آنتن مورد استفاده قرار ميگيرد ولي در بهره توان داده شده به ورودي آنتن در نظر گرفته ميشود. اگر کل توان ورودي به صورت توان تشعشع شده ظاهر شود داريم: P in =P r در نتيجه سمت گرايي را ميتوان به عنوان بهره توان تلقي نمود. بهره توان اين واقعيت را منعکس ميکند که مقداري از توان ورودي در آنتنهاي واقعي تلف ميشود. قسمتي از توان ورودي P in که به صورت توان تشعشع شده P r ظاهر نميشود در آنتنها و وسايل مجاور جذب شده و تلف ميشود. بنابراين کارايي تشعشعي يا بازدهي آنتن را به صورت زير تعريف ميکنيم: 4 U(, ) G(, ) P in 4 U G P in max e Pr P in P r Pr P ohm 1 R ri 1 I R in ri I in 1 R I in Rri R R ri ) R آنتن کم بنابراين هر چه مقاومت اهميك ( 36

37 37 باشد بازدهي آنتن بهتر است.براي بسياري از آنتنها بازدهي %133 ميباشد. همچنين با استفاده از ترکيب روابط ذکر شده ميتوان G = e * D در نظر گرفت. واحد اندازهگيري بهره آنتن db است. بطور مثال آنتني که داراي بهرة 1 db است شدت آن در جهت انتشار db 1 بيشتراز قدرت انتشار يك آنتن ايزوتروپيك براي فرستنده با خروجي يکسان است با اين فرض که توان داده شده به هر دو انتن يکسان ميباشد. شكل )1-8 ) مقايسه بهره آنتن بهرة يك آنتن با زياد شدن فرکانس افزايش مييابد به همين دليل درطول موجهاي ميکروويو ساختن آنتنهايي بابهره بسيار باالو داشتن اشعه باريك کاري ساده و عملي است. [ ] پرتوقدرت آنتن )گلبرگ تشعشع( پرتو تشعشعي آنتن يك نمودار ( منحني ) از خواص تشعشعي ( ميدان دور ) آنتن درجهتهاي مختلف ميباشد بدين ترتيب که اندازه ميدان الکتريکي يا ميدان مغناطيسي يا توان تشعشعي را در فاصلهاي معين و ثابت درناحيه خيلي دور ازآنتن بر حسب زاويههاي و رسم ميکنند. پرتو تشعشعي ميدان را ميتوان باحرکت دادن يك آنتن دريك فاصله معين ثابت به دست آورد. براي مثال يك آنتن خطي کوچك که ميدانهاي آن را قبال محاسبه کرديم. ميدان الکتريکي درجهت a در فاصله مشخص r در امتداد را و ميدان مغناطيسي درجهت a a ميباشد. بنابراين اگر يك پروب ( آنتن خيلي کوچكخطي ) قرار دهيم ميدان الکتريکي تشعشعي آنتن دوسر پروب ولتاژي القا مينمايد که به وسيله ولتمتر اندازه گيري ميشود. باتغيير مکان پروب روي دايره به شعاع r ميتوان برحسب زاويه رسم کرد. مشاهده ميشود تغييرات E در امتداد شدت ميدان الکتريکي E متناسب با sin است و به بستگي ندارد. پرتورا ميتوان در دو E-Plane و H-Plane ديد. به عبارت کليتر پرتو قدرت آنتن به اين معناست که جهت انتشار آنتن و يا به عبارت ديگر, حداکثر تشعشع آنتن به چه شکل است و در کدام جهت است. پرتو قدرت را براي يك آنتن دايپل نيم موج از روي معادله ميدانهاي انتشار آن در شکل )3-4 ) مشاهده نموديد. پرتو قدرت آنتن بستگي به نوع شکل, طول و ارتفاع آنتن متفاوت خواهد بود. بديهي است به کمك قضيه هم پاسخي ميتوان نشان داد که شکل ميدان انتشار آنتن در حالت گيرندگي و فرستندگي يکي است [ ]. 37

38 مقاومت ( امپدانس ) تشعشعي آنتن امپدانس ورودي يك آنتن امپدانسي است که در دو سر آنتن ظاهر ميشود.ولي اکنون فرض بر اين است که آنتن ايزوله است و اثر کوپالژ آنتنها و مدارهاي ديگر روي آنتن را در نظر نميگيريم. امپدانس آنتن داراي يك قسمت R in حقيقي و يك قسمت X in ( جزء موهومي که ناشي از خاصيت سلفي و خازني آنتن ميباشد ) است. Z in = R in + j X in = به مقاومت ورودي آنتن گفته ميشود R in = X in بيانگرانرژي ذخيره شده در ميدان نزديك آنتن است. که مقاومت که R in بيانگر افتها است.توان به دو طريق تلف ميشود يکي افت حرارتي روي ساختمان آنتن و ديگري تواني که از آنتن رها شده و در فضا منتشر ميشود و هرگز به آنتن بر نميگردد)توان تشعشعي( به عبارت ديگر: R in = R Ω + R ri = R Ω بيانگر توان حرارتي يا افت حرارتي روي ساختمان آنتنها است. I in = R ri بيانگر توان که از آنتن رها ميشود و درفضا منتشر ميگردد. ابتدا مقاومت ورودي را مورد بحث قرار ميدهيم توان متوسط تلف شده در يك آنتن عبارت است : مقدار حداکثر )پيك( جريان ورودي به آنتن ميباشد.توان تلف شده را به دو بخش جداگانه توان تشعشعي و توان اهمي تقسيم ميکنيم پس داريم : P in P P r ohmic 1 R ri I in 1 R ohmic I P in in 1 R in I in R ohmic P I ohmic in که و چنين تعريف ميشود: ( P P ) in Iin r R ri را مقاومت تشعشعي آنتن ميناميم و مقاومت P Rri I r in R ohmic برابر است با : R I I شكل) 1-9 ) P) ohm ) مقدار حداکثر )پيك( جريان ورودي به آنتن است. توان حرارتي تلف شده برروي آنتن I= in اهمي) R( Ω افت مي کند, توان تشعشعي آنتن( P) r ازروي مقاومت تشعشعي آنتن ) ri R) منتشر ميگردد. روي مقاومت 38

39 39 مقاومت تشعشعي( R) ri را ميتوان نسبت به جريان هر نقطه روي آنتن تعريف کرد ولي معموال نسبت به نقطهاي که جريان آنتن حداکثر است محاسبه ميشود.قدرت تشعشع شده توسط آنتن برابر است با: فرمول )3-3( P r توان تشعشع شده توسط آنتن بر حسب وات I in دامنه جريان در ترمينال آنتن بر حسب آمپر و R ri آنتن بر حسب اهم که در ترمينال ظاهر ميگردد و ميتوان آنرا از فرمول ) in R ri P)= r I)/( محاسبه نمود. P 1 r RI in مقاومت تشعشعي از طرفي توان کل تشعشعي آنتن برابر است با انتگرال بردار پوئينتينگ روي سطح بستهاي که آنتن را در بر 39 Pبراي r يك آنتن خطي خيلي کوچك برابر است با : فرمول) 3-4 ( مي گيرد: f 0 0 مقادير آنها را جايگزين کنيم رابطهاي براي مقاومت اگر بجاي ( ثابت انتشار موج است( و بجاي c تشعشعي يك آنتن بهدست ميآيد که در فرمول )3-5( مشاهده ميکنيد. مقاومت تشعشعي يك آنتن خطي کوچك l و و m/s lf R 80 فرمول) 3-5 ( 80 c l طول آنتن برحسب متر. f فرکانس امواج منتشره از آنتن برحسب هرتز و c سرعت موج برحسب طول موج منتشره از آنتن برحسب متر ميباشد. باتوجه به فرمول هرچه فرکانس موج افزايش يابد قدرت تشعشع شده ازآنتن زيادتر ميگردد. مسأله :مقاومت تشعشعي براي يك آنتن نيم موج)طول ) چقدراست R=8 3 ) 3/14( ) ( = Ω بنابراين کابلي که بايد به اين آنتن وصل شود بايد داراي امپدانس معادل 33 باشد. Ω 4 مسأله - مقاومت تشعشعي ( امپدانس آنتن ) براي يك آنتن ميلهاي با طول چقدر است 83 R= ) 3/14( = 49,3 Ω 53 Ω بنابراين براي انتقال حداکثر انرژي به آنتن بايد تطبيق امپدانس بين کابل و آنتن صورت مناسب است. ( مثال کابل ) RG58 راکتانس آنتن) 1 P r Re ( E H ). s ds P r 0 I0 0 1 X in گيرد, لذا کابل با امپدانس 53 Ω ) برابر است با انرژي ذخيره شده در ميدان نزديك آنتن و مربوط به قسمت موهومي امپدانس است. اهميت امپدانس آنتن در انتقال توان از فرستنده به آنتن و از آنتن به محيط بوده که براي انتقال حداکثر قدرت

40 41 بايد تطبيق امپدانس صورت گيرد. معموال گيرندهها داراي امپدانس حقيقي هستند و بنابراين الزم است که راکتانس آنتن بوسيله يك مدار رزنانس خنثي شود. با فرض اين که محيط آنتن بدون تلفات باشد توان تشعشع شده توسط آنتن با قدرت ورودي به آنتن مساوي ميباشد. براي اين منظور بايد امپدانس خط انتقال با امپدانس مشخصه آنتن ( مقاومت تشعشعي آنتن ) برابر باشد که تمام قدرت رسيده به آنتن بدون انعکاس يا برگشتي از آنتن منتشر شود [ ] دهانة مؤثر آنتن )سطح مؤثر( زماني که يك آنتن فرستنده توان P T را منتشر ميکند ميخواهيم توان دريافتي در آنتن گيرنده را محاسبه کنيم. در ناحيه خيلي دور امواج منتشر شده از آنتن فرستنده به صورت اي بوده و در يك ناحيه محدود دامنه امواج تقريبا يکنواخت ميباشد. توان کل رسيده به آنتن گيرنده برابر با مجموع چگالي توان روي سطح آنتن گيرنده است. اينکه چگونه آنتن اين توان تابش را به توان مفيد در دو سر خود تبديل ميکند بستگي به نوع آنتن جهت و پالريزاسيون آن دارد. بنابراين مفيد است که يك سطح معادل يا دهانه موثر با تعريف زير به آنتن نسبت دهيم : A em که P R توان متوسط دريافتي دو سر آنتن ave S چگالي توان متوسط موج تابش در محل گيرنده و ( سطح موثر يا دهانه موثر بر حسب متر مربع ) يك معيار جهت سنجش کارايي آنتن در تبديل توان تابش S ave )بر حسب وات بر متر مربع( به توان دريافتي دو سر آنتن ( بر حسب وات ) ميباشد.البته الزم به ذکر است که بايد سمت گيري آنتن در جهتي باشد که حداکثر توان را دريافت کند و حالت پالريزاسيون آنتن همانند موج ورودي باشد زاويه فضايي آنتن زاويه فضايي گلبرگ ) Beam (آنتن آن زاويه فضايي است که تقريبا توان کل از داخل آن تشعشع ميشود مشروط بر اينکه شدت تشعشع )توان در واحد زاويه فضايي(در سطح اينBeam برابر حداکثر مقدارش باشد)منظور از جمله آخر اين است که براي Beam اصلي آنتن اين زاويه تعريف ميشود( شکل )3-13( [ ]. شكل 1-31( ) انتخاب نوع آنتن در انتخاب آنتن مناسب براي يك سيستم الکترونيکي و مخابراتي اغلب بايد به سه سؤال اساسي جواب داد: 1- آيا آنتن تمام جهته ( directional ) omni که 363 تحت پوشش راديويي قرار گيرد مورد نياز است يا يك آنتن جهت دار ( Directional ) که تشعشع آن در زاويه شعاعي) زاويه فضايي ) خاصي قرار ميگيرد آنتن تمام جهته براي 41

41 41 پوشش راديويي بهکار مي رودکه از تمام جهات خبرو اطالعات کسب کند بدين وسيله استفاده کننده را ازبروز هرگونه خطرآگاه سازد. اين سيستم از جنگهاي الکترونيکي جمينگ )کورکردن يك سيستم راديويي ) درامان خواهد بود. آنتنهاي جهتي اساس سيستمهاي پيدا کنندة جهت سيستمهاي جمينگ جهتي و رادارها و بعضي از سيستمهاي مخابراتي ( تلويزيون ) قرار ميگيرند. - آيا سيستم ما به يك آنتن با پالريزاسيون خطي احتياج دارد يا به يك آنتن با پالريزاسيون دايرهاي پالريزاسيون خطي درمواردي مورد استفاده قرار ميگيرد که آنتن ديگري با آن در ارتباط باشد براي ما شناخته شده باشد يعني داراي پالريزاسيون خطي باشد. بطور مثال اگر آنتن فرستنده داراي پالريزاسيون خطي افقي باشد آنتن گيرنده نيز بايد داراي همان پالريزاسيون باشد. ولي آنتن با پالريزاسيون دايرهاي درمواقعي مطرح ميشود که پالريزاسيون آنتن ديگري ناشناخته يا متغير باشد. 3- آيا آنتن بايد يك باند وسيعي از فرکانس را بپوشاند و يا سيستم ما به يك آنتن باند باريك احتياج دارد در جدول )1-3 (انتخاب نوع آنتن را مشاهده ميکنيد. System Requirement Patern Polarization Bandwith Antenna Type Omni directional Antenna Liniery Polarized Narrow band Broad band Narrow band Dipole Loop Biconical Swastica Normal Mode Helix Circulary Polarized Broad band Biconical w/polarizer lindenblad 4-Arm conical spiral Directional Antenna Liniery Polarized Circulary Polarized Narrow band Broad band Narrow band Broad band yagi Dipoie array Log period Horn Axial mode Helix Horns w/polarizer Cavity sprials Conical sprials انواع آنتنها طرح و کاربرد آنتنها در دستگاههاي مخابراتي برحسب فرکانس کار نوع تشعشع آنتن دستيابي به مشخصات مورد نظربراي مخابره و تشعشع امواج الکترومغناطيسي متفاوت بوده و از لحاظ فيزيکي داراي انواع و شکلهاي مختلفي ميباشند مثال آنتنهايي که براي مخابره راديويي در باندهاي پايين تا HF بهکار ميروند داراي طول زيادي ميباشند ولي در باندهايي مانند VHF به باال آنتنها طول کوتاهتري دارند. آنتنهايي که در فرکانس مايکروويو بهکار ميروند شکل و نوع آنها با آنتنهايي که اشاره کرديم کامال متفاوت بوده و خود نيز انواع مختلفي دارند. کاربردهاي نظامي مانند: جنگهاي 41

42 4 الکترونيك و رديابي تجسس و حساسيت نوع کار از نظر حفاظتي و امنيتي مخابرات باعث ميشودآنتنهاي نظامي از تنوع بيشتري برخوردار باشند. که ما در اين قسمت تعدادي از انواع آنتنهارا مورد بررسي قرار ميدهيم [ ] آنتن ايزوتروپيك آنتني که امواج را به همه جهات بطور يکسان انتشار ميدهد. آنتن يا منبع ( Isotropic ) ناميدهميشود. چنين آنتني عمال وجود ندارد زيرا بههرحال هر آنتن درجهت يا جهاتي تابش بيشتري دارد. آنتن ايزوتروپيك تنها در تئوري و بهعنوان مأخذ مقايسه براي تعيين بهره يا ( directivity (آنتنهاي واقعي استفاده ميگردد. شکل )3-9 ) نوع تشعشع يك آنتن فرضي ايزوتروپيك راکه بهصورت کروي به همة جهات انرژي را پخش ميکند نشان ميدهد. شکل 1-33( ) آنتن ايزوتروپيک شکل )3-11( تشعشع يك آنتن ايزوتروپيك که بهصورت کروي و همه جهته است [ ] آنتن نيم موج )دايپل هرتز( يك آنتن سيمي خطي مستقيم است.اين آنتن ازدو قطعه سيم که طول دوقطعه آن بوده و در امتداد هم قرار ميگيرند تشکيل مي شود. امپدانس آن 73 اهم است ولذاسعي ميکنند با يك ترانس مثلث و تغيير امپدانس خط با امپدانس معادل آنتن درنقطه اتصال تطبيق شود. رنج فرکانس کار اين نوع آنتن در باند) 16 (مگاهرتز است. بطوري که آنتن در - فرکانس اصلي )فرکانسي که آنتن براي آن محاسبه شد( بهره خوبي دارد. و در فرکانس هارمونيك فرکانس اصلي کمتر عمل ميکند)فرکانسهاي دو و سه و...برابر فرکانس اصلي(. طول عملي )طول واقعي( اين آنتن از فرمول )3-11( محاسبه ميشود: طول الکتريکي محاسبه شده برحسب متر الکتريکي فرمول) 3-11 ( درهوا C L f 0 f ( mc) f ( mc) = %95 14 / 5 f ( mc) متر طول واقعي )طول عملي( طول طول واقعي)طول عملي( اگر براي باند )16 - ( مگا هرتزبخواهيم آنتن نيم موج محاسبه کنيم بايد براي فرکانس ميانگين يعني 9 مگاهرتز درنظر گرفته شده ومحاسبه شود. بطورمثال آنتن تلويزيون براي باند ))88 VHF 54(( - مگاهرتزبراي فرکانس 65 مگاهرتز 4

43 43 حساب ميشود.)فرکانس ميانگين باند( لذا فرکانس رزونانس آنتن که بهره خوبي در آن آنتن دارد همان 65 مگاهرتز مي باشد. ارتفاع آنتن نيم موج براي فرکانسهاي مختلف باند) 16 ) مگاهرتز متغير بوده و معموال حدود 4 باالي سطح زمين درنظر ميگيرند.گلبرگ تشعشع آنتن نيم موج بستگي به طول آنتن نوع تغذيه ارتفاع آنتن و چگونگي نصب آن دارد. يك نمونه تشعشع آن را درشکل) 3-11 ( مشاهده ميکنيد. شكل )1-3( نمونه تشعشع آنتن نيم موج همانطور که مالحظه ميکنيد انتشار آنتن نيم موج در اطراف آنتن بهصورت شکل نشان داده شده ميباشد. اگر يك طرف آنتن را يك منعکس کننده ميلهاي قرار دهيم شکل انتشار به يك طرف خواهد بودو در پشت رفلکتور انتشار قابل توجهي نخواهيم داشت به اين صورت آنتن دوقطبي و نيم موج جهت دار ميشود. شکل) 3-13 ( نمونه پرتو تشعشع براي آنتن نيم موج)دوقطبي(با رفلکتور آنتن نيم موج به نامهاي آنتن دوبلت.دوقطبي نيز مشهورند که همه اين نمونه طولشان و معموال بطور افقي و عمودي نصب ميشوند. نمونههاي ديگري از همين آنتن به طولهاي بيشتر از و کمتر از نيز ساخته ميشوندکه اين نمونه ها هم معموال بهصورت افقي و عمودي نصب ميشوند و داراي گلبرگ تشعشع مختلفي هستندکه درمورد بعضي از آنها توضيح خواهيم داد. بطور مثال آنتن دوبلت کوتاه که طول آن کمتر از يکنواخت دارد که در شکل )3-13( مشاهده ميکنيد. 4 است و در عمود بر جهت آنتن در تمام جهات تشعشع شكل )1-31 (تشعشع يك آنتن دوبلت كوتاه در عمود برآن 43

44 44 چنانچه در شکل ديده مي شود شدت موج راديويي در فاصله معيني از آنتن در تمام جهات به يك اندازه است ولي هرچه از آنتن دورتر مي شويم شدت موج کمتر ميشود. توجه داشته باشيد که گلبرگ آنتن را در فاصله دور از آنتن در نظر ميگيريم. بطور کلي فواصل از آنتن به سه ناحيه تقسيم ميشود. الف ناحيه آنتن : اين ناحيه درنزديك آنتن بوده و فاصله آن ازآنتن حدود نصف طول موج است.مثال براي يك آنتن بهطول 13 فرکانس 33 مگاهرتز(تا فاصله حدود 5 متري آنتن محسوب ميشود. ب- ناحيه ميدان نزديك آنتن يا ناحيه فرنل: L اين ناحيه از فاصله ناحيه آنتن شروع شده و تاحدود فاصلهايبرابر R امتدادمييابد. دراينرابطه: : طول موج برحسب متر L: طول آنتن برحسب متر متر)در : R فاصله ميدان نزديك ميباشد مثال اگر طول موج برابر 45 مترو طول آنتن 33 مترباشد ناحيه نزديك عبارت است از 43 متر. ج- ناحيه ميدان دور يا ناحيه فران هوفر: اين ناحيه از ميدان نزديك شروع شده و تا جاييکه شدت موج راديويي موجود باشد ادامه دارد. گلبرگ آنتنهايي که دراين قسمت بحث مي شود همگي مربوط به ميدان دور آنتن است. شرط الزم براي ناحيه دور L R, R L, R فرمول) 3-1 ( L شرط R براي آنتنهايي که درباند VHF و باالتر کار ميکند کافي است. در فرکانسهاي پايينترکه آنتن ممکن است نسبت به طول موج کوچك باشد بايد دقت شود دو شرط ديگر هم برآورد شود. درشکل ) 3-14 (گلبرگ آنتنهايي که داراي طول و کمتراز گيرند نشان ميدهد. 4 که آنتن دوبلت کوتاه)کمتراز (را نيز شامل ميشود وقتي بهصورت افقي و عمودي قرار شکل )3-14( گلبرگ تشعشع آنتنهاي دايپل باطول کمتر يامساوي دهد. وقتي بهصورت افقي قرار گرفته باشد را نشان مي شکل 3-16( ) شكل )1-31( 44

45 د( 45 د- شامل آنتن شکل ) 3-15 (گلبرگ تشعشع آنتنهاي دايپل باطول کمتر يا مساوي وقتي بهصورت عمودي قرار گرفته باشد در عمود برآنتن. چنانچه در شکل ) 3-14 (ديده ميشود در جهت c و c حد اکثر تشعشع موجود است و هرچه بهطرف امتداد آنتن نزديکتر ميشويم تشعشع کمتر ميشود. تا جاييکه در جهت دوانتهاي آنتن تشعشع نداريم. براي آنتنهاي باطول و کمتر تشعشع در عمود برآنتن يکسان و همه جهتي) directional 0mni (است ولي 3 تشعشع در شامل آنتن براي طولهاي مختلف آن متفاوت است. بطور مثال تشعشع براي يك آنتن باطول که بطور افقي يا عمودي قرار گيرد بهصورت شکل )3-16( نشان داده شده بطوريکه مالحظه ميکنيد تعداد گلبرگهاي آنتن زيادتر شده و جهت انتشار ماکزيمم آنتن نيز تغيير کرده است. شكل )1-38 شكل )1-31( شکل )3-17( گلبرگ تشعشع آنتنهاي دايپل با طول 3 تشعشع آنتنهاي دايپل باطول شکل )a وقتي بهصورت عمودي نصب شده باشد. وقتي بهصورت افقي قرار گرفته باشد. شکل ) 3-16 (گلبرگ (تشعشع عمودي گلبرگ يك آنتن دوبلت )دوقطبي(به طول يك طول موچ) L ) رانشان ميدهد.که نسبت به گلبرگ آنتن کشيدهتر )تيزتر( شده است. شکل) 3-18-b ( تشعشع عمومي گلبرگ آنتن دوبليت بطول دو برابر طول موج ( L شدهاند. (را نشان ميدهد. اين آنتن داراي چهار گلبرگ انتشار ميباشد و گلبرگها نيز تيزتر)جهتدارتر( (a-1-39( شكل) b ) شكل الزم به تذکر است گلبرگهايي که براي آنتنها شرح دادهايم حتما الزم نيست طول فيزيکي آنتن را تغيير دهيم. و به اين نوع گلبرگ هاي تشعشع دست يابيم. طول فيزيکي آنتن ميتواند ثابت بماند و بستگي به اينکه فرکانس کاري که به آنتن اعمال ميکنيم چقدر باشد گلبرگ هاي مختلفي را خواهيم داشت[ ]. 45

46 آنتن دوبلت خميده در شکل )3-19( يك آنتن دوبلت خميده) خمشده ) dipole Folded ديده ميشود. اين آنتن معموال بطول است. آنتن دوبلت خميده بطول داراري امپدانس ورودي تقريبا چهار برابر امپدانس ورودي آنتن دوقطبي نيم موج معمولي ميباشد که در حدود 333 اهم ميباشد. در آنتن دوبلت خميده مقاومت ورودي ( ) و پهناي باند ( BW ) زياد ميباشد. R in به دليل پهناي باند زياد در کاربردهاي T.V و FM که داراي پهناي باند زياد هستند مورد استفاده قرار ميگيرد. اين آنتن داراي پهناي باند بيشتري نسبت به يك دوبلت ( دايپل ) معمولي است. و عموما براي گيرندههاي راديويي FM و نيز گيرندههاي تلويزيوني ( باندVHF و ) UHF به کار برده ميشود. نوع ديگري دوبلت دو خم وجود دارد که داراي امپدانسي به ميزان 9 برابر امپدانس دو قطبي نيم موج معمولي است.) يعني 657 اهم ميباشد ) که در شکل ) 3-19 (مشاهده ميکنيد 1-1 (شكل آنتن ياگي يك مهندس ژاپني بنام ياگي با افزودن قسمتهايي به آنتن دوبلت تك خم آنرا کاملتر کرد و آنتن ياگي با مجموعه ياگي را که يکي از بهترين آنتنها براي باند VHF و UHF ميباشد ساخت. اين آنتن از يك آنتن دايپل خميده يك منعکس کننده يا رفلکتور و تعدادي هدايت کننده يا دايرکتور تشکيل يافته است. معموال دايرکتور در فاصله حدود 3/1 جلوي دايپل خميده )دوبلت خميده( قرار گرفته و طول آن معموال %5 کوتاهتر ازطول دوبلت ميباشد. در شکل )3-3( يك آنتن ياگي با منعکس کننده ديده ميشود. f MHZ طول اجزاء آنتن ياگي و فواصل آنها ازيكديگر از روي روابط زير بهدست ميآيد. شكل 1-3( ) 137 /15 14 / 65 = طول دوبلت به متر f MHZ = طول اولين دايرکتور به متر 151/ 55 f MHZ = طول رفلکتور به متر 46

47 47 طول بقيه هدايت کنندهها به ميزان %/5 بهتدريج کم ميشود. = فاصله بين رفلکتور و دوبلت به متر 75 f MHZ./ 5 = 39./13 f MHZ فاصله بين دايرکتور و دوبلت به متر فاصله بين دايرکتورها به متر = 39./13 f MHZ هر چه تعداد دايرکتورها بيشتر شود شکل تشعشع آنتن را تيزتر)جهت دارتر( ميکند. ولي از حدود 9 الي 13 عدد دايرکتور افزايش تعداد دايرکتورها تقريبا بياثر است. در شکل )3-1( يك آنتن ياگي درباند UHF ديده ميشود. اين آنتن شامل 16 عدد دايرکتور يك عدد دوبلت خميده و يك رفلکتور چهار عنصري ميباشد. براي زياد کردن بهره اين نوع آنتن ميتوان دو يا چندعدد از آنها رابه يکديگر متصل ساخت [ ] آنتن عمودي مارکني )آنتن متحرك ويپ ) WHIP يکي از انواع آنتنهاي عمودي آنتن است که انتهاي آن به زمين متصل ميشود )آنتن يك قطبي( و به آنتن مارکني معروف است. جزء اصلي آنتن متحرك آنتن مارکني ميباشد که در صورت نصب بطور عمودي بهعنوان آنتن ميلهاي WHIPربع موج ناميده مي شود. اين آنتن برروي سقف خودروها و موتورسيکلتها نصب ميشود. ساده ترين فرم يك آنتن بهصورت يك سيم عمودي است که هادي داخلي يك خط انتقال هم محور)کابل کوالسيال( به انتهاي پايين آن وصل شده باشد. پوشش بيروني کابل هم محور نيز مطابق شکل )3-( به زمين وصل مي گردد)سقف خودرو براي آنتن به منزلة زمين محسوب ميشود(. روابط ميان يك آنتن دايپل : I mono =I dipol = dipol Vمقاومت mono 1 V تشعشعي R r = 1 R r dipol سمت گرايي D mono = 1 D dipol 1 P dipol = فرمول) 3-14 ( Pmono در شکل )3-1( گلبرگ تشعشع آنتن مارکني با طول 3 شكل 1-1( ) 4 و آنتنهاي ديگر با طولهاي 8 و 3 و 4 5 و 8 عمودي روي زمين) خودرو (نصب ميشوند مشاهده ميکنيد. و که بطور 47

48 48 آنتن ميلهاي شكل ) 1-1 (نمونه گلبرگ تشعشع آنتنهاي عمودي با طولهاي مختلف را به طريق مختلف ميتوان برروي خودرو نصب نمود. 4 مناسبترين عمل براي نصب آنتن وسط سقف خودرو ميباشد. قسمت ميلة آنتن از سقف خودرو ايزوله مي شود و کابل هم محور به داخل خودرو امتداد مييابد. شكل 1-1( ) اين طريقه نصب براي آنتنهاي ميلهاي در فرکانس 153 مگاهرتز) cm = 53 ) و باالتر مناسب است زيرا در فرکانسهاي 4 4 پايين تر طول آنتن زياد ميشود. براي فرکانسهاي پايينتر مثال درباندHF که آنتن بين /5 تا 5 مترطول دارد نيز ميتوان از آنتنWHIP به طول کمتر استفاده کرد مشروط بر اينکه بين فرستنده و آنتن عمل تطبيق انجام شود. عمل تطبيق بين گيرنده و آنتنWHIP کوتاه تر از 4 نيز بايد انجام گيرد.در باالي باند HF معموال آنتنWHIP بهعنوان 4 به کار برده ميشود ولي بهخاطر طويل بودن آنتن در نقطة پايينتري از خودرو)مثال روي سپر يا گلگير( بابست هاي مخصوص نصب ميشود. يکي از مشکالتي که در مخابرات متحرك MOBILE در باند HF به آن برميخوريم ايجاد زمين مناسب به منظور برقراري ارتباط خوب ميباشد. مثال درخودروهايي که آنتن آنها روي سپر نصب شده تشعشع ضعيف است. براي کوتاه نمودن طول آنتن بطوريکه بتوان آنهارابرروي سقف خودرو يا جاي مناسب ديگري قرار داده از سيمپيچ پوپن يا سيمپيچ پيوسته استفاده ميشود تا طول آنتن کوتاهتر شود. در آنتنهاي WHIP سيمپيچ معموال بهصورت يك فنر محکم در انتهاي آنتن وصل شده است که از نظر مقاومت الکتريکي نيز به آنتن کمك ميکند. نمونه اين نوع را در شکل )3-5( مشاهده ميکنيد. [ ] شكل )1-1 ) نمونه آنتنهاي عمودي 48

49 آنتنهاي سيم بلند ( موج متحرك ) اين نوع آنتن از يك سيم طويل که طول آن معموال بيشتر از نصف طول موج و گاهي بلندتر از يك طول موج ميباشد ساخته ميشود. آنتن فوق معموال در باندهاي VLF و HF بهکار ميرود. دراين نوع آنتن جريان در قسمتهاي نيم موج مجاور در دو جهت مخالف عبور ميکند. بهره اين آنتن براي فرکانسي که محاسبه شده و هارمونيکهاي آن خوب است ميباشد.به همين علت بهآن آنتنهاي هارمونيکي نيز گفته ميشود و اگرچندين آنتن سيم بلند به هم وصل شوند تشعشع آنها بستگي به اينکه چگونه به هم متصل شوندبه فرمهايي باهم ترکيب ميشوندکه حداکثر تشعشع در يك جهت خاص خواهد بود. دو نمونه از اين نوع آنتن Vee و آنتن رومبيك ميباشند که دربارة هريك بحث خواهد شد. الف- آنتن V اين نوع آنتن از دوآنتن سيم بلند افقي به شکل V ساخته شده است. طول هرقسمت آن مضربي از است. نصب و ساختمان آن ساده و بهخاطر خاصيت توجيهي زياد آن در مخابرات نظامي نقش مهمي را بازي ميکند. و داراي بهره خوبي حدود 13 db براي فرکانسهايي که نسبت آنها 1 3 باشد مانند)) 15 و 5 (( و ))1 و 4(( مي باشد. در باند HF و کمتراز آن مثل VLF کار برد دارد. بهخاطر پهناي باند زيادي که دارد مي تواند براي هر دوباند VHF و UHF استفاده شود. و اگر بهعنوان آنتن تلويزيون)آنتنهاي سرخود( بهکاررود معموال طول هر قسمت آن بين) 53 تا 63 (اينچ ميياشد و زاويه بين هردو قسمت آن 53 درجه است. با جهت انتشار آنVشكل )1- ) نمونه يك آنتن m اگر باشد حداکثر تشعشع و گلبرگ اصلي در شامل نيمساز زاويه و عمود بر V ميباشد. مشخصات آنتنV عبارت است از : 1 -رنج فرکانس 3 تا 33 مگاهرتز. -حداکثر تشعشع آن در شامل نيمساز دو شاخه آنتن که عمود بر V مي باشد. 3 -امپدانس تقريبي آنتن 733 اهم. 4 -طراحي و نصب ساده. 6 -بهره خوب)اگر طول هر قسمت آن زياد شود گين آن زياد ميشود(. 5- توجيهي بودن آن. 49

50 51 اين آنتن از رأس بهوسيلة خط انتقال 633 اهمي که به هريك ازپايههاي آن وصل ميشود تغذيه مي گردد. جريانهاي اعمال شده به دوسيم آنتن در دو جهت مخالف هستند. بهطوري که پرتوهاي تشعشعي دوسيم به طريقي با يکديگر ترکيب ميشوندکه حد اکثر تشعشع درجهت نيمساز زاويه بين دوسيم قرار مي گيرد. اگر يك مقاومت حدود 353 اهم غير اندوکتيو به انتهاي هر قسمت سيم اتصال دهيم و به زمين وصل کنيم در اين حالت حداکثر تشعشع و يا دريافت امواج درجهت مقاومتهاي بار انتهايي خواهد بود. آنتن V چون در پهناي باند زيادي عمل ميکند ميتواند در باند VHF و UHF جايي که سيگنال به طور جهتي ارسال يا دريافت مي شود ( مثال تلويزيون ) مورد استفاده قرار گيرد. به شکل 33 توجه فرماييد. با بار انتهاييVشكل )1-1 ) نصب يك نمونه آنتن براي نصب آنتنهاي V از جداولي که مشخصات نصب آنتن از قبيل رنج فرکانس کار طول هر قسمت آنتن فاصله افقي پايه رأس تا انتهاي هر ساق ارتفاع آنتن زاويه بين دو ساق) ) و فاصله ارسال و دريافت سيگنال به نقطهاي که قرار است با آن تماس حاصل شود استفاده ميکنند. ب- آنتن رومبيك ( لوزي شکل ) آنتني است از نوع آنتنهاي سيم بلند که معموال براي ارتباطي با بهره و سمتگرايي بسيار عالي مورد استفاده قرار ميگيرد. و اين به خاطر خصوصياتي است که آنتن رومبيك دارد. طرح و ساختمان آن ساده بوده داراي پهناي باند و قدرت اننتشار زيادي است. رنج فرکانس کاري آن تا 33 مگاهرتز انتشار آن در جهت قطر طويل لوزي يعني مقاومت بار انتهايي آن است. امپدانس آن تقريبا 833 اهم بوده ويك مقاومت حدود 433 تا 533 اهم غير اندوکتيو 13 وات به انتهاي آن متصل ميشود به طوري که حداکثر انتشار ازروي اين مقاومت تشعشع ميکند. طول هر قسمت آن معموال از 51 بيشتر است. ( در بعضي مواقع تا چندين برابر طول موج ) که بر اساس جدولي براي فرکانسهاي مختلف و موقعيتهاي متفاوت محاسبه ميشود. هرچه طول آنتن زياد شود گلبرگ تشعشع آن تيزتر براي طولهاي مختلف متفاوت خواهد بود. براي مثال طول نمونه اضالع تا 7 شده در نتيجه بهره آنتن بيشتر خواهد شد.زاويه نيز طول موج و زاويه نمونه از 35 درجه تا 163 درجه ميباشد. اين آنتن روي زمين به ارتفاع حدود يك تا دو طول موج قرار ميگيرد. اگر مقاومت انتهايي آنتن وجود نداشته باشد تشعشع آن به شکل حرف التين B خواهد بود. آنتن رومبيك در باندUHF روي بيشترين و کمترين فرکانس که نسبت 1 را دارند بهره خوبي دارد. شکل ( 8-3 ) آنتن رومبيك را مشاهده کنيد.

51 51 شكل 1-8( ) شکل )3-8( نمونه يك آنتن رومبيك با گلبرگهاي تشعشع درهرقسمت آن و جهت انتشار. نوعي ديگر از آنتن رومبيك آنتن نيم رومبيك است که حد اکثر تشعشع آن در جهت مقاومت انتهايي يا پالريزاسيون عمودي است. در رنج فرکانس 33 تا 73 مگاهرتز بهکار ميرود و عرض باند انتشار آن تقريبا 5 درجه درجهت مقاومت انتهايي است. وقتي مقاومت به زمين وصل ميشود جريان انعکاس نداريم لذا در هر قسمت آنتن گلبرگهاي تشعشع در يك جهت بوده و گلبرگ هردو قسمت طوري باهم ترکيب ميشوندکه انتشار درجهت مقاومت خواهد بود. شکل ) 3-9 (را مشاهده کنيد. شكل 1-9( ) شکل )A (نمونه آنتن نيم رومبيك بدون بار انتهايي و شکل )B (نمونه يك آنتن نيم رومبيك بابار انتهايي آنتن با بار انتهايي چنانچه يك بارمقاومتي به يك بار انتهاي آنتن سيم بلند افزوده شود آنتن مزبور از لحاظ تشعشع يك جهته ميگردد. بدين ترتيب که حذاکثر تشعشع و دريافت امواج درجهت مقاومت بار انتهايي خواهد بود. همانطور که قبال اشاره کرديم طول سيم بلند معموال از بيشتر است. طول اين آنتن نيز از بيشتر و در ارتفاع 3 تا 33 فوتي زمين نصب ميگردد. حداكثر مقاومت غير d d شکل) 3-33 ( 51

52 5 اين آنتن براي دريافت امواج زميني با پالريزاسيون عمودي و همچنين موج آسماني با زاويه کم مورد استفاده قرار ميگيرد. آنتن فوق داراي خاصيت جهتي و همچنين بهره بسيار عالي روي رنج فرکانسي که نسبت آن عبارت است از: 1 -رنج فرکانس 33 کيلوهرتز تا 5 مگاهرتز -طول آنتن در بيشترين فرکانس بهاندازه است امپدانس آن 33 تا 333 اهم و بستگي به نوع نصب و تعداد سيمها و هدايت زمين و ارتفاع آنتن دارد. باشد است. مشخصات آن براي رسيدن به دريافت خوب يك مقاومت متغير غير اندوکتيوو قابل تنظيم در انتهاي آنتن قرار ميدهندو آن را براي دريافت بهترين نسبت سيگنال به نويز تنظيم ميکنند. پس اين مقاومت متغيررا با يك مقاومت جايگزين )بعداز تنظيم و دريافت خوب( که 1 وات واترپروف کاور دارکه مقدار مقاومت آن ثابت باشد عوض ميکنند [ ] آنتن L معکوس آنتن تك سيم L معکوس آنتني است با سيم بلند که براي کنترل و ارتباطات برج فرودگاهها بهکار ميرود. طرح و کاربرد آن در فرکانس متوسط بدون اينکه احتياج به دکلهاي بلندي داشته باشد داراي راندمان خوبي است. تشعشع آنتن فوق بيشتر به روش زميني است. در شکل )3-31( نصب يك آنتن L معکوس را مشاهده ميکنيد. مشخصات اين آنتن عبارت است از: 1 -رنج فرکانس کار 333 کيلوهرتزتا 3 مگاهرتز - جهت انتشار همه جهته است 3- طول آن معموال کمتر از ارتفاع آن در 63 تا 93 فوتي نصب ميگردد 5- نصب آن در محوطه باز صورت ميگيرد. [ ]. است آنتنهاي مايکروويو امواج با فرکانس باال)ازيك گيگا هرتزبه باال(پس از برخورد به مانع متفرق شده و به همه جهات پخش ميشود از اين خاصيت تفرق براي ارسال امواج مايکروويو به نقاط دوردست استفاده ميگردد. براي اين کارالزم است فرستنده بسيار قوي باشدتا امواج پس از برخوردبه مانع)منعکس کننده که مانند فرستندة ثانوي عمل ميکند( و پراکندگي قدرت کافي براي رسيدن به نقاط دورتررا داشته باشند. آنتنهايي که داراي منعکس کننده هستند و به اين صورت عمل ميکنند بهنام آنتنهاي مايکروويو معروفند که براي توسعه و افزايش شدت ميدان الکتريکي از مجموعه آنتنها استفاده ميشود. به اين منظور منعکس کنندههاي مختلفي ازجمله: 1- منعکس کننده سهمي - منعکس کننده با بزرگ 3- منعکس کننده 5

53 53 ميلهاي 4- منعکس کننده گوشهاي 5- منعکس کننده بيضوي 6 - منعکس کننده هذلولي و انواع متنوع ديگررا بهکار ميبرند. آنتنهاي مايکروويورا به نام منعکس کننده آنها نامگذاري ميکنند [3 1]. 3-5 آنتن سهمي آنتنهاي که در طول موجهاي مايکروويو کار ميکنند به دودليل هندسي) که در فيزيك نور خوانده ايم ) از منعکس کنندههاي سهمي استفاده ميشود: 1- پرتوهاي مايکروويوکه از نقطه کانون سهمي به منعکس کننده بتابد پس از انعکاس بهصورت موازي و هم فازدر فضا منتشر ميشود - مجموع فاصلهاي که هرپرتو از کانون به سطح سهمي و از سطح سهمي به مأخذ PP طي ميکند مقداري است ثابت. همچنين امواج منتشر شده از کانون پس از انعکاس از سطح منعکس کننده مواز ي و هم فاز درفضا منتشر ميگردند همچنين اگر امواج بهصورت دستههاي موازي به سطح سهمي تابيده شود همة پرتوهاي اشعه به نقطه کانون سهمي ميرسند. گين اينگونه آنتنهااز رابطه زير محاسبه ميشود: = A e سطح موثر آنتن فرمول) 3-15 ( شکل) 3-3 ( Gain 4 A e = طول موج بر حسب متر = f فرکانس آنتن = C سرعت نور منبع اوليه انتشار که يك دايپل يا موجبر شيپوري است در نقطهF انرژي فرستنده رااز طريق کابل هم محور )کواکسيال(يا موجبر که از سوراخي در مرکز سهمي گذشته دريافت و به سطح منعکس کننده ميتاباند قرار گرفتن منبع اوليه در راستاي انتشار سهمي درشکل اشعه اختالالتي ايجاد ميکند. براي رفع مشکل فوق موجبر شيپوري )تغذيه کننده( را در کانون سهمي در نظر گرفته. ولي منعکس کننده سهمي را قسمتي از سهمي در نظر مي گيرند که اشعههاي منعکس شده از آن قسمت به تغذيه کننده برخورد نميکند که در شکل) 3-33 (نشان داده شده است. محور سهمي)منعكس كننده( آنتنهاي سهمي را با منبعهاي مختلفي ميتوان تغذيه کرد: شکل) 3-33 ( 53

54 و 3 54 منبع شيپوري موجبري است که به ابعاد مورد نياز به شکل شيپور درآمده که دهانه آن بتدريج براي تطبيق امپدانس موجبر با فضاي آزاد باز شده است شکل) 3-34 ( و در حقيقت وظيفه دهانه شيپوري شکل آن است که يك جبهه فازي يکنواخت با دهانهاي بزرگتر از خود موجبر و در نتيجه سمت گرايي بيشتري بهوجود آيدو انرژي را به سطح منعکس کننده اوليه که فاصله آن تا سطح سهمي و همچنين ابعاد آن طوري محاسبه ميشود که انرژي را در تمام سطح سهمي پخش نمينمايد ممکن است اشعه بطور مستقيم به منعکس کننده بتابد و نيازي به منعکس کننده اوليه نداشته باشيم مانند شکل) 3-33 (. منبع شيپوري خود به تنهايي به عنوان يك آنتن بهکار ميرود که اصطالحا آنتن شيپوري )آنتن بوقي( گفته ميشود. منعكس كننده سهموي منعكس كننده اوليه شکل) 3-34 ( براي تغذيه آنتن سهمي ممکن است بهجاي منبع شيپوري از يك کابل کواکسيال و آنتن رايپل)طول شکل )3-35( را مشاهده کنيد. ) استفاده گردد. در آنتنهاي مايکروويو انعکاس دهندههاي امواج بسيار متنوع بوده و به همين خاطر آنتنهاي فوق به شکلهاي مختلفي طراحي و ساخته ميشوند. شکل )3-36( را مشاهده کنيد. [1 ] كابل هم محور آنتن شکل )3-36( 54

55 55 فصل چهارم مباني خطوط انتقال 4-1 خطوط انتقال و موجبرها )تغذيه کنندهها( در سيستمهاي مخابراتي اغلب الزم است نقاطي را که از يکديگر دور هستند و ميخواهيم سيگنال از يك نقطه به نقطه ديگر منتقل کنيم به يکديگر متصل سازيم مثال بين فرستنده و آنتن آن. اگر فرکانس بهقدر کافي زياد باشد اين فاصله ممکن است چندين برابر طول موج باشد. بنابراين چون اين خطوط مانند سيمهاي معمولي عمل نميکنند ضروري است که مشخصههاي آنها را بررسي نمائيم. همچنين ميتوان ديدکه فاصله بين نقاط و مشخصه سيستم نيز تأثيري در عملکرد خطوط انتقال خواهند داشت. خطوط انتقال را از نقطه نظر عملي بيشتر مورد تجزيه و تحليل قرار ميدهيم. در اينجا فرض ميشود که روش کالسيك تئوري مدار الزم نبود در نتيجه با روش عملي مسائل خطوط انتقال را حل ميکنيم. چنانکه گفته شد خطوط انتقال براي حمل انرژي يا سيگنال از نقطهاي به نقطة ديگرمورد استفاده قرار ميگيرد. توسط يك چنين تعريف جامعي هر سيم ميتواند عمل يك يا چند خط انتقال را ارائه دهد. در اين موقع بايد مشخصههاي چنين خطي را در نظر گرفت ] [9. 4- اصول کلي خط انتقال دو نوع خط انتقال با مصرف عمومي در دسترس هستند خط دو سيمه )متعادل(که درشکل )1-4( و خط انتقال هم محور ( غير متعادل ) را در شکل) - 4 (مشاهده ميکنيد. پوشش هادي مغزي و هادي دي الكتريك هادي شکل) 4- ) شکل) 4-1 ( خط انتقال هم محور )غير متعادل( خط انتقال دو سيمه ( متعادل ) خط انتقال دو سيمه در مواقعي که مشخصه هاي متعادل مورد نياز است بهکار برده ميشود. مثال در اتصال به يك آنتن دوبلت خميده و يا آنتن رومبيك که متعادل هستند بهکار ميرود. خط انتقال هم محور در حاالت نا متعادل مورد استفاده قرار ميگيرد. مثال در اتصال يك فرستنده با آنتن داراي ارت )يعني يك قطب آن به زمين متصل باشد.( همچنين اين خطوط را در فرکانسهاي مايکروويو و UHF براي جلوگيري از احتمال تشعشع امواج به خارج به کار ميبرند. هر سيستمي 55

56 56 که از چند هادي تشکيل شده باشد در صورتي که فواصل بين هاديها به نصف طول موج فرکانس عمل برسد شروع به تشعشع مينمايد.اين عمل بيشتردر يك خط دوسيمه اتفاق ميافتد. چون در خط هم محور هادي خارجي بر هادي دافعي احاطه کرده و بازمين بودن هادي خارجي تشعشعي بهوجود نخواهد آمد. به همين دليل خطوط دوسيمه را در ميکروويو بهکار نميبرند درحاليکه از خط محور تا فرکانسGHZ 18 نيز بهره گيري مينمايند. بطوريکه بعدا مطالعه خواهيم نمود موجبرها نيز داراي محدوديت فرکانس ميباشند. به اين ترتيب موجبري که در فرکانسهاي پايين تراز 1GHZ بهکار برده ميشود داراي ابعاد بزرگي شده و در نتيجه موجبرها و خطوط انتقال هم محور را بين فرکانسهاي 1 تا 18 گيگاهرتز مورد استفاده قرار مي دهند. بنابراين پايين تراز 1 GHZ معموال از موجبر استفاده نشده و همچنين باالتراز 18 GHZ خطوط انتقال ( کابل هم محور ) را بهکار نميبرند بلکه حتما بايد ازموجبرها استفاده نمود ] 9]. 4-3 مدار معادل خطوط انتقال هر خط انتقال داراي طول و قطر مربوط به خودش است و بنابراين مقاومت و سلف در جهت طولي و همچنين خازن هدايتي)سبب نشتي دردي الکتريك(در جهت عرض )فاصله بين دوهادي( خواهد داشت. بنابراين مدار معادل يك چنين خطي وقتي که فرض کنيم در فرکانسهاي راديويي کار ميکنيم بهصورت شکل )4-3( خواهد بود. L L L C C شکل )4-3( مدار معادل خطوط انتقال کميتهاي L و G برحسب واحد طول بوده و نبايد آنها را بهصورت عناصر مدارات الکترونيکي که در الکتريسيته خوانده ايم در نظر گرفت. چون در طول خط توزيع گشتهاند ] 9]. 4-4 امپدانس مشخصه خط انتقال هر مداري شامل امپدانسهاي سري و موازي بايد يك امپدانس ورودي داشته باشد که در مورد خط انتقال اين امپدانس بستگي به طول ونوع خط بار و شرايط انتهايي خط خواهد داشت. طبق تعريف امپدانس مشخصه يك خط انتقال Z 0 عبارت است از امپدانسي که در ورودي خط در حالتي که خط داراي طول بينهايت )زياد( باشد اندازهگيري ميشود. امپدانس مشخصه يك خط انتقال ممکن است مختلط شود که اين امپدانس در نتيجه اندوکتانس)سلف( هادي و خازن بين آن دو ميباشد. در حقيقت بيشتراوقات بخصوص در مخابرات از مقاومت خط نظير تلفن و هدايت خطوط انتقال ميتوان صرف نظر نمود. بنابراين Z 0 بهصورت فرمول )3( در خواهد آمد. Z 0 = L C ( برحسب اهم( ميشود که امپدانس مشخصه يك خط انتقال در رنج فرمول )4-1( L برحسب هانري بر متر و C برحسب فاراد برمتر مشاهده فرکانسهاي راديويي يك مقاومت خالص است. 56

57 57 امپدانس مشخصه دو نمونه از خطوط انتقال که بطور عمومي کاربرد دارند را ميتوانيم بطور فيزيکي توسط اندازه و فاصله هاديهاي خط انتقال از يکديگر بهدست آورد. البته ثابت دي الکتريك عايق بين هاديها نيز دراين امپدانس مشخصه تأثير خواهد داشت. با بهره گيري از تئوري ميدانهاي امواج امپدانس مشخصه دونمونه خط انتقال که در شکل زير نشان داده شده بهصورت فرمولهاي زير محاسبه مي شوند. در اينجا )E ) 4-4 (خط انتقال کابل هم محور )4-5( خط انتقال دوسيمه 138 D = 0 Z )برحسب اهم( و Z 0 = 76 log )برحسب اهم( d E log d (ثابت دي الکتريك عايق بين دوهادي است چون خط دوسيمه معموال در هوا کشيده ميشود.از اين لحاظ s ثابت دي الکتريك ) E (در اينجا با واحد يعني ثابت ديالکتريك هوا در نظر گرفته شده است. اگر دو خط را درداخل دي الکتريك با ثابت) E (قرار دهيم)مثل خط انتقال دوسيمه که در بعضي تلويزيونهاي قديم استفاده ميشد( در فرمول مربوط 76 تبديل به )E 76 (خواهد شد. امپدانس مشخصه خطوط متعادل دوسيمه در حدود 153 تا 633 اهم وخطوط هم محور 43 تا 633 اهم ميباشد ] [ تلفات در خطوط انتقال به سه طريق انرژي سيگنال قبل از رسيدن به مقاومت بار )مثال آنتن(در خطوط انتقال تلف ميگردد: اتالف تشعشعي در موقعي که فاصله بين هاديها در حدود کسري از طول موج)حدود نصف طول موج(باشد بهوقوع مي پيوندد. اتالف تشعشعي را به سختي ميتوان برآورد نمود. اين تلفات با افزايش فرکانس افزايش مييابد. بنابراين در فرکانسهاي بسيار زيادعمال خطوط انتقال غير قابل استفاده خواهد شد گرمايش هدايتي اين تلفات RI است. که متناسب با مجذور شدت جريان خط مي باشد.اين تلفات با افزايش فرکانس سبب اثرپوستي)جريان در سطح خارجي هادي نيز بهوجود ميآيد(شده و افزايش مييابد گرمايش دي الکتريك اين تلفات متناسب با ولتاژ در دوسر دي الکتريك بوده و در نتيجه با افزايش ولتاژ دوسر ديالکتريك مقدار اين تلفات افزايش مييابد. با افزايش فرکانس اين تلفات افزايش پيدا ميکند. دو تلفات هدايتي و گرمايشي دي الکتريك متناسب با طول خط است و معموال کارخانههاي سازنده مجموع اين دوتلفات را برحسب دسيبل در متر عرضه ميکنند. 57

58 تطبيق امپدانس اگر خط انتقالي به امپدانس مشخصه خودش وصل شود تمام فرکانسها که توسط مولد به يكطرف آن اعمال ميگردد توسط مقاومت بار در دو طرف ديگر جذب خواهد شد و بالعکس. بطور مثال اگر يك فرستنده با خط انتقال 333 اهم به يك آنتن با امپدانس 333 اهم وصل شود تمام سيگنال که توسط خط به آنتن ميرسد جذب آنتن شده و تشعشع ميشودو برگشتي نخواهيم داشت به اين عمل عمل تطبيق امپدانس بين دوسيم گويند. اگر خط انتقال با طول محدودي به امپدانسي که برابرامپدانس مشخصهاش باشد ختم نشده باشد مقداري از توان اعمال شده به خط در امپدانس بار جذب شده و بقيه توان بهطرف مولد منعکس ميگردد و رفت و برگشت امواج درطول خط باعث ايجاد موجهاي ولتاژ و جريان ميشود که ترکيب آنهارا موج ساکن مينامند. ناپيوستگي که ممکن است در اثر پيچيدن لگد زدن بريدن خمهاي تيز و غيره در خط انتقال بهوجود آيد سبب برگشت سيگنال به منبع شده و در نتيجه مقداري از سيگنال حذف خواهد شد. بطور کلي يکي ديگر از مشخصههاي خطوط انتقال ضريب تضعيف آنهاست که دراثر انواع تلفات که قبال دربارة آنها بحث شد بهوجود ميآيد. ضريب تضعيف اساسا به اين صورت اندازهگيري ميشود که با اعمال سيگنالي در اول خط کاهش دامنه آنرا در آخر خط بهدست ميآورند که معموال برحسب دسيبل برمتردرفرکانس مربوطه ارائه ميگردد. حالت عدم تطبيق ضريب تضعيف را افزايش ميدهد. ضريب تضعيف تابعي از قطرهاديها و اتالف در عايق است. براي کمترين تلفات مقاومت هاديها را با بزرگ کردن قطرآنها کم نموده و عايقهارا از هوا و يا از مواد پليتين با افت کم اختيار ميکنند. ضريب تضعيف خطوط انتقال متعادل )دوسيمه(با نزديك بودن آنها به فلزات هادي افزايش مييابد. به همين دليل خط انتقال را نبايد از نزديك فلزات هادي عبور داد. رطوبت نيز تضعيف را زياد ميکند البته با قراردادن پوشش)شيلد( در خطوط انتقال هم محور کمشده همچنين با افزايش قطر هادي داخلي در کابل هم محور از اتالف آن ميکاهند موجبرها قبال اشاره کرديم که براي انتقال سيگنال از يك سيستم به سيستم ديگر از خط انتقالهايي نظير خط انتقال دوسيمه و کابل هم محور استفاده ميکنند که به معايب و محدوديتهاي آنها اشاره کرديم کابل هم محور را تاحداکثر فرکانسGHZ 18 ميتوان براي اين منظور بهکار برد ولي از اين فرکانس بيشتر بهدليل محدوديتهايي که اين خط انتقال دارد مورد استفاده قرار نميگيرد. تلفات آن بهحدي زياد شده که عمال استفاده از آن مقدور نميباشد. خط انتقال دوسيمه نيز با فرکانس باالي 18GHZ بهخاطر تلفات و تشعشع بيش از حد مورد استفاده قرار نميگيرد. B R A a موجبر مدور موجبر مکعب مستطيل شکل 58

59 59 موجبرها براي فرکانسهاي ويژهاي طراحي شدهاند چون ابعاد موجبر براساس 1 4 طول موج ساخته و طراحي ميشوند. بطوريکه در يك موجبر مکعب مستطيل ارتفاع موجبر است) = B( بنابراين موجبر ساخته شده در فرکانس مشخصي مثل f 0 بهترين حالت انتقال را خواهد داشت. موجبر ميتواند در فرکانسهاي باالتر عمل نمايد زيرا دراين حالت ديوارههاي موجبر بيشتر براي انتقال انرژي بهکار مي روند. پايين تر از فرکانسي که موجبر براي آن طراحي شده موجبر کوچکتراز ابعاد مورد نظر خواهد بود )يعني طول از فرکانس مورد نظرخارج از ابعاد موجبر ميافتد(بنابراين فرض براين است که موجبر داراي يك فرکانس حد به نام فرکانس قطع خواهد بود که پايين تراز آن نميتواند بطور مؤثر انرژي مربوطه را انتقال دهد. براي موجبرهاي مکعب مستطيل و موجبر مدور فرکانس قطع را ازروابط )( که به ابعاد موجبر ارتباط دارد محاسبه ميکنيم. Cut off f = c B Cut off f = c 3 / 41R فرکانس قطع موجبر مدور بطور مثال اگر موجبر مستطيل شکلي را که ارتفاع آن محاسبه کنيم. بنابراين موجبر در فرکانسهاي پايين تراز باالتراز فرکانس قطع موجبر مستطيل B = 0.5 cm باشد در نظر بگيريم ميتوانيم فرکانس قطع آنرا Cut off 33 نميتواند بطور مؤثر انرژي مربوطه را انتقال دهد ولي فرکانسهاي = m / s 30 GHZ m 33 را بهخوبي انتقال ميدهد. موجبرهاي مستطيل شکل بهخاطر آسان بودن نصب و نگهداري و همچنين تلفات GHZ GHZ کمتر بيشتر از موجبرهاي مدور مورد استفاده قرار مي گيرد. اندازه B بايد برابر يا بزرگتر از نصف طول موج ( B( باشد که در عمل برابر 3/7 طول موج خواهد بود ( (. 3/7=B اندازه A در عمل برابر 3/ يا 3/5 طول موج مي باشد. ضرورتا موجبرها همانند فيلترهاي باند باال بوده و براي همين منظور نيز از آنها استفاده ميشود. )چون فيلترهاي باند باال فيلترهايي بودندکه فرکانسهاي پايينتراز حدي را از خود عبور نميدادند و موجبرنيز همين حالت را دارد(. عملکرد موجبرها درانتقال انرژي شباهت زيادي به انتشار امواج آسماني دارد. موجبرها امواج را ازيك نقطه به نقطة ديگر در طول خط هدايت مينمايند. و به علت اثرات سطحي جريانها فقط در سطوح داخلي آنها بوده و به ندرت به داخل فلز موجبر نفوذ مي کند اين خود باعث ميگردد که امواج الکترومغناطيسي به سطوح خارجي انتشار نيابند. شکل زير انتشار امواج در يك موجبررا نشان ميدهد. شکل )4-7( انتشار امواج دريك موجبر 59