بازتابنده شكليافته چكيده 1- مقدمه سال اول شمارههاي ١ و ٢ پاييز و زمستان ١٣٨٧ صص: ٣١ ٣٩

Transcript

1 سال اول شمارههاي ١ و ٢ پاييز و زمستان ١٣٨٧ صص: ٣١ ٣٩ فصلنامه علمي پژوهشي فن اوري اطلاعات و ارتباطات ايران Dwnladed fm ianaict.i at 8: n Satuday July 7th 08 چكيده محاسبه سريع انتگرالهاي تشعشعي با روش FFT جهت كاربرد در تحليل آنتنهاي ١* ذاكر حسين فيروزه در اين مقاله روشي سريع براي محاسبه پترن تشعشعي ميدان دور آنتنهاي بازتابنده با تحريك دلخواه در محل تغذيه اراي ه ميگردد. 3 آنتن بازتابنده با روش نور هندسي GO تحليل شده سپس 4 ميدانهاي تشعشعي با روش ميدان دريچه AFM بدست آمده و انتگرالهاي تشعشعي با تبديل فوريه دوبعدي FFT بازتابنده شكليافته * ابوالقاسم زيدآبادي نژاد *دانشكده مهندسي برق و كامپيوتر دانشگاه صنعتي اصفهان **پژوهشكده فناوري اطلاعات و ارتباطات دانشگاه صنعتي اصفهان مبتني بر مشبندي بهينه دريچه محاسبه ميشوند. براساس روش اراي ه شده نرمافزاري مبتني بر MATLAB طراحي و پيادهسازي شده است كه قابليت شبيهسازي آنتنهاي بازتابنده شكليافته با ابعاد بزرگ نسبت به طول موج و تغذيه جابجا شده از كانون را دارد. به عنوان نمونه دو آنتن مورد استفاده در صنايع نظامي از جمله آنتن رادار مراقبت هوايي و رادار تاكتيكي TPS-43 تحليل شده و با نتايج شبيهسازي حاصل از نرمافزار FEKO و اندازهگيري مقايسه شده است. اين روش در عين سادگي سرعت و دقت مناسبي در تحليل آنتنهاي بازتابنده شكليافته دارد. لذا نرمافزار حاصل در طراحي آنتنهاي بازتابنده با تغذيه جابجا شده ميتواند يك ابزار مناسب جهت تعيين اوليه كارآيي آنتن و مشخصات تشعشعي ** حميد ميرمحمد صادقي موردنياز باشد و در صورت حصول پارامترهاي طراحي موردنظر شبيهسازي دقيقتر با نرمافزارهايي نظير FEKO يا NEC انجام شود و بدين صورت زمان موردنياز در روند طراحي كمتر شود. كليد واژگان: آنتنهاي بازتابنده انتگرالهاي تشعشعي.FFT - مقدمه امروزه انواع آنتنهاي بازتابنده در صنايع مخابراتي و نظامي بكار برده ميشوند و متناسب با كاربردشان شكل و تغذيه متفاوتي دارند. بويژه آنتنهاي بازتابنده شكليافته با تغذيه جابجاشده زا 5 بسيار پايين و اهميت ويژهاي برخوردارند زيرا داراي SLL 6 73 انسداد تغذيه كم هستند و در نتيجه آنتنهاي مناسبي براي كاربرد در مخابرات ماهوارهاي ميباشند. همچنين به جاي روشهاي مكانيكي پرهزينه جهت حركت كل سيستم آنتني ميتوان بازتابندههاي با تغذيه جابجاشده و آنتنهاي چند چندگانه را جهت پويش پرتو اصلي استفاده نمود [7-]. 84 پرتو با تغذيه تاكنون مقالات زيادي براي تحليل آنتنهاي بازتابنده جهت محاسبه ميدانهاي تشعشعي و پارامترهاي آنتني اراي ه شده است..Deplaced feeds.side Lbe Level 3.Feed blckage 4.Multi-beam ٣١. نويسنده عهدهدار مكاتبات (zhfiuzeh@aut.ac.i).reflect antennas 3.Gemetical Optics 4.Apetue Field Methd

2 و 8 محاسبه سريع انتگرالهای تشعشعی با روش FFT جهت کاربرد در تحليل ا نتنهای بازتابنده شکل يافته Dwnladed fm ianaict.i at 8: n Satuday July 7th 08 ٣٢ بطوركلي روشهاي محاسبه ميدانهاي تشعشي حاصل از آنتن بازتابنده به دو دسته تقسيم ميشود ميدان دريچه AFM و جريان القايي. روش ميدان دريچه AFM حل دقيقي روي محور و بخش جلوي آنتن و در اطراف پرتو اصلي نسبت به محور ميدهد. در اين روش تقريب نور فيزيكي 3 GO و نور هندسي PO 4 GO براي محاسبه توزيع ميدان روي دريچه سطح بازتابنده بكار رفته و معمولا براي آنتنهاي بازتابنده بزرگ نسبت به طول موج معتبر است. 5 اين روش براي ناحيه سايه آنتن بازتابنده مناسب نيست زيرا از جريانهاي لبه و پشت بازتابنده صرفنظر ميكند. لذا 6 براي درنظرگرفتن آثار مذكور از روشهاي تفرق لبه استفاده نموده و پاسخ بدست آمده را به حل روش AFM ميافزايند ] 8 و 9 ]. 7 براي درنظرگرفتن تفرق لبه از روشهايي مانند GTD يا 8 UTD استفاده كرده زيرا نتايج معتبري در ناحيه سايه بازتابنده داشته و جريانهاي لبه را درنظر ميگيرد ولي پيچيدگي محاسباتي بيشتري به روش AFM ميافزايد [0 و ]. در روش جريان القايي براي محاسبه توزيع جريان روي سطح بازتابنده از 9 روشهايي نظير روش ممان MM استفاده ميگردد. اگرچه روشهايي دقيق هستند اما محاسبات پيچيده و زمانبري دارند. اخيرا از روشهاي ممان- بازتابنده بزرگ استفاده شده است. 0 موجكWBMM جهت تحليل آنتنهاي در روش ممان MM متداول با استفاده از توابع بسط و آزمون براي تبديل معادلات انتگرال EFIE به معادلات جبري ماتريسهاي امپدانس متراكم حاصل ميشود. درصورتيكه در روش موجك توابع موجك به 3 عنوان توابع بسط و آزمون استفاده شده و باعث تنك شدن ماتريسهاي امپدانس شده و زمان محاسبات را كاهش ميدهد. با اين روش ميتوان جريانهاي سطحي روي بازتابنده را سريعتر از روش متداول MM محاسبه نمود [4-]. بعد از انتخاب روش تحليل آنتن بازتابنده محاسبه دقيق و سريع پترن تشعشعي بسيار اهميت دارد. روش مستقيم كه انتگرالهاي تشعشعي را بصورت عددي محاسبه مينمايد بسيار زمانبر است. البته ميتوان از بسط انتگرالهاي تشعشعي به يك سري مانند روش Jacbi-Bessel نيز استفاده كرد [5]. روش Jacbi-Bessel براي محاسبه پترن آنتنهايي كه داراي دريچه تصوير شده دايروي 4 هستند بسيار مناسب هستند. زيرا چندجملهاي Jacbi نوع خاصي از رابطه بازگشتي استفاده ميكند كه براي محاسبه پترن تشعشعي آنتنهاي بازتابنده 5 بسيار مناسب هستند. سهموي در اينجا يك الگوريتم سريع براي محاسبه انتگرالهاي تشعشعي آنتن بازتابنده دلخواه با روش FFT اراي ه ميگردد. روش پيشنهادي براي تمام آنتنهاي بازتابنده شكليافته با تغذيه جابجاشده از كانون قابل استفاده است. در اين روش ابتدا توسط نور هندسي GO ميدانهاي انعكاسي از روي سطح بازتابنده حاصل از تغذيه دلخواه بدست آمده يعني با ردگيري شعاع 63 انعكاسي توزيع ميدان روي دريچه 74 بازتابنده محاسبه ميگردد. انتگرالهاي تشعشعي بدست آمده از AFM با روش FFT محاسبه شده تا پترن تشعشعي آنتن و ساير پارامترهاي تشعشعي نظير بهره پهناي پرتو نيمتوان SLL ونسبت... 5 F/B حاصل گردد. نرمافزاري مبتني بر MATLAB براساس روش مذكور طراحي و تهيه شده كه قابليت تحليل و شبيهسازي آنتنهاي بازتابنده شكليافته با ابعاد بزرگ نسبت به طول موج را دارد. در سراسر اين مقاله به نرمافزار تهيه شده براساس روش مذكور عنوان "نرمافزار پيشنهادي" اطلاق ميگردد. در ادامه روش محاسبه سريع انتگرالهاي تشعشعي با FFT در بخش دو اراي ه ميگردد. گسستهسازي بهينه سطح بازتابنده جهت محاسبه انتگرالهاي تشعشعي با دقت مطلوب و زمان كم در بخش سه بررسي ميشود. براي تاييد و اعتبار روش پيشنهادي آنتنهاي.Cicula pjected apetue.paablic eflect antenna 3.Ray tacing 4.Apetue 5.Fnt t Back.Induced cuent.main beam 3.Physical Optics 4.Apetue 5.Shadw egin 6.Edge diffactin 7.Gemetical They f Diffactin 8.Unifm They f Diffactin 9.Methd f Mments 0.Wavelet-Based Mment Methd.Methd f Mments.Electic Field Integal Equatin 3.Spase

3 ذاكرحسين فيروزه ابوالقاسم زيدا بادي نژاد و حميد ميرمحمدصادقي فصلنامه فناوري اطلاعات و ارتباطات ايران سال اول شمارههاي و پاييز و زمستان ١٣٨٧ Dwnladed fm ianaict.i at 8: n Satuday July 7th 08 بسياري شبيهسازي شدهاند اما در اينجا دو نوع آنتن بازتابنده شكليافته عملي در صنايع نظامي از جمله رادار مراقبت هوايي و رادار تاكتيكي AN/TPS-43 با نرمافزار پيشنهادي شبيهسازي شده و در بخشهاي چهار و پنج با نتايج حاصل از نرمافزار FEKO و اندازهگيري مقايسه شده است. در بخش ششم نتيجهگيري و توضيحات پاياني آمده است. - محاسبه انتگرالهاي تشعشعي با FFT در شكل هندسه سهبعدي يك آنتن بازتابنده سهموي متقارن نشان داده شده است. تغذيه در محل كانون قرار گرفته و تصوير سطح بازتابنده روي صفحه دريچه دهانه بازتابنده- را روي صفحه كانوني سطح و S 0 S 0 ناميده ميشود. انتگرالهاي تشعشعي روي S 0 براي محاسبه ميدان دور بصورت زير هستند [6]: e E = cs E cs E sin ( θ ) ( φ φ) θ S ax ay S0 ( + ) exp( x sinθ csφ y sinθ sinφ ) dx dy e E = cs E sin + E cs ( θ ) ( φ φ) φs ax ay S0 ( + ) exp( xsin θcsφ ysin θ sinφ ) dx dy π β =, u = sinθcsφ v= sinθ sinφ λ E ay E ax و در معادلات () (a) (b) (c) انعكاسي روي صفحه كانوني مولفههاي ميدان الكتريكي S 0 ميباشد. اگر تغذيه در محل كانون آنتن سهموي قرار داشته باشد اشعه حاصل در امتداد محور اصلي خواهد بود. بنابراين اختلاف بين ميدان روي صفحات S 0 و 0 S تنها اختلاف فاز حاصل از فاصله بين دو صفحه مذكور است و محاسبه انتگرالهاي تشعشعي روي هر دو صفحه مذكور معتبر است. درصورتيكه تغذيه ازمحل كانون جابجا شود يك اختلاف و اغتشاش فازي بين دو صفحه و S 0 S 0 بوجود ميآيد. بنابراين انتگرالهاي تشعشعي تنها روي صفحه دريچه S 0 بايستي محاسبه گردد. روش پيشنهادي اگرچه براي آنتن بازتابنده سهموي توضيح داده ميشود اما براي ساير آنتنهاي بازتابنده نيز قابل استفاده است. ويژگي مهم اين روش انتگرالگيري سريع روي صفحه دريچه براي هرنوع تغذيه بامحل دلخواه هست درصورتيكه انتگرالگيري روي سطح بازتابنده زمانيكه تغذيه از كانون افست داشته باشد يا پترن تشعشعي تغذيه نامتقارن باشد بسيار زمانبر است. براي محاسبه ميدان شكل : هندسه سهبعدي آنتن بازتابنده سهموي متقارن (a) (b) شكل : (a) صفحه 0 S تصوير سطح رفلكتور روي صفحه كانوني است. (b) يك شبكه مش مستطيلي روي صفحه انعكاسي از بازتابنده صفحه كانوني S 0 ايجاد ميشود. S 0 مطابق شكل a مشبندي شده است. با استفاده از تقريب نور فيزيكي PO ميدانهاي انعكاسي در خارج از صفحه 0 S برابر صفر درنظر گرفته ميشود. تبديل فوريه دوبعدي FFT براي محاسبه انتگرالهاي a و b بكار ميرود [7]. لذا انتگرالهاي ميگردند: P x و P y بصورت زير تعريف.Offset ٣٣.Paablidal eflect antenna

4 محاسبه سريع انتگرالهای تشعشعی با روش FFT جهت کاربرد در تحليل ا نتنهای بازتابنده شکل يافته Dwnladed fm ianaict.i at 8: n Satuday July 7th 08 kl kl θ = Sin ϕ = tan k A Al Bk + l B (6a) (6b) ( xu + yv ) P = E e dx dy x S0 ( xu + yv ) P = E e dx dy y S0 ax ay E ay E ax () در روابط مذكور صفحه است. و با استفاده از روابط مولفههاي ميدان انعكاسي روي () ميدانهاي تشعشعي بصورت زير محاسبه ميگردند: S 0 E ϕs و E θs e Eθ S = ( csθ ){ Pxcsφ Py sinφ} (3) e Eφ S = ( csθ ){ Psin x φ + Pcs y φ} شبكه مش با كمك روابط زير ايجاد ميگردد: d dx = M, x = d + m. dx, m = 0,,,..., M d dy = N, y = d + n. dy, n = 0,,,..., N (4) M و N به ترتيب تعداد نقاط توزيع شده بطور يكنواخت در امتداد x وy روي صفحه 0 S ميباشد. قطر دريچه بازتابنده سهموي برابر d است. با جايگذاري P y P x روابط (4) در معادلات () ميآيد: و بصورت زير در با استفاده از تبديل فوريه دوبعدي FFT روابط (5) بصورت زير بازنويسي ميشود: d d P = exp j β u exp j β v d x d y FFT ( ) x E ax d d P = exp j β u exp j β v dx dy FFT ( ) y E ay E ϕs (7) سرانجام ميدانهاي تشعشعي E θs و بصورت زير محاسبه ميگردند: براساس FFT e Eθ S = cs kl cs klpx sin klpy e Eφ S = cs kl sin klpx+ cs klpy E ϕ S ( θ ){ φ φ } ( θ ){ φ φ } براساس معادلات (7) و (8) ميدانهاي دور E θs و محاسبه ميگردد و θ kl مطابق رابطه (6b) بدست ميآيد. مقادير منفي l و k براي يافتن ميدانها در ساير نواحي بكار ميرود. علاوه براين تعداد نقاط روي پرتو اصلي به دليل استفاده از FFT محدود است لذا از درونيابي براي بدست آوردن تمام نقاط فضا استفاده ميگردد. پترنهاي تشعشعي صفحات E و H به ترتيب به (8) d d Px = exp u exp v dx dy M N m= 0 n= 0 M N m= 0 n= 0 ax (, ) (, ) nd md v u N M E m n e e d d Py = exp u exp v dx dy ay nd md v u N M E m n e e (5) π ازاي = φو = 0 φ قابل محاسبه است. سمتگرايي آنتن بصورت زير محاسبه مي گردد [8]: E ay ( m, و (n ميدانهاي الكتريكي در نقاط S 0 E ax n) ( m, ام صفحه ( m, n) مش با فرمولهاي FFT هستند. با مقايسه روابط (5) ϕ kl و زواياي مختصات كروي θ kl D = Ω Ω A = A u + v.inteplatin F ( u, v) dudv u v (9) بوده كه ميدانهاي تشعشعي در آن نقاط محاسبه ميشوند: d M A=, k = Asinθkl csφkl, k = 0,,,..., M λ M d N B =, l = Bsinθkl sinφkl, l = 0,,,..., N λ N.Diectivity ٣٤ 0 θ π, 0 ϕ π π ϕ π kl kl kl

5 ذاكرحسين فيروزه ابوالقاسم زيدا بادي نژاد و حميد ميرمحمدصادقي فصلنامه فناوري اطلاعات و ارتباطات ايران سال اول شمارههاي و پاييز و زمستان ١٣٨٧ Dwnladed fm ianaict.i at 8: n Satuday July 7th 08 T f max (3) F ( uv, ) پترن تشعشعي آنتن بازتابنده برحسب متغيرهاي u و v است. در اين بخش معادلات اصلي براي تحليل بازتابنده سهموي و محاسبه پارامترهاي تشعشعي آنتن بدست آمده است. روش بكار رفته با كمي تغيير با نرمافزار پيشنهادي در محيط MATLAB قابل اعمال به تمام آنتنهاي بازتابنده شكليافته با تغذيه جابجاشده ميباشد به شرط آنكه ابعاد دهانه بازتابنده نسبت به طول موج بزرگ باشد. 3- محاسبه مشبندي بهينه اگر x(t) تابعي پيوسته از متغير t در بازه [a,b] باشد زوج تبديل فوريه x(t) بصورت زير تعريف ميگردد [7]: x( t) = X ( f ) = + + X ( f ) e x( t) e + jπft jπft df dt (0) براي اينكه بتوان انتگرالهاي فوريه را بصورت عددي محاسبه كرد بازه [a,b] با N نقطه به -N جزء مساوي T تقسيم ميگردد. b a T = N t = a + n T, n = 0,,,..., N () بعد از جايگزيني رابطه () در انتگرالهاي فوريه و مقايسه با تبديل فوريه گسسته ميتوان نوشت: N n = 0 [ ] π j kn N X ( k ) = x n e k = 0,,,..., N k N k = N Tf f k = f max = N T N T (a) (b) رابطه (b) نشان ميدهد كه T بايستي كمتر از N N f max تبديل باشد تا ماكزيمم فركانس موجود در x(t) با فوريه گسسته قابل آشكارسازي باشد. چون N مقدار بزرگي دارد رابطه (b) را ميتوان بصورت زير ساده كرد: مشاهده ميشود كه انتگرالهاي تشعشعي تبديل فوريه مكاني ميدانهاي الكتريكي روي دريچه هستند لذا k x و k y فركانسهاي طيفي متناظر با مك انهاي x و y ميباشند. با استفاده از رابطه (3) و (6a) اندازه مش بهينه حاصل ميگردد: x < k x, k x u λ = x <, λ u Max ( u) = x < λ (4) بطور مشابه ميتوان y < λ را اثبات كرد. بنابراين براي اينكه ميدانهاي الكتريكي دريچه بطور صحيح نمونهبرداري گردد تا محاسبات حاصل از FFT معتبر باشد لازم است كه اندازه مشها كمتر از طول موج شبيهسازي باشد. اگر تعداد نقاط نمونهبرداري از مقدار مذكور بيشتر گردد اطلاعات بيشتري از ميدان بدست نميآيد و تنها زمان شبيهسازي بدون افزايش كارآيي محاسباتي زياد ميگردد. براي مشاهده اثر نمونهبرداري صحيح و اندازه مشها در محاسبه پترن تشعشعي يك آنتن بازتابنده سهموي با آنتن هورن واقع در كانون تحريك شده است. فركانس كاري آنتن.3GHz و قطر دهانه بازتابنده و فاصله كانوني آن به ترتيب 3.5m و 5.3m است. نتايج شبيهسازي براي مقادير مختلف مشبندي با نرمافزار پيشنهادي در جدول نشان داده شده است. براي اندازه مشهاي بزرگتر از λ=3.08cm پارامترهاي تشعشعي آنتن نظير بهره و پهناي پرتو نيمتوان 3 HP مقادير قابل قبولي نيستند. ولي براي اندازه مشهاي كمتر از λ شرط رابطه (4) محقق ميگردد و مشخصات تشعشعي آنتن به درستي محاسبه ميشود. وقتيكه نقاط مشبندي 8=M و 8=N انتخاب ميگردند پرتو اصلي در زاويه 80 =θ قرار داشته و بهره برابر 38.9dB بدست ميآيد. پهناي پرتو نيمتوان در صفحه E برابر.34 و در صفحه H برابر 0.9 است و سطح گلبرگهاي كناري SLL در صفحات E و H به ترتيب.Hn antenna.half Pwe beamwidth ٣٥.Discete Fuie Tansfm

6 محاسبه سريع انتگرالهای تشعشعی با روش FFT جهت کاربرد در تحليل ا نتنهای بازتابنده شکل يافته Dwnladed fm ianaict.i at 8: n Satuday July 7th تحليل و شبيهسازي آنتن بازتابنده شكليافته با ٣٦ برابر -35dB و -5dB است. پترن تشعشعي در صفحات E و H در شكل 3 نمايش داده شده است. آنتن سهموي مذكور با نرمافزار FEKO با تركيب روش ممان و PO تحليل شده است و نتايج حاصل از آن درجدول با نرمافزار تهيه شده در MATLAB مقايسه شده است. اختلافات مشاهده شده به دو دليل ميباشد اختلافات حاصل در گلبرگهاي كناري بخاطر صرفنظر كردن از اثرات لبه در نرمافزار پيشنهادي ميباشد اما اختلافات در بهره و پهناي پرتو نيمتوان به دليل خطاي درونيابي در پيوسته نمودن پترن تشعشعي است. نكته قابل توجه آن است كه زمان شبيهسازي در نرمافزار FEKO ( a ) H سه برابر شكل 3 : (a) پترن تشعشعي در صفحه E و (b) پترن تشعشعي در صفحه H زمان شبيهسازي در نرمافزار پيشنهادي است. در طراحي آنتنهاي بازتابنده بزرگ اگر يك پيش شبيهسازي امكانپذير باشد تا اعتبار طراحي در پارامترهاي حساس و مهم آنتن نظير بهره پهناي پرتو نيمتوان در صفحات E و و سطح گلبرگهاي كناري تعيين گردد ميتوان زمان زيادي را در فرآيند طراحي و شبيهسازي كاهش داد و سپس براي نهايي كردن طراحي از نرمافزارهاي دقيق نظير FEKO يا NEC استفاده شود. در بخش بعدي دو آنتن كاربردي در صنايع نظامي با نرم افزار پيشنهادي شبيهسازي شده و با نرمافزار FEKO و نتايج اندازهگيري شده مقايسه ميگردد. تغذيههاي هورن جابجاشده يك آنتن بازتابنده شكليافته كه توسط دو هورن جابجاشده تغذيه ميگردد در شكل 4 نمايش داده شده است. فركانس كاري برابر.4GHz و طول و عرض دهانه بازتابنده به ترتيب برابر 3.5m و 7.0m با فاصله كانوني 5.3m است. منحني پروفايل سمت بازتابنده سهمي و منحني پروفايل ارتفاع بازتابنده از نوع شكل يافته است. تابع سهبعدي توصيف كننده سطح رفلكتور بصورت زير است: z = 0.047x cs y ( 5) شكل 4 : آنتن شكليافته تغذيه شده با دو هورن هورنهاي تغذيه در امتداد محور y بصورت متقارن نسبت به مبدا مختصات (كانون آنتن بازتابنده) قرارگرفتهاند. هورن قرار گرفته در محل (0.85m-,0,0) ايجاد پرتو بالايي و هورن ديگر واقع در (0.85+,0,0) پرتو پاييني را توليد ميكند. نتايج شبيهسازي با نرمافزار پيشنهادي در جدول 3 اراي ه شده است. تعداد نقاط مش براي M و N برابر 8 است. نتايج شبيهسازي نرمافزار FEKO در جدول 4 آورده شده است. به دليل ابعاد بزرگ آنتن پترن تشعشعي و بهره در سايت فضاي باز 3 اندازهگيري شده است. بهره پرتو.Azimuth pfile.elevatin pfile.open site

7 ذاكرحسين فيروزه ابوالقاسم زيدا بادي نژاد و حميد ميرمحمدصادقي فصلنامه فناوري اطلاعات و ارتباطات ايران سال اول شمارههاي و پاييز و زمستان ١٣٨٧ Dwnladed fm ianaict.i at 8: n Satuday July 7th 08 بالايي برابر 35.5dB و بهره پرتو پاييني برابر 34.5dB است. 5- تحليل و شبيهسازي آنتن رادار AN/TPS-43 پهناي پرتو نيمتوان صفحه سمت H HP برابر. و صفحه ارتفاع E HP برابر 0.5 است. نت ايج ش بيهس ازي نرمافزار پيشنهادي با نتايج حاصل از شبيهسازي با FEKO و اندازهگيري تطبيق خوبي دارد. اما زمان شبيهسازي با نرمافزار پيشنهادي كمتر از يك-سوم زمان شبيهسازي با رادار AN/TPS-43 يك رادار تاكتيكي سهبعدي مراقبت هوايي بوده كه در باند فركانسي.9GHz تا 3.GHz تا برد 00mile كار ميكند []. آنتن بازتابنده از نوع سهموي با دهانه بيضوي است. طول و عرض دهانه به ترتيب 6.0m و 4.7m با فاصله كانوني.6m است. جدول : نتايج شبيهسازي براي اندازههاي مختلف مشبندي M N dx (cm ) dy (cm) Main beam θ (deg.) HP E HP H Gain (db) ٣٢ ٣٢ ٤٣.٥٥ ٤٣.٥٥ ١٨٠ ٦٢.٨٩ ٣٢.٤٢ ١١.٠٦ ٤٨ ٤٨ ٢٨.٧٢ ٢٨.٧٢ ١٨٠ ٢٤.٦٢ ١٤.١٢ ١٨.٧٣ ٥٦ ٥٦ ٢٤.٥٥ ٢٤.٥٥ ١٨٠ ٥.٢٤ ٢.٣٢ ٣٣.٣٠ ٦٤ ٦٤ ٢١.٤٧ ٢١.٤٧ ١٨٠ ٢.٣٤ ٠.٩ ٣٨.٨٣ ١٢٨ ١٢٨ ١٠.٦٣ ١٠.٦٣ ١٨٠ ٢.٣٤ ٠.٩ ٣٨.٩١ Ppsed Methd FEKO Beam Lw High Beam Lw High Y (m) +٠.١٨٥-٠.١٨٥ Y (m) +٠.١٨٥-٠.١٨٥ جدول : مقايسه نتايج شبيهسازي حاصل از نرمافزارهاي پيشنهادي و FEKO Main beam θ (deg.) ١٨٠ ١٨٠ Elevatin(deg.) -١.٨٥ +١.٨٥ Elevatin (deg.) -٢ +٢ HP H ٢.٣٤ ٢.٥ HP E ٠.٩ ١.١ Gain (db) ٣٨.٩١ ٣٩.٢ جدول 3 : نتايج شبيهسازي حاصل از نرمافزار پيشنهادي Azimuth(deg.) +٩٠ +٩٠ Gain (db) ٣٤.١ ٣٤.١ HP E ١١.١ ١١.١ جدول 4 : نتايج شبيهسازي حاصل از نرمافزار FEKO Azimuth(deg.) +٩٠ +٩٠ Gain (db) ٣٣.٤ ٣٣.٤ HP E ١٢.٢ ١٢.٢ HP H ١.٠ ١.٠ HP XOZ ٠.٨ ٠.٨ SLL E (db) -٣٥-٣٣ SLL E (db) -٤٠-٤٠ SLL E (db) -٣٤-٣٤ SLL H (db) -٢٥-٢٢ SLL H (db) -٣٥-٣٥ FEKO ميباشد. SLL XOZ (db) -٣٢-٣٢ شكل 5 : پترنهاي تشعشعي ارتفاع آنتن AN/TPS-43 حاصل از نرمافزار پيشنهادي شكل 6 : پترنهاي تشعشعي ارتفاع آنتن AN/TPS-43 گزارش شده توسط [] M. I. Sklnik ٣٧

8 محاسبه سريع انتگرالهای تشعشعی با روش FFT جهت کاربرد در تحليل ا نتنهای بازتابنده شکل يافته Dwnladed fm ianaict.i at 8: n Satuday July 7th 08 ٣٨ يك آنتن بازتابنده با يك آرايه 5 تايي از آنتنهاي هورن كه بر روي منحني از بالا تا پايين قرار گرفتهاند تغذيه ميگردد. هورن دوم (از بالا) در كانون رفلكتور قرار گرفته است. خروجي هورنها وارد يك ماتريس استريپلاين شده و شش پرتو جهت ارتفاعيابي بدست ميآيد. پترن تشعشعي فرستندگي رادار از نوع پرتو بادبزني براي عمليات جستجو ولي پترن تشعشعي گيرندگي يك پشته از 3 پرتوها ميباشد كه ارتفاع هدف را نيز آشكارسازي ميكند. آنتن AN/TPS-43 با نرمافزار پيشنهادي شبيهسازي شده و نتايج آن در جدول 5 و شكل 5 نمايش داده شده است. به علت عدم دسترسي به دفترچه راهنماي رادار مذكور نتايج شبيهسازي با مقادير اندازهگيري شده مرجع [] -كه توسط.M.I Sklnik گزارش شده- در شكل 6 مقايسه شده است. اختلافات بين شكلهاي 5 و 6 به دليل يكسان نبودن آنتنها و نيز درنظر نگرفتن تقرق لبه بازتابنده ميباشد. بخشهاي مورد توجه نتايج شبيهسازي محل شش پرتو در صفحه ارتفاع پهناي پرتو نيمتوان در صفحه ارتفاع سطح گلبرگ كناري هر پرتو و محلهاي تقاطع اول 4 و دوم 5 پرتوهاي مجاور هم ميباشد. زمان شبيهسازي هر پرتو با نرمافزار پيشنهادي بسيار كمتر از زمان شبيهسازي موردنياز با نرمافزار FEKO ميباشد. Elevatin (deg.) Azimuth (deg.) Gain (db) HP E (deg.) HP H (deg.) Beam ١ ٠ ٠ ٣٩.٠٥ ١.٨٠ ٠.٩ Beam ٢ ٤.٣٢ ٩٠ ٣٨.١٢ ١.٩٨ ٠.٩ Beam ٣ ٧.١٥ ٩٠ ٣٧.٠٦ ١.٩٨ ٠.٩ Beam ٤ ١٢.٣٠ ٩٠ ٣٦.١٠ ٣.٧٨ ٠.٩ Beam ٥ ١٧.٥٠ ٩٠ ٣٥.٠٣ ٤.٣٠ ٠.٩ Beam ٦ ٢٣.٤٠ ٩٠ ٣١.٢٠ ٥.٢٢ ١.٢٦ 6- نتيجهگيري محاسبه سريع پترن تشعشعي ميدان دور آنتنهاي بازتابنده با تغذيه دلخواه در محل مطلوب با روش FFT اراي ه شده است. بازتابنده با روش نور هندسي GO تحليل شده سپس ميدانهاي تشعشعي با روش ميدان دريچه AFM بدست آمده و انتگرالهاي تشعشعي با تبديل فوريه دوبعدي FFT محاسبه شدهاند. اندازه مش بهينه از لحاظ دقت شبيهسازي و زمان شبيهسازي بدست آمده و با روابط و نتايج شبيهسازي نشان داده شده است كه كوچكترين مش بايستي داراي ابعادي كمتر از يك طول موج داشته باشد. بر اساس روش پيشنهادي نرمافزاري در محيط MATLAB تهيه شده كه ميتواند تمام آنتنهاي بازتابنده شكليافته با ابعاد بزرگ نسبت به طول موج را در فركانس موردنظر شبيهسازي نمايد. به عنوان نمونه دو آنتن مورد استفاده در صنايع نظامي از جمله آنتن رادار مراقبت هوايي و رادار تاكتيكي TPS-43 تحليل شده و با نتايج شبيهسازي حاصل از نرمافزار FEKO و اندازهگيري تطبيق خوبي داشته است. روش اراي ه شده در عين سادگي سرعت و دقت مناسبي در تحليل بازتابندههاي شكليافته - كه داراي ابعاد بزرگ نسبت به طول موج هستند- دارد. لذا نرمافزار پيشنهادي در طراحي آنتنهاي بازتابنده با تغذيه افستدار ميتواند يك ابزار مناسب جهت تعيين اوليه كارآيي آنتن و مشخصات تشعشعي موردنياز باشد و در صورت احراز پارامترهاي طراحي موردنظر شبيهسازي دقيقتر با نرمافزارهايي نظير FEKO يا - NEC كه زمان زيادي براي شبيهسازي نياز دارند- انجام شود و بدين صورت زمان موردنياز در روند طراحي كمتر شود. همچنين نرمافزار پيشنهادي داراي كتابخانهاي از آنتنهاي بازتابنده رايج بوده و امكان تعريف بازتابنده دلخواه را دارد. مراجع [١] Sklnik, M. I., Rada Handbk, nd ed, McGaw- Hill, New Yk, 990. [٢] Chu, T. S. and R. H. Tuin, "Deplaizatin ppeties f ffset eflect antennas," IEEE Tans. Antennas & Ppagatin, Vl., May 973 [٣] Rudge, A. W., "Offset eflect antennas with ffset feeds," Electnic Lettes, 6-63, Nv [٤] Janken, J. A., W. J. English and D. F. DiFnz, "Radiatin fm multimde eflect antennas," G-AP Symp. Digest, , 973. [٥] Ingesn, P.G. and W. C. Wng, Fcal egin chaacteistics f ffset fed eflects, IEEE/AP- S Symp. Pgam & Digest, -3, June 974..Stipline Matix.Fan beam 3.Stacked beams.fist css-ve.secnd css-ve

9 ذاكرحسين فيروزه ابوالقاسم زيدا بادي نژاد و حميد ميرمحمدصادقي فصلنامه فناوري اطلاعات و ارتباطات ايران سال اول شماره ١ تابستان ١٣٨٧ Dwnladed fm ianaict.i at 8: n Satuday July 7th 08 In Electmagnetics Reseach M, Vl., 89 00, 008. [١٣] Lashab, M., F. Benabdelaziz and C. Zebii, "Analysis f electmagnetic scatteing fm eflect and cylindical antennas using wavelet-based mment methd," Pgess In Electmagnetics Reseach, PIER 76, , 007. [١٤] Hezbeg, Thmas, Rdica Rame and Stuat Hay, "Antenna analysis using wavelet epesentatins," Pgess In Electmagnetics Reseach Sympsium ٢٠٠٥, Hangzhu, China, August ٢٢-٢٦. [5] Galind-Isael, V. and R. Mitta, A new seies epesentatin f the adiatin integal with applicatin t eflect antennas, IEEE Tans. Antennas & Ppagatin, Vl. ٢٥, N. ٥, ٦٣١-٦٤١, Sept. ١٩٧٧. [6] Balanis, C. A., Antenna They, Anlaysis and Design, Jhn Wiley & Sns, 98. [7] Bacewell, R. N., The Fuie Tansfm and Its Applicatins, nd ed., McGaw-Hill, New Yk, 986. [8] Stutzman, W. L. and G. A. Thiele, Antenna They and Design, nd ed., Jhn Wiley & Sns, 997. [٦] Kaimkashi, S. and J. Rashed-Mhassel, "Sidelbe level eductin in symmetic dualeflect antennas using a small lens antenna", J. f Electmagn. Waves and Appl., Vl. 0, N. 3, , 006. [٧] Tian, Y., Y. H. Zhang and Y. Fan," The analysis f mutual cupling between paablid antennas," J. f Electmagn. Waves and Appl., Vl., N. 9, 9 03, 007. [٨] Rusch, W. V. T. and P. D. Ptte, Analysis f Reflect Antennas, New Yk, Academic Pess, New Yk, 970. [٩] Kauffman, J. F., W. F. Cswell, and L. J. Jwes, "Analysis f the adiatin pattens f eflect antennas," IEEE Tans. Antennas & Ppagatin, Vl. 4, 53-65, Jan [١٠] Lve, A. W., Reflect Antennas, Jhn Wiley & Sns, 978. [١١] Kuyumjian, R.G. and P. H. Pathak, "A unifm gemetical they f diffactin f an edge in a pefectly cnducting suface," Pceedings f the IEEE, Vl. 6, N., , Nv [١٢] Lashab, M., C. Zebii and F. Benabdelaziz, "Wavelet-based mment methd and physical ptics use n lage eflect antennas," Pgess ٣٩