Λογισμικό υπολογισμού και σχεδίασης διαγραμμάτων ακτινοβολίας στοιχειοκεραιών Ελένη Διαμαντίδου Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας Κοζάνη, Ελλάδα elenadiamantidou@gmail.com Θεόδωρος Ζυγκιρίδης Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας Κοζάνη, Ελλάδα tzygiridis@uowm.gr Abstract Στην παρούσα εργασία περιγράφονται η υλοποίηση και οι δυνατότητες μιας γραφικής διεπιφάνειας (Graphical User Interface - GUI) σε περιβάλλον Matlab, η οποία υπολογίζει και απεικονίζει τα διαγράμματα ακτινοβολίας που παράγονται από μια ποικιλία διατάξεων στοιχειοκεραίων. Οι τελευταίες είναι απαραίτητες σε ένα πλήθος σύγχρονων εφαρμογών, όταν απαιτούνται συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας που δεν εξασφαλίζονται από μεμονωμένα στοιχεία. Το προτεινόμενο λογισμικό μπορεί να αξιοποιηθεί τόσο για εκπαιδευτικούς, όσο και για ερευνητικούς σκοπούς, δεδομένου ότι επιτρέπει τη ταχύτατη διερεύνηση των βασικών χαρακτηριστικών μιας σειράς κλασικών, αλλά και σύγχρονων διατάξεων. Keywords Γραφική Διεπιφάνεια, Διάγραμμα Ακτινοβολίας, Στοιχειοκεραίες, Παράγοντας Στοιχειοκεραίας, Matlab. I. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η διαρκής εξέλιξη των ασύρματων και κινητών επικοινωνιών θέτουν σχεδόν πάντα απαιτήσεις που χρειάζονται εξελιγμένες λύσεις για την επαρκή αντιμετώπισή τους. Οι στοιχειοκεραίες, οι οποίες είναι διατάξεις αποτελούμενες από ένα σύνολο κεραιών με ορισμένη γεωμετρική και ηλεκτρική μορφή (όχι απαραίτητα με πανομοιότυπα στοιχεία), δίνουν λύσεις σε πολλά από τα προβλήματα που προκύπτουν, με αποτέλεσμα να αποτελούν πλέον ένα σημαντικό κομμάτι των σύγχρονων επικοινωνιών. Η χρήση στοιχειοκεραιών στα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά συστήματα συνοδεύεται από σημαντικά πλεονεκτήματα, αφού οι συγκεκριμένες διατάξεις βελτιώνουν σημαντικά τη χωρητικότητα κυψελωτών (και όχι μόνο) συστημάτων [1], επιτυγχάνουν μεγάλο κέρδος, μπορούν να μεταβάλουν το διάγραμμα ακτινοβολίας τους και εξασφαλίζουν καλύτερη διαχείριση του διαθέσιμου φάσματος [2]. Συνεπώς, είναι φανερό ότι οποιαδήποτε δυνατότητα εύκολης και γρήγορης πρόβλεψης των ιδιοτήτων διατάξεων στοιχειοκεραιών έχει ιδιαίτερη αξία για τους μηχανικούς τηλεπικοινωνιών. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, σε αυτήν την εργασία παρουσιάζεται ένα λογισμικό που δημιουργήθηκε με σκοπό την κατανόηση βασικών ιδιοτήτων συγκεκριμένων στοιχειοκεραιών και τον υπολογισμό των διαγραμμάτων ακτινοβολίας που προκύπτουν, μετά την τροποποίηση βασικών παραμέτρων τους. Είναι λειτουργικό και εύκολο στην χρήση, καθώς προσφέρει γραφική διεπιφάνεια για την εισαγωγή των απαραίτητων παραμέτρων, για τον υπολογισμό και την απεικόνιση των διαγραμμάτων ακτινοβολίας. Προς το παρόν έχουμε συμπεριλάβει κάποιες από τις πλέον διαδεδομένες αντιπροσωπευτικές περιπτώσεις που συνθέτουν ένα χρήσιμο εργαλείο για εκπαιδευτικούς και ερευνητικούς σκοπούς, με δυνατότητα μελλοντικής προσθήκης ακόμα πιο εξελιγμένων διατάξεων. II. ΘΕΩΡΗΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ A. Στοιχειοκεραίες Όπως έχουμε ήδη πει, ως στοιχειοκεραία ορίζεται ένα σύνολο μεμονωμένων στοιχείων (κεραιών). Το προκαλούμενο συνολικό πεδίο της στοιχειοκεραίας υπολογίζεται από το διανυσματικό άθροισμα των πεδίων που ακτινοβολούνται από τα επιμέρους στοιχεία. Για το σχεδιασμό μια στοιχειοκεραίας, ομοίων στοιχείων, λαμβάνουμε υπόψη δεδομένα όπως: τη συνολική γεωμετρική διάταξη (ευθύγραμμη, σφαιρική, ορθογώνια, κτλ.), τη σχετική θέση μεταξύ των στοιχείων, το πλάτος του ρεύματος διέγερσης του κάθε στοιχείου, τη φάση του ρεύματος διέγερσης του κάθε στοιχείου, το διάγραμμα ακτινοβολίας κάθε μεμονωμένου στοιχείου. Για να προκύψουν κατευθυντικά διαγράμματα ακτινοβολίας πρέπει τα πεδία των επιμέρους στοιχείων της στοιχειοκεραίας να προστίθενται στην επιθυμητή κατεύθυνση. Ο υπολογισμός του διαγράμματος διαμορφώνεται από τον πολλαπλασιασμό του διαγράμματος του παράγοντα ακτινοβολίας επί των διαγραμμάτων των επιμέρους στοιχείων. Κατά τα γνωστά, ο παράγοντας μια γραμμικής στοιχειοκεραίας (Array Factor - AF) με ίδια πλάτη ρευμάτων διέγερσης υπολογίζεται ως εξής: με όπου k ο κυματικός αριθμός, d η απόσταση μεταξύ διαδοχικών στοιχείων, θ η πολική γωνία και β η διαφορά φάσης μεταξύ διαδοχικών στοιχείων. Είναι φανερό ότι ο παράγοντας μιας στοιχειοκεραίας είναι ανεξάρτητος από το (1) (2)
είδος των επιμέρους στοιχείων και, ουσιαστικά, θεωρεί πως όλα τα στοιχεία είναι πανομοιότυπα και ισοτροπικά. Μερικά κύρια χαρακτηριστικά του παράγοντα είναι: [AF] max = N, όπου Ν το πλήθος στοιχείων, για ψ = 0. Η παραπάνω τιμή αντιστοιχεί στον κύριο λοβό του διαγράμματος ακτινοβολίας. Ο συνολικός αριθμός των λοβών, πλευρικών και κύριου, ισούται με Ν 1 (ένας κύριος λοβός και Ν 2 πλευρικοί). Το πλάτος του κύριου λοβού ισούται με 4π/Ν. Μόνο ο κύριος λοβός μπορεί να έχει δύο διαστήματα, στο διάγραμμα παράγοντα, πριν και μετά το 0. Οι δευτερεύοντες λοβοί έχουν πλάτος 2π/Ν. B. Ευρύπλευρες στοιχειοκεραίες Οι ευρύπλευρες στοιχειοκεραίες (Broadside Arrayσ) ονομάζονται και μετωπικές και αποτελούν την πιο απλή κατηγορία. Χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που θέλουμε να κατευθύνουμε το μέγιστο της ακτινοβολίας κάθετα στον άξονα της στοιχειοκεραίας, δηλαδή απαιτούμε η θέση του κύριου λοβού να βρίσκεται στις θ = 90 και η διαφορά φάσης β να είναι ίση με μηδέν. Γενικότερα, για να κατευθύνεται το μέγιστο του παράγοντα πλευρικά ως προς τον άξονα της στοιχειοκεραίας πρέπει όλα τα στοιχεία να έχουν ίδια διέγερση πλάτους και ίδια διέγερση φάσης. Η απόσταση μεταξύ τους μπορεί να διαφοροποιείται, λαμβάνοντας υπόψη όμως, την αποφυγή εμφάνισης μεγίστων προς άλλες, μη επιθυμητές, κατευθύνσεις. Για να επιτευχθεί αυτό, χρειάζεται η απόσταση d να μην είναι πολλαπλάσιο του μήκους κύματος (d nλ, n = 1, 2, 3 ) ακροφλεγής εκπομπή και προς τις δύο κατευθύνσεις (Εικ. 2). Εάν η απόσταση d είναι πολλαπλάσια του μήκους κύματος (d = nλ, n = 1, 2, 3 ) εμφανίζονται τέσσερα μέγιστα: δύο κατά τις πλευρικές διευθύνσεις και δύο κατά τον άξονα της στοιχειοκεραίας. Για να υπάρξει ένα μόνο μέγιστο και κανένας άλλος διχτυωτός λοβός, πρέπει η μέγιστη απόσταση να είναι μικρότερη από το μισό μήκος κύματος (d max < λ/2). Εικ. 2. Διάγραμμα ακτινοβολίας μιας ακροπυροδοτικής στοιχειοκεραίας με δύο στοιχεία σε απόσταση λ/2.. D. Hansen-Woodyard στοιχειοκεραίες Η στοιχειοκεραία Hansen-Woodyard, είναι μια ακροπυροδοτική στοιχειοκεραία, με αυξημένη κατευθυντικότητα (Εικ. 3), χωρίς απώλεια των λοιπών χαρακτηριστικών της. Η συνθήκη Hanseν-Woodyard ισχύει για μια κεραία απείρου μήκους με συνεχή κατανομή, με αποτέλεσμα να δίνει αξιόλογα αποτελέσματα και σε κεραίες πεπερασμένου (αλλά μεγάλου) μήκους, όταν τα στοιχεία να είναι επαρκώς κοντά μεταξύ τους. Για να επιτευχθεί αυτό, αποδεικνύεται ότι η απαιτούμενη διαφορά φάση μεταξύ των στοιχείων αρκεί να είναι: Εικ. 1. Διάγραμμα ακτινοβολίας μιας ευρύπλευρης στοιχειοκεραίας με δύο στοιχεία σε απόσταση λ/2. C. Ακροπυροδοτικές στοιχειοκεραίες Στις ακροπυροδοτικές (End-Fire Arrays) ή αξονικά ακτινοβολούσες στοιχειοκεραίες, το μέγιστο της ακτινοβολίας επιτυγχάνεται κατά τη διεύθυνση του άξονα της διάταξης. Μπορεί μάλιστα να απαιτείται εκπομπή κατά μόνο μία διεύθυνση, δηλαδή ο κύριος λοβός να βρίσκεται στις θ = 0 ή θ = 180. Ακροπυροδοτική συμπεριφορά, επομένως, επιτυγχάνεται για β = kd (θ = 0 ) ή β= +kd (θ = 180). Εάν η απόσταση μεταξύ των στοιχείων είναι d = λ/2, τότε προκύπτει Εικ. 3. Διάγραμμα ακτινοβολίας μιας Hansen Woodyard διάταξης με 10 στοιχεία.
Οι συγκεκριμένες συνθήκες πετυχαίνουν μεγαλύτερη κατευθυντικότητα, ωστόσο δεν οδηγούν στη μέγιστη δυνατή κατευθυντικότητα. Στην πραγματικότητα, ο κύριος λοβός μπορεί να μην βρίσκεται ακριβώς στις γωνίες θ = 0 και θ = 180 και η τιμή του να μην είναι μονάδα. Τα μέγιστα και ο αριθμός των πλευρικών λοβών εξαρτώνται, ως συνήθως, από τον αριθμό των στοιχείων. Γενικότερα, για να αυξήσουμε την κατευθυντικότητα σε κεραίες Hansen-Woodyard, επιλέγουμε την απόσταση μεταξύ στοιχείων d = λ/4. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Επιλογή τύπου κεραίας εμφάνιση προτεινόμενων παραμέτρων ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Έλεγχος δεδομένων, έτσι ώστε να πληρούν τις προϋποθέσεις, της κεραίας που επιλέχθηκε ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ Σχεδίαση διαγραμμάτων και υπολογισμός βασικών χαρακτηριστικών. Εικ. 5. Γενική παρουσίαση του λογισμικού υπολογισμού και σχεδίασης διαγραμμάτων ακτινοβολίας στοιχειοκεραιών. E. Φασικές στοιχειοκεραίες Οι φασικές στοιχειοκεραίες (phased array) αποτελεί διατάξεις σάρωσης, με την έννοια ότι μπορούν να μεταβάλουν το διάγραμμα ακτινοβολίας τους, εφαρμόζοντας τις κατάλληλες φάσεις στις επιμέρους διεγέρσεις. Συγκεκριμένα, με κατάλληλη επιλογή της φασικής διέγερσης β και της απόστασης μεταξύ των στοιχείων d, ο κύριος λοβός του διαγράμματος ακτινοβολίας μιας φασικής κεραίας, στρέφεται σε μία γωνία θ ο, όπου 0 θ ο 180 (Εικ. 4). Συνεπώς, υποθέτοντας πως η μέγιστη ακτινοβολία της κεραίας πρέπει να κατευθυνθεί κατά μία γωνία θ ο, η φασική διέγερση θα πρέπει να ρυθμιστεί έτσι ώστε: kd cos (3) Μεταβάλλοντας συνεχώς την διαφορά φάσης μεταξύ των στοιχείων (με ηλεκτρονικό τρόπο χρησιμοποιώντας μεταλλάκτες φάσης), ο κύριος λοβός της στοιχειοκεραίας μετακινείται σαρώνοντας όλες τις διευθύνσεις της θ ο. Αυτή είναι, άλλωστε, η βασική αρχή λειτουργίας των έξυπνων κεραιών (smart antennas), οι οποίες βρίσκουν εφαρμογές σε σύγχρονα συστήματα τηλεπικοινωνιών [3]. Εικ. 4. Διάγραμμα ακτινοβολίας μιας φασικής στοιχειοκεραίας, με τον κύριο λοβό προσανατολισμένο στις 60. III. ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Το λογισμικό υλοποιήθηκε σε περιβάλλον Matlab, όπου αναπτύχθηκε μια γραφική διεπιφάνεια (GUI) για τη σχεδίαση της στοιχειοκεραίας (εύκολη εισαγωγή επιθυμητών παραμέτρων), καθώς και την απεικόνιση διαγραμμάτων ακτινοβολίας. Στην Εικ. 5 παρουσιάζεται η γενική φιλοσοφία που ακολουθήθηκε κατά την ανάπτυξη του λογισμικού, ενώ στην Εικ. 6 δίνεται η γραφική διεπιφάνεια του λογισμικού. 0 Εικ. 6. Γραφική διεπιφάνεια του λογισμικού. Στην συνέχεια αναλύονται τα βασικά χαρακτηριστικά και οι λειτουργίες που έχουν ενσωματωθεί. A. Δημιουργία Φακέλου για Αποθήκευση Κάθε φορά που εκκινείται το λογισμικό, δημιουργείται ένας καινούριος φάκελος με όνομα «Radiation Pattern _ Current Date», έτσι ώστε να αποθηκεύονται τα αποτελέσματα που επιθυμεί ο χρήστης ανάλογα με την ημερομηνία που δημιουργήθηκαν. Τα αρχεία που αποθηκεύονται στο συγκεκριμένο φάκελο είναι αρχεία εικόνας (.png), με χαρακτηριστικό όνομα την τοπική ώρα και αρχεία κειμένου (.txt) που περιέχουν τα εξής στοιχεία: μηδενισμούς, μέγιστα, κατευθυντικότητα της διάταξης (D 0 ), εύρος δέσμης μισής ισχύος (HPBW), εύρος δέσμης πρώτου μηδενισμού (FNBW), εύρος δέσμης πρώτου πλευρικού λοβού (FSLBW) και τις παραμέτρους που εισήχθησαν στο λογισμικό από το χρήστη, για να αναγνωρίζεται εύκολα η κεραία στην οποία αντιστοιχούν οι προαναφερθείσες τιμές. B. Επιλογή Κεραίας Αρχικά, ο χρήστης επιλέγει ένας από τα διαθέσιμα πρότυπα στοιχειοκεραίας ή την επιλογή σχεδιασμού διαμορφωμένης κεραίας, σύμφωνα με τις ανάγκες του κάθε προβλήματος (Customized Array), από το μενού που φαίνεται στην Εικ. 7. Στη συνέχεια, ανάλογα με την επιλογή του είδους της στοιχειοκεραίας, εμφανίζονται προτεινόμενοι παράμετροι, κατάλληλα τροποποιημένοι έτσι ώστε να προσομοιώνουν επιθυμητά αποτελέσματα. Τα πεδία εισαγωγής τιμών είναι ανενεργά μέχρις ότου να επιλεχθεί κάποια κατηγορία, για την αποφυγή οποιουδήποτε λάθους. Απαραίτητα στοιχεία για την διαμόρφωση του διαγράμματος ακτινοβολίας είναι (Εικ. 8):
έχουν θεωρηθεί ότι είναι δίπολα λ/2, με τον άξονά τους να ταυτίζεται με τον άξονα της στοιχειοκεραίας. Εικ. 7. Μενού επιλογής του είδους της στοιχειοκεραίας Εικ. 9. Παράδειγμα από ακροπυροδοτική κεραία. Εικ. 8. Μενού για την εισαγωγή παραμέτρων. Εικ. 10. Παράδειγμα διαγράμματος ακτινοβολίας στοιχειοκεραίας Hansen-Woodyard σε Kαρτεσιανή μορφή. N: πλήθος στοιχείων. Distance: απόσταση μεταξυ των στοιχείων. Phase: φάση της διέγερσης. Wave Length: μήκος κύματος (αριθμός). ThetaD: γωνία προσανατολισμού μεγίστου για φασικές κεραίες. (Ενεργοποιείται μόνο για τις κεραίες σάρωσης). Με την επιλογή του επιθυμητού τύπου στοιχειοκεραίας, τα πεδία των προτεινόμενων τιμών παραμέτρων ενεργοποιούνται προς τροποποίηση, αρκεί να πληρούν τις προϋποθέσεις της κατηγορίας στην οποία ανήκουν. Αυτό σημαίνει πως ο χρήστης μπορεί να αλλάξει τις τιμές που είναι ήδη συμπληρωμένες, ανάλογα με τις δικές του προτιμήσεις σχεδίασης, αρκεί να ικανοποιούν τους περιορισμούς της στοιχειοκεραίας στην οποία αναφέρονται. Σε περίπτωση μη αποδεκτής παραμετροποίησης, το λογισμικό εμφανίζει πρόσθετο παράθυρο προειδοποίησης, ενημερώνοντας τον χρήστη για την επιλογή του. C. Απεικόνιση διαγραμμάτων ακτινοβολίας Εφόσον, έχει γίνει σωστά η εισαγωγή των απαραίτητων τιμών στο λογισμικό, υπολογίζονται οι τιμές του παράγοντα της στοιχειοκεραίας AF, καθώς και του διαγράμματος ακτινοβολίας του κάθε μεμονωμένου στοιχείου της διάταξης ΑΕ. Και οι δύο παράγοντες αναπαρίστανται, σε κανονικοποιημένη μορφή, σε σχετικό διάγραμμα στο διάστημα [ 180, 180]. Ένα τυπικό παράδειγμα απεικονίζεται στην Εικ. 9, όπου τα μεμονωμένα στοιχεία Εικ. 11. Παράδειγμα διαγράμματος ακτινοβολίας στοιχειοκεραίας Hansen-Woodyard σε πολική μορφή. Για το συνολικό διαγράμματος ακτινοβολίας υπάρχουν δύο επιλογές απεικόνισης: o σε Καρτεσιανές συντεταγμένες (Εικ. 10), o σε πολικές συντεταγμένες (Εικ. 11). Τα διαγράμματα ακτινοβολίας που προκύπτουν, καθώς και τα διαγράμματα παραγόντων, όπως προαναφέρθηκε, μπορούν να αποθηκευτούν σε αρχεία εικόνας για μετέπειτα μελέτη ή χρήση. D. Υπολογισμοί Το συγκεκριμένο λογισμικό, εκτός από την αναπαράσταση διαγραμμάτων (ακτινοβολία και παραγόντων), υπολογίζει βασικά χαρακτηριστικά της διάταξης που επιθυμεί να μελετήσει ο χρήστης (Εικ. 12). Τα χαρακτηριστικά αυτά είναι σε πλήρη αντιστοιχία με το ανάλογο διάγραμμα ακτινοβολίας
και βασισμένα απόλυτα, στη μαθηματική ανάλυση που χαρακτηρίζει τη συμπεριφορά της κάθε στοιχειοκεραίας. Εικ. 12. Παράδειγμα χαρακτηριστικών μιας ακροπυροδοτικής στοιχειοκεραίας. IV. ΕΦΑΡΜΟΓΈΣ Το λογισμικό επιτρέπει την επιλογή των τιμών μιας σειράς από παραμέτρους και τη μελέτη στοιχειοκεραιών διαφορετικού τύπου, με αποτέλεσμα να δίνει τη δυνατότητα διερεύνησης ενός μεγάλου αριθμού από διαφορετικές περιπτώσεις. Εδώ θα αναφερθούμε σε ορισμένα, μόνο, ενδεικτικά παραδείγματα, τα οποία όμως αρκούν για να επιβεβαιώσουν τη χρησιμότητα και τις δυνατότητες του συγκεκριμένου λογισμικού. Αρχικά επιλέγουμε την περίπτωση της ευρύπλευρης στοιχειοκεραίας και μελετούμε την επίδραση που έχει στο διάγραμμα ακτινοβολίας το πλήθος των ακτινοβολούντων στοιχείων. Συγκεκριμένα, η απόσταση μεταξύ των στοιχείων ισούται με λ/2, ενώ οι επιμέρους περιπτώσεις αναφέρονται σε 4, 8, 12 και 16 στοιχεία. Τα διαγράμματα ακτινοβολίας απεικονίζονται στην Εικόνα, όπου διαπιστώνεται η μείωση του εύρους του κυρίως λοβού και αύξηση του πλήθους των δευτερευόντων λοβών, όταν αυξάνεται το πλήθος των στοιχείων. Τα αποτελέσματα δίνονται σε αριθμούς και db, σε rad και μοίρες προς διευκόλυνση υπολογισμών του χρήστη. Παρομοίως με τα διαγράμματα, οι σχετικές πληροφορίες της στοιχειοκεραίας αποθηκεύονται σε αρχείο κειμένου, επίσης προς μετέπειτα μελέτη ή χρήση. Στο συγκεκριμένο αρχείο δίνεται επίσης πλήρης επεξήγηση της φυσικής σημασίας του κάθε υπολογισμού. E. Επιπλέον πληροφορίες Προς αποφυγή οποιουδήποτε λάθους, που θα δημιουργήσει λάθος αποτελέσματα ή προβλήματα εκτέλεσης, υπάρχουν κατάλληλοι έλεγχοι έτσι ώστε να εισάγονται τιμές εντός επιτρεπτών ορίων. Για παράδειγμα, η γωνία προσανατολισμού του μεγίστου μιας φασικής στοιχειοκεραίας σάρωσης πρέπει να είναι 0 έως 180 μοίρες. Επιπλέον, ελέγχεται κάθε φορά η απόσταση μεταξύ των στοιχείων της κεραίας σε σχέση με το μήκος κύματος. Στις περισσότερες περιπτώσεις επιλέγεται το d < λ και, συγκεκριμένα, d = λ/4, έτσι ώστε να μην δημιουργούνται επιπλέον κύριοι δευτερεύοντες λοβοί. Όσον αφορά την αποθήκευση αποτελεσμάτων στο λογισμικό, υπάρχουν διαθέσιμες τρεις επιλογές : Αποθήκευση όλων. Αποθήκευση μόνο χαρακτηριστικών κεραίας. Αποθήκευση μόνο διαγραμμάτων. Ο φάκελος στον οποίο αποθηκεύονται τα παραπάνω στοιχεία δημιουργείται μία φορά, κατά την εκκίνηση του λογισμικού και περιέχει αρχεία που δημιουργήθηκαν στην συγκεκριμένη ημερομηνία. Σε περίπτωση πολλαπλών εκκινήσεων την ίδια ημέρα, ο φάκελος παραμένει ίδιος και προστίθενται επιπλέον αρχεία. Σκοπός του φακέλου αυτού είναι η αρχειοθέτηση αποτελεσμάτων, έτσι ώστε να επιτρέπεται η σύγκριση αποδοτικότητας μεταξύ ίδιου ή διαφορετικού τύπου κεραιών. Τέλος, σε κάθε αντικείμενο/στοιχείο της γραφικής διεπιφάνειας έχει αποθηκευτεί κατάλληλο διαμορφωμένο μήνυμα επεξήγησης (ToolTip), για να γνωρίζει ο χρήστης την ακριβή λειτουργία του. 4 στοιχεία 8 στοιχεία 12 στοιχεία 16 στοιχεία Εικ. 13. Σύγκριση των διαγραμμάτων ακτινοβολίας ευρύπλευρων στοιχειοκεραιών με 4, 8, 12 και 16 στοιχεία σε απόσταση λ/2 μεταξύ τους. Ως μια δεύτερη εφαρμογή παρουσιάζουμε την περίπτωση μιας φασικής στοιχειοκεραίας, η οποία αποτελείται από 8 στοιχεία τοποθετημένα σε απόσταση λ/2 μεταξύ τους. Στην Εικ. 13 παρουσιάζονται τα διαγράμματα ακτινοβολίας που προκύπτουν, όταν ο κύριος λοβός στρέφεται στην κατεύθυνση των 20, 75, 120 και 165, τροποποιώντας κατάλληλα τις διαφορές φάσης μεταξύ των διεγέρσεων. Από τα αποτελέσματα μπορούν να προκύψουν χρήσιμα
συμπεράσματα, όπως είναι π.χ. η εξάρτηση του εύρους του κυρίου λοβού από τη γωνία προσανατολισμού ή από τη στάθμη των δευτερευόντων λοβών κλπ.. 20 75 VI. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην εργασία αυτή παρουσιάστηκε η υλοποίηση μίας γραφικής διεπιφάνειας σε περιβάλλον Matlab, με στόχο την κατανόηση της συμπεριφοράς διαφόρων στοιχειοκεραιών, μέσω της απεικόνισης των διαγραμμάτων ακτινοβολίας τους και τον υπολογισμό χρήσιμων μεγεθών. Για τη δημιουργία των διαγραμμάτων ακτινοβολίας και τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών των στοιχειοκεραιών, χρησιμοποιήθηκαν οι κατάλληλοι μαθηματικοί τύποι που σχετίζονται με τον ανάλογο τύπο κεραίας, στον οποίο αναφέρεται σε κάθε περίπτωση το λογισμικό. Το συγκεκριμένο project, μπορεί να χρησιμοποιηθεί εύκολα για ερευνητικούς και εκπαιδευτικούς σκοπούς, εφόσον είναι ιδιαίτερα απλός και προσεγγίσιμος ο χειρισμός του. Τα διαγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν ως παραδείγματα παραπάνω, όπως και οι υπόλοιπες πρόσθετες εικόνες, αποτελούν αποτελέσματα ή στοιχεία του λογισμικού. Εν κατακλείδι, αποτελεί ένα σύγχρονο και εύχρηστο εργαλείο αναπαράστασης διαγραμμάτων ακτινοβολίας. 120 165 Εικ. 14. Διαγράμματα ακτινοβολίας μιας φασικής στοιχειοκεραίας, με διαφορετική στρέψη του κυρίως λοβού. V. ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΕΚΤΑΣΕΙΣ Μελλοντικός στόχος για την αναβάθμιση του λογισμικού είναι η ενσωμάτωση περισσότερων προτύπων (μοντέλων) στοιχειοκεραιών, όπως είναι για παράδειγμα οι επίπεδες στοιχειοκεραίες, καθώς και η αναπαράσταση τους σε 3D μοντέλα για την πλήρη κατανόηση της συμπεριφοράς τους. Επιπλέον, αντικείμενο μελέτης είναι και η επιτάχυνση υπολογισμών χρησιμοποιώντας παραδείγματος χάρη διαφορετική πλατφόρμα σχεδιασμού. Τέλος, βασική επέκταση του προγράμματος είναι η δημιουργία εκτελέσιμου αρχείου, έτσι ώστε να αποτελεί αυτόνομο υπολογιστικό πρόγραμμα. ΑΝΑΦΟΡΈΣ [1] A. F. Naguib, A. Paulraj, and T. Kailath, Capacity improvement with base-station antenna arrays in cellular CDMA, IEEE Trans. Vehic. Techn., vol. 43, no. 3, pp. 691-698, Aug. 1994. [2] C. A. Balanis, Modern Antenna Handbook, JOHN WILEY & SONS, 2008. [3] J. C. Liberti and T. S. Rappaport, Smart Antennas for Wireless Communications: IS-95 and Third Generation CDMA Applications, Prentice Hall PTR Upper Saddle River, NJ, USA, 1999. [4] Μπαλάνης Κωνσταντίνος, Κεραίες: ανάλυση και σχεδίαση, Εκδόσεις ΙΩΝ, 1η έκδοση, ISBN 978-960-411-509-9. [5] Χ. Καψάλης, Π. Κωττής, Κεραίες - ασύρματες ζεύξεις, Εκδόσεις Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 1η έκδοση ISBN 960-8050-96-0 [6] http://www.mathworks.com/ [7] http://ieeexplore.ieee.org/ [8] Optimization techniques for Antenna Arrays, δημοσιευμένο: Proceedings of the ΙΕΕΕ. ISNN 0018-9219, ημερομηνία δημοσίευσης Δεκέμβριος 1971. [9] https://books.google.gr/books?hl=el&lr=&id=vvtndphi43yc&oi=fnd& pg=pr7&dq=broadside+array++review&ots=78xmvt- GtV&sig=3pwln9UE66xwOh548THc4YBfRmE&redir_esc=y#v=onepa ge&q=broadside%20array%20%20review&f=false [10] eclass.uowm.gr/courses/icte212/ «Συστήματα Κεραιών και Ασύρματη Διάδοση», Τμ. Μηχανικών Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών, Κοζάνη