آنتن متقاطع یاگی دریافت سیگنال ماهواره

آنتن متقاطع یاگی دریافت سیگنال ماهواره – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه هوا فضا

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

طراحی و ساخت آنتن متقاطع یاگی برای دریافت زمینی سیگنال ماهواره با قابلیت دو فرکانسی

چکیده

در این مبحث روند طراحی و ساخت دو آنتن دو قطبی متقاطع یاگی مورد بررسی قرار می گیرد. هدف این مولفه ارزیابی محتوای کلی الکترون (TEC) از طریق تکنیک چرخش فاراده حاصله از سیگنال ماهواره در باند VHF/UHF، دریافت شده در زمین، می باشد. شبیه سازی های طراحی، برای سه و پنج جزء آنتن متقاطع یاگی، از طریق رویه های تکراری متعدد و بهینه سازی با استفاده از اخیرترین نگارش های ارائه شده نرم افزار الکترومغناطیس عددی (NEC) انجام شد. در ابتدا، پارامترهای طراحی محاسبه شده و متعاقباً طرح های بهینه سازی جهت حاصل آوردن عملکرد مورد نیاز از دو قطبی های متقاطع اعمال شدند. برخی از مهمترین ویژگی های آنتن یاگی، نظیر ویژگی های تابشی برای بهره پیشرو و پسرو، امپدانس ورودی، پهنای باند، نسبت روبرو به مخالف و نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) مرتبط با یک آنتن سه و پنج جزئی نوعی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفتند.

پس از طراحی موفق نرم افزار، یک فرآیند ساخت نرم افزاری مرحله ای دقیق اعمال شد. فرآیند ترسیم مؤلفه های مکانیکی و نقشه برداری های مرتبط نیز جهت حاصل آوردن دقت سطح میلی متری از نقطه نظر ساخت اعمال شد. به علاوه، لوله های نازک آلومینیومی مورد استفاده قرار گرفتند که دقیقاً در تطابق با پارامترهای طراحی شده و طول اجزا می باشند.

…

کلمات کلیدی: آنتن متقاطع یاگی، محتوای کلی الکترون

۱- مقدمه

برآورد محتوای کلی الکترون (TEC) یونسفر با استفاده از سیگنال های بیکن ماهواره ای برای تقریباً ۳ الی ۴ دهه کنونی رواج یافته است. با توجه به ویژگیهای جهانی و منطقه ای، مطالعات مربوط به محتوای کلی الکترون سبب ایجاد انگیزه های جدید با توجه به آغاز بکار سیستم های ماهواره ای ناوبری جهانی (GNSS) شده است که سبب مدرن سازی برآوردهای TEC گردیده است. بعلاوه لزومی به ذکر دقت و مشاهدات همزمان جهانی این سیستم با توجه به شناخت کلی از آن وجود ندارد. به واسطه ارتفاع بالاتر ماهواره های GNSS، TEC با قابلیت جامعیت / یکپارچگی ستونی به عنوان مجموع چگالی های الکترونی یونسفر و پلاسماسفر به شمار می آید. گوناگونی ها در TEC پلاسماسفری به طور قابل توجهی متفاوت از TEC یونسفری (کاملاً متغیر) می باشد. TEC پلاسماسفری غالباً در طی طوفان های ژئومغناطیسی به صورت پایدار باقی می ماند.

یکی از اهداف تحقیق کنونی ارائه ویژگی های ایستگاه زمینی برای دریافت سیگنال ها در باند VHF، UHF از ماهواره پاراتام در لابراتوار تحقیقاتی اتمسفر ملی (NARL) واقع در گوآدانکی می باشد. با این وجود، با توجه به یک دیدگاه وسیعتر، این تحقیق فراهم آورنده یک راهکار مرحله ای برای طراحی و ساخت آنتن یاگی متقاطع برای محققین علاقمند در این زمینه است. با این وجود، طراحی و ساخت آنتن یاگی به عنوان یک تکنیک جاافتاده به شمار می آید، اما رویکردهای کلاسیک این نوع از طراحی ها همراه با ویژگی های استاندارد و گراف های مرتبط برای ارزیابی و بهینه سازی طول و فاصله گذاری المان های مختلف در این زمینه قابل توجه می باشد.

۲- طراحی و بهینه سازی آنتن

پارامترهای اصلی طراحی آنتن که مشخص کننده ویژگی های آنتن می باشد عبارتند از: بهره، پهنای باند، نسبت روبرو به مخالف، پهنای پرتو، اتلاف بازگشت، الگوی تابشی، امپدانس ورودی و جهت. هر یک از این پارامترها برای آنت یاگی شبیه سازی شده اند.

۲ـ۱٫ اولین ارزیابی اجزای یاگی

اولین برآورد طول و فاصله گذاری رفلکتورها، همراه با المان های حاصله و دیرکتورها از فرمول های استاندارد به دست آمده به وسیله پراساد مشخص می شوند. اما در عین حال برای یک ویژگی خاص، این طول ها ممکن است کلیه قیدهای تحمیل شده را تحت پوشش قرار ندهند.

۲ـ۲٫ طراحی نرم افزار و بهینه سازی پارامترهای آنتن

روش های عددی و برنامه های کامپیوتری توسعه یافته به وسیله بروک و پوجیئو بر مبنای راه حل عددی انتگرال های میدان الکترومغناطیسی برای بخش های مفتول یا سیم رسانایی نازک و کامل با استفاده از روش ممان ها حاصل آمده اند.

۲ـ۲ـ۱٫ طراحی آنتن یاگی ۴۳۷ مگاهرتزی (پنج جزئی)

۲ـ۲ـ۱٫الف. ورودی طراحی المان اصلی (بدون بهینه شدگی)

• انتخاب فرکانس (۴۳۷ مگاهرتز)، سیم و فلز (آلومینیم در این مورد)

• طول المان ها از جدول ۱ و ایجاد متغیرها برای سمبل ها یا علامت های المان های مطبوع. فرض سیستم مختصات کارتزی در مرکز دو قطبی بر روی بوم، ایجاد هندسه مرتبط برای کلیه المان های تعریف شده.

• اضافه نمودن منبع ولتاژ به دو قطبی و فضای آزاد به عنوان زمین.

• ایجاد خروجی طراحی. انتخاب الگوی میدان دوردست برای یک مورد سه بعدی کامل با رزولوشن پنج درجه.

 اهم.

3. ساخت سخت افزاری آنتن

۳ـ۱٫ رویه های ترسیم مکانیکی

المان حاصله در شبیه سازی های ۴NEC2 نشان داده شده است. با این وجود، بر مبنای یک طراحی یاگی نوعی، مجموع طول المان حاصله را می بایست در یک مدار دو قطبی با توجه به فاصله محدود بین بازوها و جداکننده بین نقاط تغذیه و نقاط انتهایی تاشده یا خمشی در نظر گرفت. تاشوی منحنی در دو طرف دو قطبی می بایست به صورت متقارن و محاسبه شده باشد (که البته در اینجا نشان داده نشده است). فاصله گذاری بین نقاط تغذیه برابر با ۰/۲ سانتی متر در نظر گرفته شده است.

۳ـ۲٫ محاسبه بالن

طول بالن وابسته به طول موج (l) سیگنال و ضریب سرعت کابل می باشد:

طول بالن = ضریب سرعت l* تقسیم بر ۲

ضریب سرعت خود منوط به ثابت دی الکتریک سیم کابل استفاده شده برای بالن می باشد. ثابت دی الکتریک نیز خود به عنوان نسبت نفوذدهی یک ماده به نفوذدهی فضای آزاد تلقی می شود.

۳ـ۳٫ ساخت آنتن یاگی متقاطع و اتصال بالن ها

میله های جامد آلومینیوم با قطر مشخص (۶/۰ سانتیمتر) جهت ایجاد اجزای آنتن بکار گرفته شده اند. همانگونه که قبلاً ذکر شد، برآورد چرخش فاراده نیازمند ارزیابی چرخش دیفرانسیل سطح قطبش سیگنال دریافتی آنتن یاگی متقاطع می باشد. بنابراین، آنتن یاگی متقاطع برای هر دوی این فرکانس ها طراحی شده است.

۴- مشخصه های RF و تست آنتن

پارامترهای طراحی شده برای هر دوی آنتن ها در اوایل این بحث ارائه شده اند. امپدانس های ورودی هر دو آنتن ۵۰ اهم و VSWR های طراحی شده به ترتیب در شکل های ۳ و ۴ برای آنتن های ۴۳۷ مگاهرتز و ۱۴۵ مگاهرتز نشان داده شده اند. ویژگی های تست RF در گروه توسعه کاربردها و رادار در مرکز NARL حاصل آمده است.

۵- نتیجه گیری

دو آنتن متقاطع یاگی در فرکانس های مرکزی ۴۳۷ مگاهرتز و ۱۴۵ مگاهرتز طراحی، ساخته و مورد آزمایش قرار گرفتند. در ابتدا، پارامترهای محاسباتی بهینه سازی شد، متعاقباً ساخت دقیق رویه ها دنبال گردید که نشان دهنده الگوهای تابشی اصلی و طرح های VSWR می باشد. در نهایت، این طرح های VSWR با طرح های برآورد شده مقایسه گردیده و این مقایسه به صورت کاملاً رضایتبخشی مشخص شد. در حال حاضر، یک نرم افزار گیرنده رادیویی خاص با استفاده از بردهای USRP طراحی می شود که قابلیت دریافت سیگنال های مرتبط از این آنتن را خواهد داشت. برای بکارگیری علمی این آنتن می بایست قابلیت برآورد چرخش فاراده را داشته باشیم و این مورد منجر به ارزیابی TEC یونسفری می شود.