مقاله در مورد آنتن و شبکه هاي بي سيم

 nx دارای 103 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : از سال 1877م كه نخستین آنتن ساده توسط هرتز ساخته شد. نظریه طراحی آنتن ها به سرعت پیشرفت كرده است و این پیشرفت ادامه دارد، با توجه به اینكه آنتن ها جزئی از یك سیستم مخابراتی الكترونیكی هستند، بایستی تكنولوژیست ها و مهندسین برق الكترونیك در این زمینه دانش كافی داشته باشند. امید است در این مقال اندك كه در زیر به اجمال عنوان فصول آن را خواهیم آورد، قدمی هر چند كوچك در این راه برداشته باشیم . این پایان نامه از 5 فصل تشكیل شده است. فصل اول در قالب طرح تحقیق به بررسی تاریخچه و نیز اهمیت مساله مورد تحقیق می پردازد. قابل ذكر است كه اهداف ویژه تحقیق در این مساله نیز با توجه به عنوان و روش انجام این تحقیق به جای فرضیه ها و سوال های تحقیق در طرح تحقیق گنجانده شده است. در فصل دوم به مبانی مبحث آنتن ها – انواع و پارامترهای آن پرداخته شده است . آنتن مایكروویو بوقی و مخروطی و نیز آنتن های آرایه ای از جمله آنتن های مهم مورد بحث می باشند . جهت دهندگی آنتن ، پهنای شعاع آنتن ، مقاومت پرتو افكنی آنتن ، امپدانس ورودی آنتن ، سطح موثر و طول موثر آنتن پلاریزاسیون آنتن و ; نیز از جمله شاخص ترین پارامترهای آنتن می باشند كه در این فصل درباره آنها سخن گفته شده است . در فصل سوم به بحث پیرامون شبكه های كامپیوتری می پردازیم . مطالب مورد بحث در این فصل شامل توضیح مختصری در مورد سخت افزار شبكه ، نرم افزار شبكه ، پشته ی پروتكلی 80211 – به عنوان مهمترین شبكه ی محلی بی سیم – و نیز پشته ی پروتكلی 80216 – مهمترین شبكه ی بی سیم باند گسترده- می باشند .در فصل چهارم آنتن های هوشمند و كاربرد و مزیت آنها در شبكه های بی سیم در بخش اول این فصل و نیز آنتن های آرایه فازی به طور تخصصی تر در بخش دوم این فصل مورد بحث قرار می گیرند .فصل پنجم نیز نتیجه گیری كلی و پیشنهاد به دیگر پژوهندگان علاقه مند به این موضوع را شامل می شود . امید كه مفید محضر خوانندگان محترم قرار گیرد . والسلام علی من اتبع الهدی؛ گردآورندگان. مهر 85 فصل اول طرح تحقیق طرح تحقیق تاریخچه مختصری در باره ی موضوع تحقیق: همانطور كه می دانید عنوان شبكه در برگیرنده مفهومی وسیع است كه شبكه چاه های آب روستایی ( قنات ها)، شبكه ی نهرها و كانال های آبیاری مزارع، شبكه آب و فاضلاب شهری، شبكه گاز شهری، شبكه پدافند هوایی و نیز شبكه های كامپیوتری هر كدام به نحوی تداعی كننده مفهوم كلی این كلمه می باشند.البته واضح است كه با توجه به پیشرفت چشمگیر كامپیوتر و تكنولوژی های وابسته به آن (جمع آوری، پردازش و توزیع اطلاعات) در دنیای امروز، شبكه های كامپیوتری در تمامی مفاهیم كه از شبكه عنوان شد، وارد شده اند، و نرم افزار های كامپیوتری كارهای مدیریت، نظارت و كنترل كلیه شبكه های یاد شده را به عهده گرفته اند. پیوند فرخنده كامپیوتر و مخابرات اتفاقی بود كه هر دو صنعت را دچار تحولات عظیم كرد. اكنون دیگر مفهوم اتاقی با یك كامپیوتر بزرگ به نام « مركز كامپیوتر» كه افراد كارهایشان را به آنجا می آورند، به كلی منسوخ شده است. مدل قدیمی كامپیوتر بزرگی كه تمام كارهای محاسباتی سازمان را انجام می دهد، اكنون جای خود را به تع داد زیادی كامپیوتر كوچك متصل به هم داده است. به این سیستم ها شبكه های كامپیوتری (computer netwoks) گفته می شود.دو كامپیوتر وقتی « به هم متصل اند» كه بتوانند با یكدیگر اطلاعات رد و بدل كنند. الزامی نیست كه این اتصال از طریق سیم های مسی باشد، فیبرهای نوری، امواج مایكروویو، مادون قرمزو ماهواره های مخابراتی هم می توانند عامل این ارتباط باشند.در اینجا پس از طرح مساله شبكه های بی سیم، مهمترین مساله بررسی آنتن های قابل استفاده در این شبكه ها می باشد، كه در ابتدا لازم می دانیم تاریخچه مختصری از پیدایش آنتن را نیز در اختیار خوانندگان محترم قرار دهیم.مبنای نظری آنتن ها بر معادلات ماكسول استوار است. جیمز كلارك ماكسول (1831-1879) در سال 1864 در حضور انجمن سلطنتی انگلستان نظریه خود را ارائه داد؛ مبنی بر اینكه نور و امواج الكترو مغناطیسی پدیده های فیزیكی یكسانی دارند. همچنین پیش بینی كرد كه نور و اختلالات الكترو مغناطیسی را می توان به صورت امواج رونده دارای سرعت برابر توجیه كرد. در سال 1882 فیزیكدان آلمانی هاینریش هرتز (1894-1875) با افزایش تحقیقات در این زمینه ادعای ماكسول را در عمل اثبات كرد و نشان داد كه امواج الكترو مغناطیسی در فضا منتشر می شود. هرتز، آنتن هایی از نوع دو قطبی و سهموی را نیز ساخت. مهندس برق ایتالیایی ماركونی (1937-1874) نی ز یك آنتن استوانه میكروویو در طول موج 23 سانتی متری را ساخت، ولی كارهای بعدیش برای حصول برد مخابراتی بهتر در طول موج های بلند تر بود. فیزیكدان روسی الكساندر پوپوف (1895-1905) نیز اهمیت كشف امواج رادیویی را توسط هرتز تشخیص داد و یك سال بعد، قبل از ماركونی شروع به فعالیت كرد. اغلب افتخار كاربرد اولین آنتن در اولین سیستم رادیویی را در سال 1879 برای ارسال سیگنال از كشتی به ساحل در مسافت 3مایل به او می دهند. در هر حال این ماركونی بود كه رادیوی تجارتی را توسعه داد و مخابرات رادیویی را در ماورای اقیانوس اطلس ایجاد كرد. ماركونی را پدر رادیوی آماتور می شناسند. لازمه ارتباط در این سال ها با آنتن محدود به وجود مولدهای سیگنال بود. ساخت مولدهای سیگنال كلایسترونی و مگنترونی ( در حدود یك گیگا ه رتز ) باعث شد كه آنتن های بوقی توسعه یابند. در طول جنگ جهانی دوم اولین كوشش ها جهت توسعه آنتن های مدرن برای رادار انجام گرفت، و هم اكنون آنتن های پیشرفته ای جهت ارتباط مایكروویوی و راداری ساخته می شوند. كه آنتن های آرایه فازی از جمله ی این آنتن ها می باشند. كه در فصول آتی به آنها خواهیم پرداخت. اهمیت انجام تحقیق:با توجه به پیشرفت روز افزون تكنولوژی ارتباطات و البته ارتباطات بی سیم، درجه اهمیت شبكه ها، به ویژه شبكه های بی سیم برای عموم و البته دانشگاهیان پر واضح است. اما مطلب مورد بحث درباره اهمیت انجام این تحقیق، میزان كارایی نتیجه این پژوهش در مسیر رشد و تعالی نیروی هوایی ارتش جمهوری اسلامی ایران است، كه در این مقال بایستی به آن پرداخته شود.همانطور كه می دانید شبكه پدافند هوایی كشور C3 از زمان شهید بزرگوارسر لشكر منصور س تاری در مسیر تمركز و هماهنگی بهینه و در واقع نهادینه كردن سیستم C4I و ورود كامپیوتر به این عرصه، قرار گرفته است. در این راستا بر آن شدیم، كه با مطالعه در مورد شبكه های كامپیوتری و ملزومات آنها بستری جهت آمادگی هر چه بیشتر خود و نیز خوانندگان محترم فراهم آوریم؛ كه به توسعه و پیشرفت در شبكه پدافند هوایی كشور در آتیه نزدیك انجامد. (ان شاء ا; ) زیرا كه معتقدیم دست یابی به هر تكنولوژی و پیشرفت در آن، منوط به شناخت پایه ای و بنیادی آن تكنولوژی می باشد. در این بین با توجه به گستردگی قلمرو فضایی كشور و مخارج عظیم ارتباطات باسیم، تكنولوژی شبكه های بی سیم از ملزومات این امر به نظر می رسد؛ كه ما سعی كرده ایم به معرفی آنها بپردازیم امید كه مقبول حق و مطلوب نظر خوانندگان قرار گیرد.اهداف كلی تحقیق :فراهم نمودن زمینه و استعداد بالقوه در مسیر توسعه شبكه پدافند هوایی كشور، به عنوان یك شبكه بی سیم كارا، بزرگ و متمركز از طریق ایجاد آمادگی علمی بنیادی درمورد شبكه های بی سیم و آنتن های مورد استفاده در آنها در میان پرسنل آینده پدافند هوایی ارتش جمهوری اسلامی ایران.هدف های ویژه تحقیق : – شناخت كلی شبكه های كامپیوتری و به ویژه شبكه های بی سیم. – شناخت انواع روش های مدولاسیون جهت تهیه سیستم های ارتباطی لازم برای طراحی یك شبكه بی سیم بزرگ و ممتركز. – شناخت آنتن و انواع آن. – شناخت آنتن های هوشمند و مزیت بكار گیری آن ها در شبكه های بی سیم. روش انجام تحقیق : با توجه به اینكه در این پایان نامه به شناخت كلی شبكه های بی سیم و نیز تجزیه وتحلیل ملزومات آنها از جمله آنتن های قابل استفاده در آنها پرداخته شده است، برای انجام این تحقیق از روش موردی و زمینه ای بهره گرفته شده است؛ كه نتیجه می گیریم این تحقیق در سطحی میانی از لحاظ سطح بندی تحقیقات، قرار گرفته است و دیدی بین حال نگر و آینده نگر از نظر زمانی،بر مساله دارد.جامعه آماری در این مسیر اساتید محترم دانشكده مهندسی كنترل و نیز دانشكده مهندسی برق بوده اند. محیط پژوهش كتابخانه دانشكده های برق و كامپیوتر و نیز كتابخانه دانشكده برق دانشگاه صنعتی امیر كبیر و نیز كتابخانه مركزی دانشگاه های صنعتی شریف و تربیت مدرس بوده است.روش گردآوری اطلاعات نیز بر پایه ترجمه متون انگلیسی از كتاب های جدید منتشر شده در این زمینه و نیز نمونه برداری از میان پایان نامه های دانشجویان دانشگاه های یادشده بوده است. فصل دوم مبانیآنتنانواع و پارامترهای آن مبانی آنتنانواع و پارامتر های آن 2_1: تاریخچه:از آغاز تمدن بشری مخابرات اهمیت اساسی را برای جوامع انسانها داشته است. كه د ر مراحل ابتدایی مخابرات توسط امواج صوتی از طریق صدا صورت گرفت. و سپس در مسافت طولانی تر از ابزارهای مخابراتی نوری كه از قسمت مرئی طیف الكترومغناطیسی است، استفاده شده و تنها در تاریخ اخیر بشر است كه طیف الكترومغناطیسی خارج از ناحیه مرئی برای ارتباطات راه دور از طریق امواج رادیویی به كار برده شده است. آنتن رادیویی یك قطعه اساسی در هر سیستم رادیویی می باشد. یك آنتن رادیویی یك ابزاری است كه امكان تشعشع یا دریافت امواج رادیویی را فراهم می سازد. همانطوری كه می دانیم یكی از بزرگترین منابع انسان طیف الكترومغناطیسی است و آنتن ها دراستفاده ازاین منبع طبیعی نقش اساسی را ایفا كرده اند.حال تاریخچه مختصری از تكنولوژی آنتن ها و بعضی از كاربردهای آنها در زیر ارائه می شود:مبنای نظریه آنتن ها بر معادلات ماكسول استوار است. جیمزكلارك ماكسول (1831-1897) در سال 1864 در حضور انجمن سلطنتی انگلستان نظریه خود را مبنی بر اینكه نور و امواج الكترو مغناطیسی پدیده های فیزیكی یكسانی هستند ارائه داد.فیزیكدان آلمانی هاینریش هرتز ( 1857- 1897) در سال 1886 توانست صدق ادعا و پیش بینی ماكسول را مبنی بر اینكه كنش ها و پدیده های الكترو مغناطیسی می توانند در هوا منتشر شوند را نشان دهد و همچنین وی آنتن های دو قطبی و حلقوی و نیز آنتن های سهموی استوانه ای پیچیده ای را که دارای دو قطبی هایی در امتداد خط كانونی شان بودندرا بعنوان تغذیه ساخت.مهندس برق ایتالیایی( گوگلیمو ماركونی ) فیزیك استوانه سهمی میكروویودر طول موج 23 سانتی متر را برای انتقال اولیه اش ساخت، ولی كارهای بعدیش برای حصول برد مخابراتی بهتر در طول موج های بلندتر بود. برای اولین بار در مخابرات رادیویی در ماورای اقیانوس اطلس در سال 1901، آنتن فرستنده شامل یك فرستنده جرقه ای بود كه بین زمین و یك سیستم شامل 50 عدد سیم قائم متصل می شود.فیزیكدان انگلیسی «الكساندر پوپوف » ( 1959-1905) نیز اهمیت كشف امواج رادیویی را درسال1897برای ارسال یك سیگنال از كشتی به ساحل درمسافت 3 مایل نشان داد. در هر حال این ماركونی بود كه رادیوی تجارتی را توسعه داده و می توان او را پدر رادیوی آماتور دانست.پس از سال 1920، با استفاده از مولدهای سیگنال مانند لامپ « تریود دوفارست » ، ساخت آنتن های تشدید مانند دو قطبی نیم موج امكان یافت. قبل از جنگ دوم جهانی مولدهای سیگنال مگنترون و كلایسترون میكروویو( در حدود1 گیگا هرتز) همراه با موج های تو خالی اختراع و توسعه یافتند. این تحولات منجر به ابداع و ساخت آنتن های بوقی شد.در خلال جنگ جهانی دو م یك فعالیت وسیع طراحی، و توسعه برای ساخت سیستم های رادار منجر به ابداع انواع مختلف آنتن های بشقابی، عدسی های آرایه ای شكافی موج بری شد. حال با توجه به این مقدمه عوامل مختلفی را كه در انتخاب بین خطوط انتقال یا آنتن ها دخالت دارند بیان می كنیم.بطور كلی خطوط انتقال در فركانس های پایین و فواصل كوتاه عملی هستند، فركانس های بالا اغلب به علت پهنای باند موجود بكار می روند. با افزایش فواصل و فركانس ها تلفات سیگنالی و هزینه های كاربردی خطوط انتقال بیشتر می شود ودرنتیجه استفاده از آنتن ها ارجحیت می یابد. بطور كلی تعدادی از موارد استفاده آنتن ها بدین صورت می باشد :الف – درمخابرات رادیو سیار شامل هواپیماها، فضاپیماها، كشتی ها یا خودروهای زمینی بكار برد.ب – كاربرد آنتن ها در سیستم های رادیویی سخن پراكندگی مانند رادیوی خودروی متحرك سیار و كاربردهای غیر سخن پراكنی مانند سیستم های رادیو سیار ( مانند پلیس، آتش نشانی، امداد،;) و رادیو آماتور. ج – استفاده از تكنولوژی رادیویی بجای استفاده از خطوط انتقال. بعنوان مثال در آمریكا بیشتر از نصف مكالمات تلفنی دور ( بین شهری) توسط ارتباطات رادیویی میكروویو انجام می گیرد. و با توجه به اینكه هر سال هزینه های دستگاه های رادیویی كاهش یافته و اطمینان پذیری آنها بهبود می یابد، كاربردهای سیستم های رادیویی ارجحیت می یابد.2_2: انواع آنتن ها از نظر كاربرد : آنتن ها از نظر ساختار و نوع كاربرد به انواع مختلفی تقسیم می شوند،كه درذیل به تعدادی از آنها اشاره می شودالف) آنتن هرتز : آنتن هرتز در فاصله ای بالا واقع شده و ممكن است بطور افقی یا عمودی باشد و برای فركانس های زیاد به كار می رود.ب) آنتن ماركنی : در این نوع آنتن، انتهای پایین مولد به زمین متصل است و سطح زمین بجای صحفه هادی به كار می رود. طرز توزیع جریان و ولتاژ برای فركانس اصلی، چهل برابر طول آنتن می باشد و این آنتن برایفركانس های كم مورد استفاده قرار می گیرد.آنتن ماركنی در بعضی موارد ممكن است برای فركانس های بالا به كار رود، مثل آنتن های ارتباطی هواپیما كه در این حالت بدنه هواپیما بجای زمین عمل می كند.پ) آنتن شلاقی : معمولی ترین آنتنی است كه در عملیات تاكتیكی برای ایجاد ارتباط در ساخت های نسبتاً كوچک بكار می رود. بیشتر آنتن های شلاقی طوری طراحی شده اند كه در زمانی كه مورد احتیاج نیستند با فشار جزیی یك قسمت، داخل قسمت دیگر قرار می گیرند. وقتی كه آنتن های شلاقی در باند فركانسی زیاد كار می كنند، طول آن ها معمولاً كسر كوچكی از طول موج می باشد و در این حالت باید یك سیم پیچ به خاصیت القایی زیادی به كاربرده شود تا آنتن مزبور به حالت هماهنگی صحیح درآید.ت ) آنتن لوزی ( روبیك) : این آنتن از چهار سیم ساخته شده است كه به شكل لوزی متصل شده اند و موازی زمین قرار گرفته اند. با قرار دادن چرخ ها روی دكل های نگهدارنده، می توان ارتفاع آنتن را نسبت به زمین تغییر داد.منبع تغذیه در حالت فرستنده توسط خط انتقال متعادلی از یك سو به آنتن وصل می شود و مقاومت سوی دیگر را به گونه ای تنظیم می كنند كه تنها موج رونده روی آنتن بوجود آید. توجه كنید كه خط انتقال متعادل، خط انتقالی است كه امپدانس در بازوی آن نسبت به زمین برابر باشد.در فضای آزاد حداكثر پرتو افكنی آنتن در امتداد قطر بزرگ لوزی صورت می گیرد و پلاریزسیون آن افقی است.این آنتن به علت سادگی طرح در فرستنده ها و گیرنده ها كاربرد زیادی داشته و به منظور ایجاد ارتباط در مسافت های زیاد و كار فركانس های بالا به حد زیادی مورد استفاده قرار می گیرد.همچنین این آنتن در ارتباطات منطقه به كار می رود. زیرا در باند وسی عی به كار رفته و نصب و نگهداری آن ساده تر از آنتن های دیگر می باشد عیب اصلی آن این است كه احتیاج به یك زمین وسیع دارد.ث) آنتن V معكوس : این آنتن از دكل نارسانا و دو رشته سیم مطابق شكل (2-1) شده است. شكل21:آنتنVمعكوسخط انتقال بین نقطه A و زمین وصل می شود. انتهای آنتن( نقطه C) را به وسیله مقاومت متصل می کنند. تعداد R نزدیک امپدانس مشخصه خط ABC برگزیده می شود تا مانع از هر گونه بازتاب موج و در نتیجه، روی سیم آنتن ABC موج پیش رونده بوجود می آید. در این آنتن، اندازه زاویه دارای اهمیت است و بسته به کاربرد، باید به گونه ای ویژه برگزیده شود، در صورتی که این آنتن بالای صفحه رسانای کاملی قرار گرفته باشد، جهت جریان های تصویر، عکس جریان های آنتن خواهد بود حداکثر پرتو در امتداد زمین، دارای پلاریزاسیون عمودی، برای انتشار از راه یونسفر مناسب نیستندو تنها به عنوان آنتن گیرنده امواج زمینی و یا سطحی در بخش پایین نوار فرکانس بالا، مورد استفاده قرار می گیرند. چون این آنتن ها در مجاورت زمین، دارای شعاع های فرعی بی شماری با پلاریزاسیون افقی نیز هستند، امواج ناخواسته رسیده از جهت های دیگری دریافت می کنند که دارای پلاریزاسیون عمودی و یا افقی هستند که این مساله از نکات منفی این امر است.ج) آنتن ماکروویو: اصول اصلی کار این آنتن ها، کار کردن آنها در ناحیه ماکروویو (100-300MHZ) می باشد. خاصیت ماکروویو نزدیکی آنها در طیف فرکانسی به امواج نوری می باشد. بیم این نوع آنتن ها بعضا توسط منعکس کننده شلجمی تمرکز می یابد.دو نوع از آنتن های ماکروویو عبارت اند از آنتن بوقی شکل و آنتن مخروطی:ج_1) آنتن بوقی شکل( شیپوری) HORN ANTENNA: آنتن های شیپوری در شکل های مختلفی وجود دارند که سه نوع از متداول ترین آنها در اینج ا نشان داده شده است. شیپور بخشی فقط در یک جهت وسیع شده و شبیه به منعکس کننده سهموی جعبه قوسی است. شیپور هرمی در دو جهت وسعت پیدا نموده و دارای شکل یک هرم ناقص است.شیپور مخروطی (دایره ای) نیز شبیه به این بوده که به موج بر دایره ای ختم خواهد شد اگر زاویه درشکل بزرگ باشد شیپور کم عمقی خواهیم داشت که در نتیجه موجی که شیپور را ترک می کند، کروی شده و پرتو تشعشعی جهت دار نخواهد شد.این نتیجه را در مورد دو زاویه باز شدن شیپور هرمی نیز می توان اعمال نمود. از طرفی اگر زاویه خیلی کوچک شده باشد، در نتیجه دهنه شیپور و جهت داری آن هر دو صدمه می بینند. سه نوع آنتن بوقی دارای هندسه مستطیلی در شکل (22) نشان داده شده است. شكل 2_2 : آنتن های بوقی مستطیلی. الف- بوق قطاعی صفحه H ؛ ب – بوق قطاعی صفحه E ؛ ج- بوق هرمی.یک موج مستطیلی که دیواره پهنش به طور افقی قرار دارد، این بوق ها را تغذیه می کند. اگر در ساختار بوق، بعد دیواره پهن موج انبساط و گسترش یابد، ولی دیواره باریکش بدون تغیر و ثابت بماند، آنتن بوقی قطاعی صفحه Hنامیده می شود. از سوی دیگر، اگر بوق تنها بعد صفحه E را گسترش دهد، آن را آنتن بوقی قطاعی صفحه Eمی نامند. هنگامی که هر دو بعد موجی گ سترش یابد، به آنتن بوقی هرمی موسوم است.اکثر آنتن های بوقی از طریق موج برها تغذیه می شوند، اما در عین حال می توان از مبدل های خطوط کواکسیال به موج نیز استفاده کرد. پلاریزاسیون آنتن های بوقی به صورت خطی یا دوار است. بوق ها دارای بهره بالا، نسبت موج ایستای (VSWR) پایین، پهنای باند نسبتا وسیع و وزن کم هستند و ساخت آن ها نیز نسبتا آسان است آنتن های بوقی یا به تنهایی مورد استفاده قرار می گیرندو یا به عنوان تغذیه کننده آنتن های بشقابی به کار می روند.ج_2) آنتن مخروطی CONE ANTENNA:با افزایش سیم یک قطبی ساده می توان پهنای باند آنرا افزایش داد. این اصل را می توان برای افزایش پهنای باند با استفاده از سیم هایی که شکل مخروطی دارند بکار برد._ آنتن مخروطی نا محدود: اگر سیم هادی آنتن دو قطبی از دو سطح هادی مخروطی بی نهایت تشکیل شده باشند، به طوریکه رئوس مخروط ها با فاصله بسیار کمی از محل تغذیه آنتن باشند، آنرا آنتن مخروطی نامحدود می گویند. چون ابعاد آنتن بی نهایت است؛ از دید منبع، این آنتن مانند یک خط انتقال بی نهایت می باشد، یعنی در این حالت جریان روی سطح هادی های مخروطی به صورت شعاعی جاری می شود و تولید امواج الکترو مغناطیسی با مد TEM می کند.اگر بجای یكی از مخروط ها یک صفحه هادی کامل مسطح گذاشته شود، نوع تک قطبی آنتن مخروطی بدست می آید. در عمل ایجاد مخروط نامحدود غیر عملی است و لذا این نوع آنتن به صورت آنتن مخروطی محدود بکار می رود. که در شکل(23) نشان داده شده است. _آنتن دیسک و مخروط ( مخروط ناقص): اگر یکی از مخروط ها در آنتن دو مخروطی محدود توسط یک صفحه زمین به شکل یک دیسک جایگزین شود،ساختاری به شکل یک آنتن دیسک مخروط یا آنتن تک مخروطی پدید می آید. شكل 23 : الف- آنتن دو مخروطی نا محدود ؛ ب- آنتن دو مخروطی محدودآنتن دیسک و مخروط همانند یک دو قطبی قائم برای پلاریزاسیون قائم و پوشش تقریبا یکنواخت در کلیه زوایای سمت ، یعنی پرتو همه جهتی بکار می رود. این آنتن در یک محدوده وسیع از فرکانس ها یعنی چندین اوکتاو عملکرد رضایت بخشی داشته و پرتو تشعشعی و خواص امپدانسی قابل قبولی را حفظ می کند. شكل24: الف- پرتو تشعشعی یك آنتن دو مخروطی نامحدود ؛ ب- آنتن دیسك و مخروط مخروط و دیسک می تواند از ورق های توپر فلزی یا سیم های شعاعی ساخته شود. به طورایده آل پرتو تشعشعی بین صفحه زمین و مخروط همانند آنتن دو مخروطی نامحدود می باشد. این پرتو همه جهتی برای کاربردهای سخن پراکنی مناسب است.چ) آنتن آستینی: ساختار کلی این آنتن ها به این شکل است که در آن یک آنتن لوله ای هادی دور یک عنصر تشعشع کننده به کار می رود. چون آنتن دو قطبی حساسیت زیادی به فرکانس دارد و پهنای باندش کمتر از یک اوکتاو می باشد، افزودن یک آستین به یک دو قطبی حساسیت زیادی به فرکانس دارد و پهنای باندشان به بیشتر از یک اوکتاو می رسد.این آنتن ها درابتدا برای ارتباطات دو جانبه کشتی با ساحل، ساحل با کشتی، زمین به هوا، هوا به زمین و انتشارات ارتباط جمعی بکار گرفته می شد. این آنتن همه جهته می باشد و توانایی عملیات در محدوده وسیعی از فرکانس در باند فرکانسی را دارد.ح) آنتن حلزونی:شکل(25) یک آنتن حلزونی هم زاویه می باشد. امپدانس، پرتو تشعشعی و پلاریزاسیون این آنتن در طیف وسیعی از فرکانس تقریبا ثابت می باشد. شكل 25 : آنتن حلزونیمحل تغذیه تقریبا وسط می باشد و بزرگترین شعاع و ثابت ها در مشخصات آنتن تاثیر دارد. معادله لبه های این آنتن به صورت زیر است؛:a ضریب گسترش پرتو تشعشعی آنتن حلزونی هم زاویه تقریبا به صورت cos می باشد که حول z عمود بر صفحه آنتن است و لذا پهنای شعاع نیم توان آن حدود 90 درجه است.پلاریزاسیون میدان تشعشعی آن تحت زاویه وسیعی حدود 70 درجه می باشد.این آنتن ها خود به دو بخش تقسیم می شوند:1- آنتن های حلزونی مستقل از فرکانس2- آنتن های متناوب لگاریتمی ذ) آنتن های آرایه ای ARRAY ANTENNA : برای تولید یک پرتو جهت دار می توان چندین آنتن را در ردیف و آن ها را تغذیه نمود. چنین ترکیبی را آنتن ها ی آرایه ای می گویند. چندین آنتن کوچک را می توان در یک آرایه به کاربرد و پرتو یک آنتن بزرگ را بدست آورد. گر چه مشکل بزرگی و حجم آنتن از بین می رود، ولی مساله تغذیه آنتن های کوچک مطرح می گردد. برای رفع این مشکل ، فن آوری نیمه هادی ها تا حدودی کارایی دارد. از مزیت های عمده این آنتن ساخت ارزان آن بوده و همچنین اسکن یا مرور کردن یک شعاع اصلی به صورت الکترونیکی میسر می شود. این کار به این صورت انجام می شود که با تغییر فاز جریان های تغذیه در هر عنصر آرایه، می توان پرتو تشعشعی را در فضا چرخاند. این نوع آنتن را آرایه فازی می گوئیم.از جمله کاربردهای آرایه فازی در رادار می باشد. آرایه ها ترکیبات مختلف هندسی دارند. ابتدایی ترین آنها آرایه خطی است که در آن مراکز عناصر آرایه بر روی یک خط راست قرار دارد؛ این عناصر ممکن است به فواصل مساوی یا غیر مساوی قرار گرفته باشد. اگر مراکز عناصر آرایه در یک صفحه قرار گرفته باشند آنها را آرایه صفحه ای می گویند.آنتن آرمانی،آنتنی است که همه توانی را که از منبع تغذیه به آن می رسد، در جهات مورد نظر با پلاریزاسیون دلخواه در فضا پخش کند. آنتن های عملی به صورت آرمانی عمل نمی کنند.2-3 ‍: پارامترهای آنتن : برای اندازه گیری و مقایسه کیفیت عملکرد آن ها، پارامترهایی مانند پرتو افکنی، ضریب جهت دهندگی، شعاع اصلی و فرعی، پهنای شعاع، مقاومت پرتو افکنی، امپدانس ورودی، بازده پرتو نمودار پرتو افکنی آنتن ها: نمودار پرتو افکنی آنتن ها، یکی از مهمترین پارامترهای آنتن ها به شمار می آید و بسیاری از پارامترهای مهم دیگر به آن ارتباط دارند . این نمودار چگونگی پخش توان الکترومغناطیسی را در همه نقاط ، در فاصله ثابتی(معمولادور از آنتن) نشان می دهد.دستگاه مختصات نمایش نمودار پرتو افکنی: امواج منتشر شده در همه آنتن ها عملی در فواصل دور از آنها، تقریبا امواج کروی هستند. این امر بدین معنا است که شدت میدان های آنتها، با توان اول فاصله کاهش می یابد و تاخیر فاز آنها با r متناسب است. به همین دلیل دستگاه مختصات کروی مناسب ترین دستگاه مختصات برای ترسیم نمودار پرتو افکنی آنتن ها می باشد. به منظور آسانی کار، آنتن را در مرکز مختصات قرار می دهیم و هر نقطه دلخواه p در فضا را با مختصات ) , (r,برابر شکل (26) مشخص می کنیم. شكل 26: دستگاه مختصات كروی. برای مقایسه دستگاه مختصات مستطیلی(x,y,z) نیز در شکل نشان داده شده است. ملاحظه می کنید که r فاصله نقطه p از مرکز مختصات است و زاویه بین خط OP محور z می باشد. تصویر نقطه p بر روی صفحه xy را با نقطه p نشان داده ایم. زاویه ، زاویه خطOP از محور x می باشد. تبدیل مختصات کروی به مستطیلی و بر عکس، در مواردی، در حل مسائل آنتن ها لازم می شود که با استفاده از اصول هندسی، به آسانی انجام پذیر خواهد بود.نمودار پرتو افکنی سه بعدی و دو بعدی :آنتنی را در نظر بگیرید که در مرکز مختصات کروی قرار دارد. اکنون سطحی کروی به شعاع ثابت rرا پیرامون مرکز مختصات در نظر بگیرید و فرض کنید هدف ما، اندازه گیری و یا محاسبه مقدار ( قدر مطلق) میدان الکتریکی موج منتشر شده از آنتن، در هر نقطه بر روی سطح کروی باشد از آنجا که بیشتر آنتن ها امواج را به طور یکنواخت در فضا پخش می کنند؛ مقدار میدان الکتریکی E، تابعی از , خواهد بود. ) , E(نمودار پرتو افکنی میدان الکتریکی آنتن نامیده می شود. به همین ترتیب، می توان به جای مقدارE در هر نقطه بر روی سطح کره، میانگین زمانی چگالی توان موج را اندازه گیری و ترسیم کرد و تابع) P( که به این ترتیب بدست می آید، نمودار پرتو افکنی توان آنتن نامیده می شود. نمودار پرتو افکنی هر آنتن، نموداری سه بعدی است که در شکل (27)نشان داده شده است. شكل27 : نمونه نمودار پرتو افكنی سه بعدی. همانطور که در شکل مشاهده می شود، انجام هر گونه محاسبه از روی این نمودارها دشوار است. از آنجایی که نمودار پرتو افکنی بیشتر آنتن های عملی از تفاوت هایی برخوردار هستند؛ معمولا نمودار پرتو افکنی را در صفحات ویژه به صورت نمودار های دو بعدی ترسیم می کنند. در صورتیکه را برای مقدار انتخاب کنیم، صفحه yz بدست می آیدکه در آن نمودار پرتو افکنی فقط تابعی از می باشد. نمودار پرتو افکنی آنتن های عملی معمولا در این صفحات اصلی دارای تقارن هستند. این دو صفحه اصلی به ترتیب صفحات افقی و عمودی نامیده می شوند و نمودارهای پرتو افکنی در این دو صفحه نیز به همین نام ها معروف هستند. این نمودارها تنها یک متغیر هستند که در دستگاه مختصات قطبی و یا مستطیلی به آسانی ترسیم پذیر می باشند در شکل( 28 ) نمودارپرتو افکنی افقی میدان الکتریکی یک آنتن نشان داده شده است. شکل 28: نمودار پرتو افکنی میدان الکتریکی یک آنتن.الف) مختصات قطبی ب) مختصات مستطیلیدر این شکل می بینید که حداکثر میدان در زاویه اتفاق می افتد. از آنجا که معمولا مقادیر نسبی میدان در نمودار پرتو افکنی هستند، همه مقادیر میدان را نسبت به مقدار حداکثر، هنجار می کنیم. به این ترتیب، نمودار پرتو افکنی هنجار شده و یا نسبتی به دست می آید که حداکثر آن برابر واحد است. بزرگترین شعاع نمودار شعاع اصلی نامیده می شود. با افزایش زاویه مقدار شعاع اصلی کم می شود تا به صفر می رسد، دوباره مقدار نسبی میدان رو به افزایش می گذارد تا به ماکزیمم جدیدی رسیده و سپس صفر می شود. این شعاع را شعاع پهلویی می نامند. به همین ترتیب ماکزیمم های دیگری موجود است و شعاع های دیگری وجود دارند که شعاع های فرعی آنتن نامیده می شوند. در این نمودار یک شعاع اصلی دو شعاع پهلویی و سه شعاع فرعی دیگر دیده می شوند. با مقایسه نمودار ها در مختصات قطبی و مستطیلی دیده می شود که مختصات قطبی، وضعیت کلی شعاع های مختلف را با روشنی بیشتری نشان می دهد و در مختصات مستطیلی جزئیات نمودار با دقت بیشتری دیده می شود.نمودار پرتو افکنی درفضای آزاد و در مجاورت زمین :نمودار پرتو افکنی معمولا برای آنتن در فضای آزاد داده می شوند و فرض بر این است که استفاده کننده از آنتن، اثر بازتاب زمین و غیره را بسته به شرایط نصب آنتن به شمار می آورد و نمودار پرتو افکنی این اثر را در نظر دارد. در برخی کاربردها مانند آنتن کشتی و یا هواپیما، نمودارهای پرتو افکنی با توجه به انعکاس ها از سطوح فلزی موجود مانند عرشه کشتی و یا بال های هواپیما و مانند آنها تعیین می شود. بهر حال لازم است در هر نمودار پرتو افکنی شرایط موجود در اندازه گیری و یا محاسبه آن به روشنی قید شود.نمودار پرتو افکنی آنتن فرستنده و گیرنده: نمودار پرتو افکنی آنتن فرستنده، شیوه توزیع میدان ویا چگالی توان منتشرشده ازآنتن را در فاصله معینی در جهات مختلف نشان می دهد.به همین ترتیب نمودار پرتوافکنی آنتن گیرنده با شدت میدان الکتریکی ویا توان دریافتی آنتن از موجی با شدت میدان و یا توان واحدی برابرمی باشد،که از جهت معینی به سوی آنتن می تابد.. شکل29: ترتیب آنتن ها در تعیین نمودار پرتو افکنیبرای اندازه گیری نمودار پرتو افکنی آنتن مورد آزمایش در حالت فرستنده آنتن را با منبع تغذیه ای با ولتاژ v تحریک می کنیم و جریان آنتن کوچک تر تعیین کننده مقدار میدان الکتریکی موج آنتن در آن نقطه است، اندازه گیری می کنیم. اکنون اگر محل منبع ولتاژ v آمپرترA را تعویض کنیم، نمودار پرتو افکنی آنتن مورد آزمایش را به صورت گیرنده اندازه گیری می کنیم. مقادیر نسبت g/v متناسب با مقدار میدان ایجاد شده در هر نقطه اندازه گیری در دو حالت مختلف است ،که آنتن مورد آزمایش به صورت فرستنده و گیرنده عمل می کند.جهت دهندگی آنتن ها: برای بدست آوردن نمودار پر تو افکنی آنتن، شدت میدان و یا چگالی میانگین زمانی، توان را بر روی سطح کره بزرگی به مرکز آنتن اندازه گیری می کنیم. اکنون فرض کنید که این اندازه گیری در همه نقاط بر روی سطح کروی مقدار ثابتی را بدست دهد. چنین آنتنی را آنتن دارای پخش یکسان و یا فاقد جهت دهندگی می نامیم. ساخت چنین آنتنی در عمل خالی از اشکال نیست واز اهمیت چندانی هم برخوردار نمی باشد. در بیشتر کاربردها، آنتن هایی که توان را در جهت معین و مورد نظر پخش کنند، یعنی دارای جهت دهندگی باشند،مطلوب هستند. برای مثال، در مورد رادار که پیدا کردن دقیق موقعیت هدفی مورد نظر است، از آنتنی با شعاع باریک استفاده می شود. در مورد یک فرستنده رادیویی که در مرکز شهر قرار دارد، آنتنی مورد استفاده قرار می دهیم که در صفحه افقی، پرتو زیاد و تقریبا یکنواختی داشته باشد، اما در جهت عمود بر صفحه افق پرتو آن اندک باشد. به طو رخلاصه آنتن جهت دهنده، آنتنی است که در برخی جهات بیشتر از جهات دیگر توان منتشر می کند.پهنای شعاع و پهنای شعاع نیم توان:نمودار پرتو افکنی آنتن هایی که نسبت طول موج کوچک هستند، غالبا تنها دارای یک شعاع اصلی است که زاویه و یا پهنای گسترده ای را در بر می گیرد. اما آنتن های بزرگ، نسبت به طول موج، غالبا دارای یک شعاع اصلی با پهنای کوچک هستند که توان پرتو افکنی در آن محدوده زیاد است و زاویه با پهنای کوچکی دارد. همچنین این آنتن ها دارای تعدادی شعاع های فرعی هستند که از نظر توان پرتوافکنی در آن نواحی، کوچک هستند. نمودار پرتوافکنی هنجار شده آنتنی عملی ،در صفحه ای ویژه، در شکل نشان داده شده است. باریکی و یا پهنای شعاع اصلی از ویژگی های مهم هر آنتن به شمار می آید، که آن را به طور کمی با مشخصه (پهنای شعاع)،مشخص می کنیم. برای پهنای شعاع معمولترین تعریف، پهنای شعاع نیم توان است. در این تعریف، زاویه بین دو نقطه شعاع را که شدت توانی برابر نصف شدت حد اکثر توان دارند، معین می کنیم و آن را پهنای شعاع نیم توان می نامیم. نظر به اینکه توان آنتن در دو انتهای این دو نقطه، 3 دسی بل از حداکثر توان آنتن کمتر است، پهنای شعاع نیم توان را پهنای شعاع 3 دسی بل هم می نامند. در برخی موارد، زاویه بین دو نقطه با توان توان ماکزیمم را که ،10 دسی بل از توان ماکزیمم پایین تر است، به عنوان تعریف پهنای شعاع بکار می برند، که پهنای شعاع 10 دسی بل نامیده می شود. شكل 210: نمودار پرتو افكنی یك آنتن عملی.شعاع نیم توان، در کاربرد هایی مانند فرستنده-گیرنده، جهت یابی و رادار بسیار معمول است. شعاع 10 دسی بل در کاربردهایی مانند محاسبات به اشتباه انداختن رادار و جلو گیری از آن بکار گرفته می شود. پهنای صفر تا صفر که به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد از چند نظر دارای اشکالاتی است. یکی اینکه برخی از نمودارهای پرتو افکنی، اصولا صفر ندارند. دیگر اینکه تعیین نقاط کور از راه اندازه گیری کاری دشوار است و سرانجام، صفر تا صفر سرعت کاهش توان با زاویه را نشان نمی دهد و مشخص نمی کند که شعاع در چه زوایایی دارای توان کافی برای عملکرد رضایت بخش است.شعاع های فرعی آنتن ها:نمودار پرتو افکنی افزون بر شعاع اصلی دارای تعدادی شعاع فرعی است. دو شعاع فرعی در دو سوی شعاع اصلی را که از دیگر شعاع های فرعی آنتن بزرگتر هستند، شعاع های ( پهلوی شعاع اصلی) می نامند. شعاع فرعی که در مقابل شعاع اصلی واقع می شود شعاع عقبی نامیده می شود. شعاع های فرعی در آنتن های فرستنده، سبب به هدر رفتن توان پرتو افکنی در جهات غیر لازم می شود و در آنتن های گیرنده، موجب دریافت نشانه ها و نویز از جهات نا خواسته می شود. برای مثال، در آنتن رادار، هدف های بزرگ و یا نزدیك ناخواسته كه در جهت شعاع های فرعی قرار می گیرند، ممكن است بر روی صفحه رادار ظاهر شوند و رادار را به اشتباه بیندازند. همچنین انعكاس شعاع های فرعی از زمین كار تشخیص هدف های كوچك در فاصله دور را دچ ار مشكلاتی می كند.مقاومت پرتو افكنی آنتن:در مدارهایی كه آنتن را تغذیه می كنند، معمولا برای آنتن مدار معادلی را در نظر می گیریم. در این مدار معادل، توان پرتو افكنی را به صورت توان مصرفی در یك مقاومت فرض می كنیم. اندازه این مقاومت كه مقاومت پر تو افكنی نامیده می شود، به گونه ای برگزیده می شود كه جریان آنتن در عبور از آن ‏ توانی برابر كل توان پرتو افكنی آنتن را جذب كند. بنابراین: كل توان پرتو افكنی آنتن، جریان موثر و ماكزیمم زمانی جریان ورودی آنتن است.توجه كنید كه جریان موثر،و ماكزیمم زمانی جریان، در طول آنتن متغیر است و به این دلیل برابر قرارداد برای جریان مقدار ورودی در نظر گرفته می شود. در برخی موارد نیز حداكثر جریان در طول آنتن را برای محاسبه مقاومت پرتوافكنی بكار می گیرند.در این صورت جریان بكار گرفته شده باید به طور دقیق مشخص شود. مقاومت پرتو افكنی آنتن های عملی بین كمتر از یك اهم تا چند اهم متغیر است مقادیر كوچكتر مربوط به آنتن های فركانس های بسیار پایین است.امپدانس ورودی آنتن :مدار معادل شكل (211) برای آنتن هایی با طول معینی است كه در حال تشدید باشند. برای طول های دیگر باید امپدانس ورودی را در نظر گرفت كه بخش حقیقی آن، همان مقاومت های نشان داده شده در شكل (211) است؛ و بخش موهومی آن، بسته به طول آنتن راكتانس خازنی و یا القایی است. برای آنتن های خطی كوتاه تر از نصف طول موج، راكتانس خازنی و برای طول های بزرگتر از نصف طول موج، راكتانس القایی است. اگر راكتانس ورودی آنتن بزرگ باشد برای برقرار كردن جریانی معین، باید ولتاژ منبع تغذیه را بالا برد. دانستن امپدانس ورودی آنتن از نظر تغذیه و تطبیق آنتن با خط تغذیه دارای اهمیت بسیاری است. شكل211: مدار معادل آنتن از نظر پرتو و تلفاتسطح موثر یا سطح گیرنده آنتن ها:با اینكه هم در آنتن فرستنده و هم در آنتن گیرنده، تابع جهت دهندگی، چگونگی پرتو افكنی و دریافت امواج را معین می كند، گاهی برای تعیین توان آنتن گیرنده، از سطح موثر و یا سطح گیرنده آنتن استفاده می شود. برای تعریف سطح موثر فرض كنید فرستنده ای كه در فاصله دوری قرار گرفته است توان پرتو افكنی P وات بر متر مربع، درمحل یك آنتن گیرنده ایجاد كند و كل توان دریافتی آنتن گیرنده در حالت پلاریزاسیون مناسب و تطابق كامل آن با بار،w وات باشد. در این صورت، سطح موثر آنتن گیرنده به صورت رابطه زیر تعریف می شود: همانگونه كه انتظار می رود سطح موثر با سطح فیزیكی آنتن ارتباط دارد، اما الزاما با آن برابر نیست. در آنتن هایی كه ضریب جهت دهندگی بزرگ دارند، سطح موثر در حدود سطح فیزیكی است. در آنتن هایی كه ضریب جهت دهندگی بسیار كوچك دارند، سطح موثر از سطح فیزیكی بسیار بزرگتر است. این نكته بدین معناست كه این آنتن ها می توانند توان پرتو تابیده شده بر روی سطحی بزرگتر از سطح فیزیكی خود را جذب كنند. برای روشن كردن این مطلب آنتن گیرنده ای كه برابر شكل (212الف) به باری متصل است در نظر بگیرید. مدار معادل تونن این آنتن نیز در شكل(212ب)نشان داده شده است. شكل212: آنتن متصل به بار و مدار معادل تونن آن؛ الف: آنتن ب: مدار معادلV مقدار موثر ولتاژ در آنتن است. امپدانس آنتن در حالت مدار بار ( امپدانس معادل تونن)و امپدانس بار در محل اتصال به آنتن است. ادامه خواندن مقاله در مورد آنتن و شبکه هاي بي سيم

نوشته مقاله در مورد آنتن و شبکه هاي بي سيم اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.