پوششی از متامتريال برای بهبود عملکرد آنتن

[saeed fakhimi]

با استفاده از پوششی از متامتريال میتوان امپدانس داخلی آنتن را تغيير داده و حتی آنرا با فضای آزاد تطبيق دهيم که اين امر باعث بهبود عملکرد آنتن میشود. اين کار برای اولين بار در سال ٢٠٠٣ ، توسط زيلکوسکی انجام گرفت که با استفاده از يک پوشش کروی DNG ،توانست توان تشعشعی آنتن دو قطبی محصور شده در اين پوشش کروی را در مقايسه با آنتن مشابه قرار گرفته در فضای آزاد، افزايش دهد.

 

[saeed fakhimi]

اتاق آنتن

اتاق آنتن

•براي عمل پرتوبرداري آنتنها و بطور كلي انجام هر گونه آزمايش بر روي آنتنها لازم است≤--------1--------≥ تا نتايج بدست آمده دقيق و قابل اطمينان باشند.
•. اما انجام هر گونه آ‌زمايش بر روي آنتنها در فضاي باز بعلت انعكاسات از ديوارها و زمين غير قابل اطمينان خواهد بود≤--------2--------≥
•≤--------3--------≥و طراحي اتاق از نظر اندازه و محل استقرار ابرها به گونه اي مي باشد كه در حالت ايده آل انعكاسات را حذف نمايد، ولي در عمل انعكاسات بكلي از بين نرفته، بلكه توان امواج غير مستقيم پس از انعكاس كاهش مي يابند، به طوريكه مثلاً امواجي به سمت ديواره هاي اتاق حركت مي كنند پس از برخورد با جاذبهاي الكترومغناطيس در حدود 40 dB افت پيدا مي كنند. البته عملكرد جاذبهاي الكترومغناطيس و به تبع آن عملكرد اتاق آنتن بدون انعكاس تابعي از فركانس مي باشند، بطوريكه با افزايش فركانس عملكرد اتاق آنتن بهبود مي يابد، كه اين مسئله در نتيجه دو عامل است. يكي همان بهبود كيفيت جاذبها با افزايش فركانس مي باشد و ديگري افزايش ابعاد اتاق به نسبت طول موج با افزايش فركانس كار است. بنابراين دلائل هميشه بهتر است كه يك اتاق آنتن جديد را در فركانسهاي پايينتر باند فركانس مايكروويو تحت آزمايش قرار داد و مطمئن بود كه كيفيت عملكرد اتاق در فركانسهاي بالاتر مطمئناً بهتر خواهد بود.
QZ:براي اندازه گيري پترن تشعشعي آنتن در درون اتاق بدون انعكاس، انتشار انرژي بايد به طور يكطرفه باشد. براي آزمايش آنتن لازم است≤--------4--------≥
QN :اما كيفيت اتاق بدون انعكاس را به پارامتري از اتاق به نام≤--------5--------≥. در ناحيه اي كه انتشار انرژي بين آنتنهاي فرستنده و گيرنده با ديركتيويته معلوم يك طرفه باشد. مسلماً هر چه اين نسبت توان انعكاس يافته به توان دريافتي مستقيم كمتر باشد، “Quietness” اتاق بيشتر و يا به عبارت ديگر اتاق ساكت تر است و در نتيجه اتاق داراي عملكرد بهتري است.
( ؟ )در اثر انعكاس موج ارسالي از آنتن فرستنده توسط ديواره هاي اتاق و در نتيجه تداخل اين انعكاسات با موج اصلي كه بطور مستقيم از آنتن فرستنده به گيرنده مي رسد، ≤--------6--------≥. مقدار ماكزيمم نوسانات در اندازه ميدان كل روي جبهه موج بطور معكوس با كيفيت اتاق متناسب است، بدين صورت كه هر چه انحرافات از حالت موج يكنواخت بيشتر باشد، موج انعكاسي از ديواره بيشتر بوده و در نتيجه “Quietness” اتاق كمتر خواهد بود و كيفيت عملكرد اتاق پايينتر است. اگر اين ماكزيمم نوسانات در اندازه كل ميدان از يك حدي بيشتر نباشد با تقريب خوبي مي توان گفت كه اتاق بدون انعكاس است و در نتيجه نتايج حاصل از آزمايشها قابل اطمينان مي باشند.3- اندازه گيري مقدار انعكاس در ناحيه سكوت تقريباً در اكثر آزمايشاتي كه براي اندازه گيري پترن تشعشعي صورت مي گيرند، از آنتن تحت آزمايش به عنوان آنتن گيرنده استفاده مي شود و آنرا در ميدان ناشي از يك آنتن فرستنده كه در ناحيه دور قرار گرفته قرار مي دهند. در حالت ايده آل ميدان روشن كننده آنتن گيرنده يا به عبارت ديگر “illuminating field” يك موج صفحه اي مي‌باشد و اندازه گيريهاي پترن كه انجام مي شوند در واقع اندازه گيري آشفتگيهاي ناشي در اين موج صفحه اي ناشي از انعكاسات ناخواسته انرژي مي باشند. میدان الکتریکی به معني جمع برداري تمامي مؤلفه هاي ميدان الكتريكي در هر نقطه از فضا مي باشند ، كه شامل مؤلفه موج مستقيم و مؤلفه هاي ناشي از انعكاس و ديفركشن كه بسيار جزئي هستند. ≤-------7---------≥. احتياج به يك پروب همه جهته واقعي دارد. (Omni Directional Probe) ؛ ولي در عمل مي توان از آنتنهايي استفاده كرد كه پترن تشعشعي آنها جهت دار هستند. اثرات جهت دار بودن اين آنتنها در تعبير نتايج آزمايشها بايد در نظر گرفته شوند تا نتايج آزمايش معني دار باشند. از آنجائيكه تمركز ما بر روي مؤلفه هاي مستقيم و انعكاسي ميدان الكتريكي است كه در يك فركانس ثابت فقط داراي تغييرات فضائي هستند ؛ اندازه مؤلفه منعكسه كلي را مي توان از اندازه مؤلفه مستقيم با مشاهده تغييرات پيك تو پيك پترن تداخلي دو مؤلفه، وقتي كه آنتن پروب ناحيه سكوت را جاروب مي كند، از هم تمييز داد. براي اين منظور تنها لازم است دامنه سيگنال دريافتي كل توسط پروب اندازه گيري شود، و از بعد عملي نيز حركت آنتن پروب روي دو يا سه خط مستقيم ، متعامد كافي مي باشد. با فرض اينكه اندازه ميدان انعكاس دريافت شده 50db پايينتر از اندازه ميدان مستقيم دريافتي باشد، ولي اندازه گيري دقيق اين كميت ≤-------8---------≥. 3-1- تكنيك مقايسه پترن آنتن (APC) . در اين روش دسته پترنهايي براي آنتن بدست مي آيند. ثبت پترنهاي مختلف داراي اين مزيت ويژه مي باشد كه به كاربر اتاق آنتن با نشان دادن تغييرات جزئي در پترن كه مي توانند ناشي از انعكاسهاي واقعاً جزئي باشند، يك درك شهودي از كيفيت اتاق مورد استفاده مي دهد. اتاق توسط آنتن فرستنده كه در جاي طراحي شده خود واقع شده است، تحت تابش موج قرار مي گيرد. كه اين آنتن فرستنده تقريباً بر روي محور اصلي اتاق در نزديكي يكي از ديوارها قرار گيرد. كه مجموعه هايي از پترن آنتن، در طول شعاعهاي مختلف ناحيه سكوت و بر روي نقاط آ‌زمايش مجاور هم ثبت مي گردند. يك پترن از هر مجموعه ، و معمولاً آن پترن كه در اثر قرار گرفتن آنتن گيرنده روي محور اتاق بدست آمده است، بعنوان پترن مرجع انتخاب مي گردد. باقي پترنهاي ثبت شده آن مجموعه، روي پترن مرجع گذاشته مي شوند، بطوريكه پيكهاي لوب اصلي هر كدام از اين پترنها روي هم قرار گيرد (رجوع شود به شكل شماره 2) و سپس انحراف هر كدام از پترنهاي مجموعه از پترن مرجع در سطوح –10 dB، -15 dB ، -20 dB، -25 dB ، -30 dB نسبت به مرجع ثبت مي شوند، و سپس انحراف سطح توان از سطح توان مرجع نسبت به فاصله بين نقطه تست و محور اتاق رسم مي گردند (رجوع شود به شكل شماره 3) و تغييرات پريوديك انحراف با فاصله از محور اتاق كه بدين صورت بدست مي آيند، نشان دهنده تداخلهاي سازنده و مخرب بين بردار الكتريكي اشعه مستقيم ناشي از آنتن فرستنده و بردار الكتريكي كل ناشي از انعكاسات انرژي كه آنتن گيرنده به آنها حساس است، مي باشند. صفحه قائم متقاطعي (يعني صفحه قائم فرضي كه شعاع موج را قطع مي كند) كه شامل بسياري از نقاط آزمايشي مي باشد كه پترنها را در آن ها بدست مي آوريم، ترجيحاً آن صفحه اي است كه در فاصله طراحي شده ماكزيمم از مكان استقرار آنتن فرستنده قرار دارد. تحت چنين شرايطي نتايج بدست آمده از آزمايش نشان دهنده حد بالاي عملكرد اتاق بدون انعكاس مي باشند، چرا كه عملكرد ناحيه سكوت اتاق در تحت شرايط آزمايش معمولي، با نزديك ساختن آنتن گيرنده به فرستنده بهبود مي يابد. يك مجموعه متنابه از داده هاي آزمايش از اين دست نشان مي دهد كه با اندازه گيري روي يك خط متقاطع افقي و يك خط متقاطع عمودي در ناحيه سكوت با يك پلاريزاسيون و با پترن “azimuth” يا پترن “elevation” كافي است تا عملكرد اتاق را در هر فركانس مورد نظر ، يك تخمين اوليه زد. (در اينجا منظور از پترن “azimuth” آنتن، پترني است كه از چرخاندن آنتن حول محور قائم و در صفحه بدست مي آيد و منظور از پترن “elevation” آنتن پترني است كه از چرخاندن آنتن حول محور افقي و در صفحه قائم عمود بر جبهه موج بدست مي آيد.) از آنجا كه اندازه گيري كامل يك اتاق در فركانسهاي مختلف مستلزم صرف زمان زياد و هزينه مي باشد و از آنجا كه تغييرات در ميزان انعكاس جاذبهاي الكترومغناطيس با فركانس معمولاً مشخص و معلوم مي باشند، بنابراين كافي است تا اندازه گيريهاي يك اتاق در پايين باند مايكروويو كه در آن ميزان انعكاس از جاذبهاي الكترومغناطيس –40 dB يا بهتر است ، انجام گيرد. در فركانسهاي بالاتر عملكرد اتاق آنتن تقريباً هميشه بدون استثناء بواسطه افزايش ابعاد اتاق نسبت به طول موج بهبود مي يابد. ،- روش پروب كردن ميدان [field probe method] در اين تكنيك اندازه گيري اتاق ، يك پروب را درون ناحيه سكوت اتاق حركت مي دهند تا اينكه موج ساكن حاصل از تداخل بين سيگنال موج مستقيم از آنتن فرستنده و سيگنال موج انعكاسي از ديواره اتاق را اندازه گيري كنند. مقدار واقعي سطح توان سيگنال انعكاسي نسبت به سطح توان سيگنال مستقيم از مقدار VSWR فضاي آزاد تعيين مي شوند. عمل پروب كردن توسط يك آنتن جهت دار كه در جهات مختلف قرار داده مي شود تا سطح توان سيگنالهاي انعكاسي كه از مناطق مختلف اتاق مي رسند را تعيين كند، انجام مي شود. كيفيت عملكرد اتاق معمولاً بر اساس سطح بيشينه (بدترين حالت) سيگنال انعكاس كه از هر جهت ممكن به آنتن گيرنده مي رسند، تعيين مي گردد. آنتن تحت آزمايش بر روي يك پايه اي كه با موتور حركت داده مي شود و انعكاسات از آن كم است و اين اجازه را مي دهد كه پروب حداقل، طول افقي ناحيه سكوت را طي كند قرار داده مي شود. دامنه سيگنال دريافتي توسط آنتن پروب ، حين حركت پروب ثبت مي گردد.