پايان نامه جبران سازي اثر تزويج متقابل المان ها در آنتن هاي آرايه اي تطبيقي

پايان نامه جبران سازي اثر تزويج متقابل المان ها در آنتن هاي آرايه اي تطبيقي

چكيده:

عملكرد آنتن آرايه اي تطبيقي توسط اعوجاج فاز و دامنه ايجاد شده در مسير سيگنال دريافتي دچار اختلال شده و قابليت ردگيري سيگنال دريافتي از بين مي رود. المان آرايه به عنوان يك عنصر موثر در ايجاد اين اعوجاج مي بايستي از جهات مختلف مورد بهينه سازي قرار گيرد. تغيير مكان محل تغذيه يك آرايه با المان پچ باعث دستيابي به بهره بالا و فركانس رزونانس مناسب مي گردد. اثر بهينه سازي مكان تغذيه آنتن موجب تغييرات قابل ملاحظه اي در ماتريس تزويج به صورت اعوجاج دامنه اي و فازي مي شود. اثر تزويج متقابل هم باعث كم شدن عمق صفرها و هم جابجايي محل آن ها در الگوي تابشي آرايه مي شود كه در سيستم هاي تطبيقي سيگنال به نويز خروجي كاهش مي يابد و يا اينكه الگوي فرستندگي ايده آل آرايه تغيير مي كند و دچار اعوجاج مي شود از آنجا كه روش هاي پردازش سيگنال در سيستم هاي آرايه هوشمند با فرض صفر بودن تزويج متقابل آرايه فرمول بندي مي شود لذا در تحقق عملي اين سيستم، اثر تزويج متقابل بين عناصر آرايه، قابليت سيستم آنتن هاي هوشمند را كاهش مي دهد. 

در اين پايان نامه هدف بررسي اثر موقعيت نقطه تغذيه و تزويج متقابل در طراحي و عملكرد آنتن هاي هوشمند مي باشد و ارائه روشي براي جبران سازي اثر تزويج متقابل در عملكرد تطبيقي سيستم هاي هوشمند است ابتدا اثر موقعيت نقطه تغذيه در آنتن هاي مايكرواستريپ بررسي شده و تزويج متقابل در آرايه هاي نامحدود محاسبه و شبيه سازي مي شود. سپس روشي براي جبران سازي اثر تزويج متقابل در آرايه هاي محدود با استفاده از ماتريس پراكندگي در آرايه، مطرح مي شود. سپس با توجه به روابط مشخص مي شود كه چه ضرائب وزني (دامنه و فازي) را بايد به هر المان اعمال كنيم تا جبران سازي صورت گيرد. بدين منظور دو آنتن آرايه اي ميكرواستريپ پج با استفاده از نرم افزاي HFSS شبيه سازي مي شوند و اثر موقعيت نقطه تغذيه و تزويج متقابل در كيفيت طراحي و پرتوهاي تشعشعي آن در  عملكرد تطبيقي آنتن بررسي شده و سپس جبران سازي به وسيله روش پيشنهاد شده بر روي آن ها انجام مي شود. 

مقايسه نتايج حاصل از شبيه سازي و كارهاي انجام پذيرفته، تطابق خوبي براي روش پيشنهادي نشان مي دهد. 

مقدمه: 

يك سيستم آنتن هوشمند شامل چندين آنتن است كه با يك پردازشگر سيگنال مجتمع شده است تا بتواند از قابليت هر دو دسته براي به دست آوردن يك الگوي گيرندگي و يا فرستندگي بهينه با توجه به سيگنال دريافتي استفاده نمايد براي درك مفهوم كاركرد سيستم آنتن تطبيقي به فكر يك مثال تجربي مي پردازيم اگر چشمانمان را ببنديم و با يك نفر كه در داخل يك اتاق در حال حركت است صحبت كنيم مشاهده خواهيم كرد كه بدون نگاه كردن به شخص مي توان موقعيت او را تشخيص داد چرا كه: اولا به وسيله دو گيرنده صوتي گوش سيگنال هاي صحبت شخص متقابل را مي توانيم دريافت كنيم. ثانيا صدا به هر گوش در دو زمان مختلف مي رسد و ثالثا: مغز ما كه يك پردازشگر ويژه است محاسبات پيچيده اي انجام مي دهد تا اطلاعات مربوط به مكان شخص سخنگو را به دست آورد. مغز ما همچنين شدت سيگنال هاي رسيده به هر گوش را باهم جمع مي كند به قسمتي كه صداي رسيده در يك راستاي مشخص را به اندازه دو برابر قوي تر از هر صداي ديگر مي شنود. سيستم هاي آنتن تطبيقي نيز به طور مشابه اي عمل مي كنند كه البته مي توان از تعدادي بيش از 2 آنتن استفاده نمود و لذا دقيق تر عمل كرد. چون آنتن ها هم مي شوند و هم صحبت مي كنند يك سيستم آنتن هوشمند مي توان سيگنال ها را همچنين در راستاي مشخصي بفرستند (مثلا همان راستايي كه دريافت كرده است) البته بايد توجه داشت كه چون فركانس گيرندگي با فركانس فرستندگي معمولا متفاوت است، خواص الكترونيكي آرايه آنتن ها عوض مي شود. 

بنابراين سيستم آنتن تطبيقي نه تنها مي تواند 8 و 10 و يا 12 بار قوي تر بشنود بلكه به همان مقدار مي تواند قوي تر و در راستاي مشخص صحبت بكند. يك گام جلوتر، اگر مثلا شخص ديگري نيز با ما مشغول صحبت شود پردازشگر سيگنال درونيمان مي تواند نويز ناخواسته را حذف كرده و به طور دلخواه روي شخص سخنگو تمركز پيدا بكند و در هر لحظه با يك نفر صحبت كند. بنابراين سيستم هاي آرايه اي تطبيقي پيشرفته داراي قابليت مشابهي براي تميز دادن سيگنال دلخواه يا مورد نظر از سيگنال هاي غير دلخواه هستند. در حقيقت اين آنتن ها نيستند كه هوشمند اند بلكه سيستم هاي آنتن ها هستند كه هوشمندانه عمل مي كنند. به طور كلي سيستم آنتن هوشمند واقع در ايستگاه هاي پايه مخابرات سيار  (Base Station) يك سيستم پردازشگر سيگنال ديجيتال را با يك آرايه تركيب كرده و به طور تطبيقي در راستاهاي مختلف دريافت و ارسال پيغام مي كند. به عبارت ديگر با توجه به سيگنال دريافتي مي تواند الگوي تشعشعي آنتن را عوض كند كه اين پديده باعث افزايش قابل ملاحظه اي در مشخصه هاي كارايي سيستم سيار مي شود. پايه آنتن هاي هوشمند به دهه هفتاد برمي گردد آنتن هاي هوشمند، آرايه هاي فاز داده شده (Phased Array) دسترسي چندگانه با تقسيم بندي فضايي (Space Division Multiple access)، پردازش فضايي (Spatial Processing) سيستم هاي آنتن تطبيقي (Adaptive Antenna Systems) و لغات ديگر از مفاهيم تكنولوژي سيستم هاي آنتن هوشمند است كه تا به حال استفاده شده است. سيستم هاي آنتن هوشمند به طور معمولي به دو دسته تقسيم بندي مي شوند: 

1- سيستم سوئيچ شده. 

2- سيستم هاي آرايه تطبيقي.