پایان نامه جبران سازی اثر تزویج متقابل المان ها در آنتن های آرایه ای تطبیقی

پایان نامه جبران سازی اثر تزویج متقابل المان ها در آنتن های آرایه ای تطبیقی

چکیده:

عملکرد آنتن آرایه ای تطبیقی توسط اعوجاج فاز و دامنه ایجاد شده در مسیر سیگنال دریافتی دچار اختلال شده و قابلیت ردگیری سیگنال دریافتی از بین می رود. المان آرایه به عنوان یک عنصر موثر در ایجاد این اعوجاج می بایستی از جهات مختلف مورد بهینه سازی قرار گیرد. تغییر مکان محل تغذیه یک آرایه با المان پچ باعث دستیابی به بهره بالا و فرکانس رزونانس مناسب می گردد. اثر بهینه سازی مکان تغذیه آنتن موجب تغییرات قابل ملاحظه ای در ماتریس تزویج به صورت اعوجاج دامنه ای و فازی می شود. اثر تزویج متقابل هم باعث کم شدن عمق صفرها و هم جابجایی محل آن ها در الگوی تابشی آرایه می شود که در سیستم های تطبیقی سیگنال به نویز خروجی کاهش می یابد و یا اینکه الگوی فرستندگی ایده آل آرایه تغییر می کند و دچار اعوجاج می شود از آنجا که روش های پردازش سیگنال در سیستم های آرایه هوشمند با فرض صفر بودن تزویج متقابل آرایه فرمول بندی می شود لذا در تحقق عملی این سیستم، اثر تزویج متقابل بین عناصر آرایه، قابلیت سیستم آنتن های هوشمند را کاهش می دهد. 

در این پایان نامه هدف بررسی اثر موقعیت نقطه تغذیه و تزویج متقابل در طراحی و عملکرد آنتن های هوشمند می باشد و ارائه روشی برای جبران سازی اثر تزویج متقابل در عملکرد تطبیقی سیستم های هوشمند است ابتدا اثر موقعیت نقطه تغذیه در آنتن های مایکرواستریپ بررسی شده و تزویج متقابل در آرایه های نامحدود محاسبه و شبیه سازی می شود. سپس روشی برای جبران سازی اثر تزویج متقابل در آرایه های محدود با استفاده از ماتریس پراکندگی در آرایه، مطرح می شود. سپس با توجه به روابط مشخص می شود که چه ضرائب وزنی (دامنه و فازی) را باید به هر المان اعمال کنیم تا جبران سازی صورت گیرد. بدین منظور دو آنتن آرایه ای میکرواستریپ پج با استفاده از نرم افزای HFSS شبیه سازی می شوند و اثر موقعیت نقطه تغذیه و تزویج متقابل در کیفیت طراحی و پرتوهای تشعشعی آن در  عملکرد تطبیقی آنتن بررسی شده و سپس جبران سازی به وسیله روش پیشنهاد شده بر روی آن ها انجام می شود. 

مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی و کارهای انجام پذیرفته، تطابق خوبی برای روش پیشنهادی نشان می دهد. 

مقدمه: 

یک سیستم آنتن هوشمند شامل چندین آنتن است که با یک پردازشگر سیگنال مجتمع شده است تا بتواند از قابلیت هر دو دسته برای به دست آوردن یک الگوی گیرندگی و یا فرستندگی بهینه با توجه به سیگنال دریافتی استفاده نماید برای درک مفهوم کارکرد سیستم آنتن تطبیقی به فکر یک مثال تجربی می پردازیم اگر چشمانمان را ببندیم و با یک نفر که در داخل یک اتاق در حال حرکت است صحبت کنیم مشاهده خواهیم کرد که بدون نگاه کردن به شخص می توان موقعیت او را تشخیص داد چرا که: اولا به وسیله دو گیرنده صوتی گوش سیگنال های صحبت شخص متقابل را می توانیم دریافت کنیم. ثانیا صدا به هر گوش در دو زمان مختلف می رسد و ثالثا: مغز ما که یک پردازشگر ویژه است محاسبات پیچیده ای انجام می دهد تا اطلاعات مربوط به مکان شخص سخنگو را به دست آورد. مغز ما همچنین شدت سیگنال های رسیده به هر گوش را باهم جمع می کند به قسمتی که صدای رسیده در یک راستای مشخص را به اندازه دو برابر قوی تر از هر صدای دیگر می شنود. سیستم های آنتن تطبیقی نیز به طور مشابه ای عمل می کنند که البته می توان از تعدادی بیش از 2 آنتن استفاده نمود و لذا دقیق تر عمل کرد. چون آنتن ها هم می شوند و هم صحبت می کنند یک سیستم آنتن هوشمند می توان سیگنال ها را همچنین در راستای مشخصی بفرستند (مثلا همان راستایی که دریافت کرده است) البته باید توجه داشت که چون فرکانس گیرندگی با فرکانس فرستندگی معمولا متفاوت است، خواص الکترونیکی آرایه آنتن ها عوض می شود. 

بنابراین سیستم آنتن تطبیقی نه تنها می تواند 8 و 10 و یا 12 بار قوی تر بشنود بلکه به همان مقدار می تواند قوی تر و در راستای مشخص صحبت بکند. یک گام جلوتر، اگر مثلا شخص دیگری نیز با ما مشغول صحبت شود پردازشگر سیگنال درونیمان می تواند نویز ناخواسته را حذف کرده و به طور دلخواه روی شخص سخنگو تمرکز پیدا بکند و در هر لحظه با یک نفر صحبت کند. بنابراین سیستم های آرایه ای تطبیقی پیشرفته دارای قابلیت مشابهی برای تمیز دادن سیگنال دلخواه یا مورد نظر از سیگنال های غیر دلخواه هستند. در حقیقت این آنتن ها نیستند که هوشمند اند بلکه سیستم های آنتن ها هستند که هوشمندانه عمل می کنند. به طور کلی سیستم آنتن هوشمند واقع در ایستگاه های پایه مخابرات سیار  (Base Station) یک سیستم پردازشگر سیگنال دیجیتال را با یک آرایه ترکیب کرده و به طور تطبیقی در راستاهای مختلف دریافت و ارسال پیغام می کند. به عبارت دیگر با توجه به سیگنال دریافتی می تواند الگوی تشعشعی آنتن را عوض کند که این پدیده باعث افزایش قابل ملاحظه ای در مشخصه های کارایی سیستم سیار می شود. پایه آنتن های هوشمند به دهه هفتاد برمی گردد آنتن های هوشمند، آرایه های فاز داده شده (Phased Array) دسترسی چندگانه با تقسیم بندی فضایی (Space Division Multiple access)، پردازش فضایی (Spatial Processing) سیستم های آنتن تطبیقی (Adaptive Antenna Systems) و لغات دیگر از مفاهیم تکنولوژی سیستم های آنتن هوشمند است که تا به حال استفاده شده است. سیستم های آنتن هوشمند به طور معمولی به دو دسته تقسیم بندی می شوند: 

1- سیستم سوئیچ شده. 

2- سیستم های آرایه تطبیقی.