آنتن لنز برای ارتباطات ماهواره سیار زمینی (مقاله ترجمه شده)

چکیده

برنامه ماهواره سیار برای فراهم نمودن لینک های ارتباطی مورد نیاز به مناطق روستایی در حال توسعه است. یک جزء حیاتی در این سیستم، آنتنی برای وسیله نقلیه است. این مقاله به موضوع کاهش هزینه انتن های وسیله نقلیه ارایه فازی از طریق استفاده از یک آرایش تغذیه لنز به جای استفاده از شیفت دهنده های فازی در هر عنصر می پردازد. عملکرد نظری این آرایه تغذیه شده لنز ارائه خواهد شد.

مقدمه

مطالعات اخیر توسط NASA/JPL (1) و صنایع نشان داده است که امکان ادامه حیات اقتصادی یک سیستم ماهواره سیار (MSAT) به طور عمده وابسته به استفاده کارآمد از طیف کمیاب مختص و مدار گردش و قدرت ماهواره است. نوع آنتن وسیله نقلیه استفاده شده، نقشی حیاتی را در دستیابی به این کارایی بازی خواهد نمود. در حقیقت، یک انتن وسیله نقلیه جهتی با بهره میانگین تقریبی 10dBi 5 تا 6 dB بهره اضافی را در مقایسه با یک انتن وسیله نقلیه تک جهتی افقی ارائه خواهد نمود. تا به حال، دو نوع از انتن های وسیله نقلیه به بهره متوسط مطالعه شده اند (1،2). اینها آرایه تطابق کننده با سطح با قابلیت هدایت مکانیکی هستند. پیش بینی شده است که آرایه قابل هدایت زمانی که توسعه یابد باید الزامات MSAT-X زیر (آزمایش ماهواره سیار) را برآورده سازد: (a) فرکانس: 821 تا 825 مگاهرتز انتقال، 866 تا 870 مگاهرتز دریافت؛ (b) پوشش: 20 تا 60 درجه عمودی، 360 درجه کامل افقی؛ (c) بهره: 10dBi مینیمم در ناحیه پوشش؛ (d) پلاریزاسیون: دایروی با ماکزیمم نسبت محوری 4dB.

مطالعات NASA/JPL و صنایع نشان داده اند که آرایه های قابل هدایت الکترونیکی که از شیفترهای فاز استفاده می کنند برای کاربران نهایی پرهزینه هستند حتی زمانی که آنها در تعداد زیاد تولید می شوند. به این دلیل، یک پروژه R&D برای بررسی امکان استفاده از مفاهیم پیشرفته تر و تکنیک هایی برای کاهش بالقوه هزینه ساخت این آنتن ها راه اندازی شده است. این مقاله به توصیف برخی از این مفاهیم پیشرفته با تاکید بر کاربرد تکنیک های تغذیه لنز برای کاهش تعداد کلی شیفترهای فاز و دیودهای PIN می پردازد و الزامات MSAT-X را حفظ می کند. چندین مفهوم لنز و پیکربندی آرایه بررسی خواهد شد و ارزیابی عملکرد مقایسه ای این مفاهیم و پیکربندی ها برای اثبات عملی توانمندی های کاهش هزینه صورت خواهد گرفت.

تحلیل

آنتن آرایه فازی MSAT باید در بالای وسیله نقلیه برای دید مناسب ماهواره نصب شود و باید دارای پروفایل کم برای دلایل زیبایی باشد. یک آرایه مایکرواستریپ، چند لایه برای آنتن تصور می شود. دو روش اساسی تغذیه آرایه فازی MSAT بررسی شدند، به نام آرایه تغذیه شده لنز و آرایه تغذیه شده شیفتر فاز. روش شیفتر فاز نیاز به شیفتر فاز در هر عنصر دارد که هزینه آنتن را افزایش می دهد. این روش اجازه می دهد تا پرتوی آنتن در جهت افقی و عمودی اسکن شود. هرچند، اسکن کامل عمودی عمودی نمی تواند به علت پهنای پرتوی عمودی لازم باشد و مسئله موقعیت ماهواره و ردیابی را افزایش می دهد.

لنزهای R-KR

سیستم این آنتن شامل شبکه تغذیه و عناصر تابشی با لنزهای R-KR مانند جز اصلی شبکه تغذیه می شود. در زیر، لنز R-KR، شبکه تغذیه و عناصر تابشی به طور فیزیکی و وظیفه مند همراه با برخی ملاحظات سیستم توصیف شده اند.

لنز R-KR یک آنتن چندپورتی ساخته شده در زیرلایه دی الکتریک، با استفاده از تکنیک های طراحی خط نواری است که می تواند پرتویی 180 درجه را در صفحه افقی آنتن در برخی زوایای عمودی (3) اسکن نماید. رابط هایی متصل می شوند به طور یکنواخت در حول لبه لنز توزیع می شوند که پورت هایی متقابل را برای سیگنال rf فراهم می کند. روابط هندسی لنز در شکل 1 نشان داده شده است که در آن R فاصله شعاعی از مرکز روزنه انتن به حلقه عناصر تابشی تغذیه شده توسط لنز و KR شعاع لنز است. هندسه لنز اطمینان حاصل می کند که تحریک سیگنال rf در هر پورت خروجی به گونه ای فازبندی شده است که میدان تابشی هر عنصر در فاز جمع می شود و حاصل، الگویی با جبهه موج فاز یکنواخت است.

شبکه تغذیه

شبکه تغذیه سیگنال rf در اشکال2،3 و 4 نشان داده شده است. مشخصات طرح برای سیستم آنتن روی اندازه روزنه و فرکانس عملیاتی نشان داد که دو حلقه از عناصر روی روزنه آنتن لازم خواهد بود. این کار به عناصر اجازه می دهد تا به طور مناسب نزدیک به یکدیگر برای جلوگیری از لوب های کناری بسته بندی شوند و بهره ماکزیمم شود. آرایش بسته بندی عنصر ابتدائاً آزمایش شده دارای شش عنصر پچ تشکیل دهنده حلقه داخلی و 12 تا در حلقه خارجی است. استفاده از دو حلقه عناصر در روزنه نیاز داشت که لنز با مقادیر مختلف KR برای تغذیه حلقه داخلی و خارجی به کار گرفته شوند. این لنزها، به صورت A و B در شکل 2 نامگذاری شده اند. برای فراهم نمودن توانمندی های دریافت و انتقال برای این سیستم، پیکربندی مدار نشان داده شده در شکل 2 در جایی به کار گرفته می شود که دو لنز از هر نوع برای پورت های ورودی/خروجی و عناصر تابشی توسط 90 درجه هیبرید متصل شوند. همانطور که قبلاً ذکر شد، موقعیت پرتو در صفحه افقی با انتخاب پورت های ورودی/خروجی مختلف برای لنز R-KR تغییر می یابد. این عمل با دو بلوک شبکه سوییچ در شکل 2 انجام می شود.

آنتن

این آنتن یک آرایه حلقه مسطح با عناصر مایکرواستریپ پچ پولاریزه دایروی است که با شکل سقف اتومبیل تطابق می باد. آنتن و شبکه تغذیه به صورت واحدی با تکنیک های خط نواری چندلایه ساخته می شود.

تحلیل سیستم آنتن

این مدل در آزمایش و بهینه سازی عمودی میدان دور آرایه و الگوهای بهره افقی به کار گرفته شد. در این بخش، طراحی الگوی بهره عمودی به صورت توصیف الگوهای بهره افقی و فرآیند استفاده شده برای تعیین پیکربندی نهایی آنها بررسی می شود.

همانطور که توسط این معادله میدان نمایش داده شده، این محاسبات بهره برای قطبیت خطی هستند. این کار برای ساده سازی تحلیل و بررسی روندها در الگوهای آنتن انجام شد. محاسبات نهایی برای قطبیت دایروی انجام خواهد شد.

الگوهای بهره افقی و عمودی

الزامات پوشش بهره برای آنتن گسترش یافته از 20 تا 60 درجه در عمودی و 0 تا 360 در افقی بود. آزمایش الگوها ابتدائاً برای یک آنتن با 12 عنصر در حلقه خارجی، شش تا در حلقه داخلی و عنصر مرکزی صورت گرفت که در آن فاصله گذاری مرکز به مرکز شعاعی عناصر 0.55λ بود. با این هندسه، پرتو در عمود برای یافتن زاویه اسکن اسکن شد که در آن بهره در 20 و 60 درجه معادل بود. این کار برای متعادل نمودن یا بهینه نمودن پوشش در عمودی انجام شد. اسکن نمودن توسط تغییر زاویه اسکن a انجام شد و a بهینه در 31 درجه در زاویه افقی 0 یافت شد. بهره این الگو و تمام الگوهای زیر با توجه به بهره آنتن با توزیع یکنواخت در 0 در جه افقی 90 درجه عمودی انجام شد.

این مقاله در سال 1986 در نشریه آی تریپل ای و در کنفرانس فناوری خودرو، توسط آزمایشگاه پیشرانه جت منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله آنتن لنز برای ارتباطات ماهواره سیار زمینی در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.