16228

16228

تحليل، طراحي و شبيه سازي آنتن هاي بازتابنده كسگرين مسطح با قابليت اسكن دو بعدي پرتو براي كاربردهاي راداري موج ميليمتري

دكتري

مخابرات ميدان

مهرماه 1395

دكتر محمد سليماني

دكتر شروين اميري

برق

چكيده: بالگردها با توجه به ويژگي¬هايي كه دارند كاربردهاي مختلفي از جمله نظامي و جنگي، امدادرساني، آتش نشاني، كنترل ترافيك، آموزشي، علمي-تحقيقاتي، تفريحي و ... مي¬توانند داشته باشند. از اينرو، بالگردها براي هر كشوري از اهميت بسيار زيادي برخوردار هستند. با توجه به اينكه بالگردها نمي¬توانند در ارتفاع خيلي بالا پرواز كنند، بنابراين نياز است كه سامانه¬اي راداري در اختيار داشته باشند كه خلبان با استفاده از آن بتواند همه موانع جلوي بالگرد را ببيند و بر اساس آن تصميم¬گيري نمايد. بالگردهاي موجود در كشور چنين سامانه-اي را در اختيار ندارند و متاسفانه هر ساله چندين مورد سقوط بالگردها ناشي از برخورد با موانعي همچون كابل¬هاي برق فشار قوي گزارش مي¬شود كه خسارات جاني و مالي فراواني را به همراه دارد. با توجه به اينكه چنين سامانه¬هاي راداري بر روي بالگردهاي كشورهاي ديگر وجود دارد، بر آن شديم تا در اين پايان¬نامه تحليل، طراحي و شبيه¬سازي آنتن اين سامانه راداري را به عنوان يكي از بخش¬هاي اصلي آن انجام دهيم. سامانه راداري مد نظر، مي¬بايست در زمان بسيار كوتاهي بتواند قطاعي از فضاي روبروي بالگرد را جاروب و در صورت وجود موانع، آن را به خلبان جهت تصميم¬گيري گزارش نمايد. در نتيجه آنتن مورد نظر مي¬بايست قابليت¬هايي را داشته باشد تا بتواند عملكرد مطلوب را ايجاد نمايد. با مطالعه و بررسي مقالات چاپ شده در اين زمينه، آشنايي نسبتا خوبي با ساختار آنتن مورد نظر حاصل شد. اما از آنجائيكه اين موضوع بحثي كاملا نظامي محسوب مي¬شود اطلاعات كاملي از آن در دسترس نيست. با توجه به مشخصات آنتن كه از طراحي سيستمي رادار بدست آمده است، طراحي و شبيه¬سازي¬هاي اوليه انجام شد كه در حين طراحي با موضوعاتي روبرو شديم كه تاكنون در مورد آن¬ها در هيچ كدام از مقالات بحثي نشده بود. بنابراين، مي¬بايست بطور كامل تحليلي روي آن صورت مي¬گرفت. از اينرو با استفاده از تحليل¬هاي كاملا رياضي كه روي ساختار آنتن انجام گرفت، براي اولين بار روابطي استخراج گرديد كه بدون استفاده از اين روابط، عملا امكان استفاده از اين آنتن به عنوان زيربخشي از سامانه راداري امكان¬پذير نمي¬باشد. معادلات رياضي بدست آمده مربوط به رابطه بين زاويه چرخش پرتو با زاويه چرخش مكانيكي آنتن در حالت جاروب است. با استخراج اين روابط مشخص گرديد كه بر خلاف انتظار، ميزان زاويه چرخش پرتو آنتن به هنگام جاروب با ميزان زاويه چرخش مكانيكي آنتن رابطه¬اي غيرخطي دارد. همچنين روابط مربوط به پلاريزاسيون موج نيز استخراج شده است. اين روابط نيز نشان داد كه پلاريزاسيون موج انتشاري به هنگام جاروب، دچار چرخش مي¬گردد. روابط بدست آمده با استفاده از شبيه¬سازي¬هاي انجام شده مقايسه گرديد كه اين مقايسه نشان داد كه نتايج روابط رياضي با نتايج شبيه¬سازي يكديگر را كاملا تائيد مي¬نمايند. در فصل اول اهميت موضوع پايان¬نامه ارائه و دلايل پرداختن به اين موضوع عنوان شده است. در فصل دوم نيز، تاريخچه آنتن مورد نظر مطرح و مقالات چاپ شده در مجلات و كنفرانس¬هاي معتبر بين¬المللي مورد بررسي قرار گرفته است. در فصل بعد، با توجه به اينكه آنتن مورد نظر از خانواده آنتن¬هاي بازتابنده است، لذا اصول كلي طراحي آنتن¬هاي بازتابنده آورده شده است تا با ساختار كلي اين خانواده از آنتن¬ها و روابط حاكم بر آنها آشنا شويم. طراحي، تحليل و شبيه¬سازي¬ها در فصل چهارم بيان شده است. نوآوري¬هاي اين پايان¬نامه و نتايج آن در اين فصل بطور كامل ارائه شده است. در فصل آخر نيز نتيجه¬گيري و پيشنهادات مطرح گرديده است. واژه‌هاي كليدي: رادار، آنتن بازتابنده، پلاريزاسيون، ميدان الكتريكي، موج ميليمتري.

1395/10/15

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Helicopters have various applications such as military, relief …. So we need to have a system available to the pilot using its radar can see all obstacles in front of the helicopter. In this dissertation analysis, design an​d simulation of the radar antenna is done. The system should be sweep a sector in front of the helicopter in a very short time an​d if there are obstacles, reports it to the pilot. The radar antenna should have the ability to provide optimum performance. So using a purely mathematical analysis was conducted on the antenna structure, relationships emerged for the first time that without using these relationships, in practice, take advantage of this antenna is not possible. The extracted mathematical equations are the relationship between the mechanical rotation angle of the antenna an​d beam rotation angle an​d rotation of the wave polarization in scanning mode. By extracting these relationships became clear that on the contrary, the relationship between the rotation angle of the antenna beam an​d the mechanical rotation angle of the antenna are a nonlinear relationship. Comparison of the relationship an​d the simulation results show that they confirm each other. Keywords: Radar, Reflector Antenna, Polarization, Electrical Field, Millimeter Wave.