پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو

word
119
3 MB
32161
1390
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۵,۴۷۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو

    پایان نامه­ی کارشناسی ارشد در رشته­ی مهندسی برق- مخابرات (میدان)

     

    چکیده

     

    بررسی آثار تزویج در آرایه­ای از آنتن­های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو

     

    همواره آشکار سازی اهدافی که از دید بصری مصون هستند مورد توجه بوده است. برای شناسایی اهداف می­توان از امواج الکترومغناطیس استفاده کرد. اولین قدم برای دریافت امواج، یک آرایه مناسب آنتن است. امواج پس از رسیدن به آنتن باعث شارش جریانی روی سطح آن می­شوند. میزان جریان شارشی تابعی از پارامترهای مختلفی مثل نوع آنتن، سطح مقطع موثر آنتن، محل قرار گرفتن آنتن، دامنه و زاویه ورود جبهه موج و... است.

    کاری که در این پایان نامه انجام شده است محاسبه­ی اندازه و فاز جریان القا شده روی آنتن­های سیمی، در اثر تحریک جبهه­موج الکترومغناطیسی است. برای این منظور بکمک روش عددی مومنت، نرم­افزاری تهیه شده است که جریان ناشی از برخورد جبهه­موج به آنتن را روی سیم­های آنتن محاسبه می­کند. این نرم افزار یکی از جواب­های معادله­ی انتگرال- دیفرانسیلی ماکسول بنام معادله­ی هالن را حل می­کند. بعلاوه در این پایان­نامه، بررسی تاثیر توابع پایه مختلف بر دقت حل مسئله در روش مومنت مورد بررسی قرار گرفته است. در معادله­ی هالن از توابع پالسی، مثلثی و سینوسی بعنوان توابع پایه روش مومنت استفاده شده و دقت و سرعت همگرایی مقایسه شده است. همچنین، نمودارهایی از تاثیر زاویه ورود جبهه­موج بر اندازه و فاز ولتاژ ترمینال آرایه­هایی از آنتن­های مختلف سیمی ارائه شده است. نیز ماتریسی بنام ماتریس کالیبراسیون[1] معرفی شده است تا جبران­سازی تزویج متقابل بین ولتاژ اندازه­گیری شده از ترمینال آنتن­ها را انجام دهد و با استفاده از ولتاژ بدون تزویج بدست آمده، زاویه­ی ورود جبهه­موج با استفاده از الگوریتم میوزیک[2] محاسبه شود. روش ارائه شده برای محاسبه­ی ماتریس کالیبراسیون  و نیز نحوه­ی استفاده از آن در جهت­یابی، بهبود نسبی دقت جهت­یابی در مقایسه با روش­های قبلی را نتیجه می­دهد.

     

    مقدمه

     

     

    پیش از این، برای فهم قابلیت و کارایی آنتن­های طراحی شده باید آن­ها ساخته می­شدند، در نتیجه تحلیل کارایی آنتن­های طراحی شده مستلزم هزینه­های زیادی ­بود و گاهی برای ایجاد کوچکترین تغییر در طراحی و بررسی نتایج آن، باید کل روند ساخت دوباره طی می­شد. با پیشرفت علم و تکنولوژی کامپیوتر، محققین و مهندسین آنتن و انتشار امواج توانستند بکمک روش ­های عددی الکترومغناطیسی مسایل پیچیده را با دقت قابل قبول شبیه سازی و حل نمایند.

    همگام با پیشرفت تکنولوژی و تولید کامپیوتر­های قدرتمندتر، روش­های عددی گسترش داده شده و الگوریتم­های پیچیده­تر و دقیق­تر ارائه گردیده­اند. در این پایان نامه از روشهای عددی الکترومغناطیسی برای حل دقیق یک مسئله عملی در حوزه رادار پسیو استفاده کرده­ایم و کارایی چند تکنیک عددی را مورد بررسی قرار داده­ایم. همچنین نحوه بهبود و یک روش برای حذف آثار مخرب تزویج متقابل در آرایه­های آنتن یاگی-اودا را بررسی کرده­ایم.  

    در این رساله ابتدا توضیح مختصری درباره­ی رادار پسیو داده و نحوه­ی عملکرد آنتن گیرنده در این رادار مورد بررسی قرار گرفته است. پس از آشنایی با توابع گرین و خواص آن­ها و همچنین توابع پایه و وزن؛ روش مومنت و چگونگی استفاده از این روش برای حل معادلات الکترومغناطیس بررسی شده است. سپس آنتن­های سیمی معرفی شده و جریان روی سیم­های این آنتن­ها تحت تاثیر میدان خارجی بدست آمده است. برای این منظور معادله هالن از روش مومنت حل شده است. علاوه بر این روند پیاده­سازی روش مومنت برای حل معادلات مورد نظر و همچنین دغدغه­های موجود در این پیاده سازی نیز عنوان شده است. در آخر نتایج بصورت جدول و نمودار نشان داده شده است.

    در فصل دوم مختصری از رادار دو پایه[1] ، بررسی آنتن­های گیرنده و مشکلاتی که در طراحی آنتن گیرنده وجود دارد بیان می­شود. در فصل سوم برای بدست آوردن جریان القا شده روی سطح آنتن­های سیمی، معادله­ی انتگرالی سیم نازک را از معادلات الکترومغناطیس ماکسول محاسبه و با استفاده از روش مومنت چگونگی حل آن نشان داده می­شود. در فصل چهارم، جریان القا شده روی سیم­های آرایه­ای از چهار دوقطبی، در اثر برخورد یک جبهه موج محاسبه­ می­شود. همچنین در این فصل، تاثیر افزودن مقاومت به ترمینال آنتن دوقطبی[2] و خم کردن آنتن دوقطبی[3] بررسی می­گردد. در فصل پنجم، به تشریح نرم افزاری که برای محاسبه جریان روی سیم­ها و محاسبه ولتاژ روی ترمینال­های آنتن طراحی شده و متد­های که برای انتگرال­گیری و حل دستگاه معادلات به کار رفته، پرداخته می­شود. همچنین طریقه­ی استفاده از نرم افزار و قابلیت­های آن را ذکر می­شود. در فصل ششم، نتایج بدست آمده از پایان نامه به همراه نمودار و جدول نشان داده شده  است.

     

    آشنایی با رادار پسیو

     

     

    2-1- مقدمه­ای از رادار پسیو

     

    تدبیر ساخت رادارهای دوپایه [1] یعنی رادارهایی که روشن کننده[2] ندارند و هدف را به ­وسیله امواجی که از سطح آنها پراش می­شوند آشکارسازی می­کنند، ایده جدیدی نیست. اولین آزمایشات در سال 1935 توسط رابرت واتسون وات [3]در انگلیس صورت پذیرفت. او توانست یک بمب افکن را توسط امواج کوتاه در 12 کیلومتری تشخیص دهد. رادارهای دوپایه به رادارهایی گفته می­شود که گیرنده و فرستنده­ی آن­ها در دو مکان متفاوت قرار دارند. رادارهای اولیه همگی دوپایه بودند، زیرا تکنولوژی به اندازه­ای پیشرفت نکرده بود تا آنتن را قادر سازد که از مود فرستندگی به گیرندگی سوئیچ نماید. تا اینکه شکل موج­های پالسی و سوئیچ­های فرستنده/گیرنده برای کاربردهای راداری طراحی شدند. با گذشت زمان میزان توجه به رادارهای دوپایه همواره در حال تغییر بوده است. ولی امروزه این رادارها بسیار مورد توجه قرار گرفته­اند.

    انواع فرستنده­های استفاده شده در رادارهای دوپایه:

    فرستنده­هایی که بصورت خاص برای استفاده در یک رادار دوپایه طراحی شده­اند.

     

    Abstract

     

    Study of Coupling Effect between an Array of YAGI-UDA Antennas in Passive Radar Application

     

    By

    Raoof Tooghi

     

    In this thesis, the magnitude and phase of the induced current on the elements of an array of wire antennas resulting from excitation by an electromagnetic wave front is calculated. A software, using the method of moments (MOM) which solves Hallen’s integral equation, is developed for this purpose. The effect of different basis functions on the accuracy of the MOM is investigated. Also a method for decoupling antenna elements is devised. For this purpose, the impedance matrix of the array in the receiving mode is calculated through which a calibration matrix is obtained. The calibration matrix is then used to decouple the measured terminal voltages of the array. In addition, an algorithm for DOA estimation, using the pre-calculated calibration matrices is introduced. The algorithm takes advantage of the MUSIC algorithm to calculate the DOA of arriving signals, using the decoupled terminal voltages. The decoupling methods of this thesis are shown to perform more efficiently than the previous methodologies in the related literature.

  • فهرست و منابع پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو

    فهرست:

    فصل اول: مقدمه ......................................................................................................................................... 2

     

    فصل دوم: آشنایی با رادار پسیو

    2-1- مقدمه­ای از رادار پسیو................................................................................................................ 5

    2-2- آنتن­های گیرنده­ی رادار پسیو................................................................................................... 6

    2-3-تزویج متقابل در آرایه آنتن­ها..................................................................................................... 7

    2-3-1-تزویج در مد فرستندگی................................................................................................... 8

    2-3-1-تزویج در مد گیرندگی....................................................................................................... 9

    2-4- محاسبه­ی امپدانس متقابل و ماتریس کالیبراسیون ......................................................... 10

    2-4-1- روش امپدانس متقابل گیرندگی.................................................................................. 10

    2-4-2- محاسبه­ی ماتریس کالیبراسیون.................................................................................. 12

     

    فصل سوم: بدست آوردن جریان روی سطح آنتن­های سیمی

     با استفاده از روش مومنت

    3-1- معادلات انتگرالی ( ).............................................................................................................. 14

    3- 2- توابع گرین................................................................................................................................... 15

    3-2-1-خصوصیات تابع گرین...................................................................................................... 16

    3- 3- توابع پایه و وزن......................................................................................................................... 17

    3- 4- حل عددی معادلات الکترومغناطیس ................................................................................. 20

    3- 5- الگوریتم­های حل عددی معادلات الکترومغناطیس......................................................... 20

    3- 6- استفاده از روش مومنت برای حل مسائل الکترومغناطیس .......................................... 21

    3- 7- سیم­های نازک به عنوان آنتن گیرنده................................................................................. 22

     

    عنوان                                                                                          صفحه

     

    3- 7- 1- محاسبه­ی جریان القا شده روی سیم نازک در اثر

    جبهه موج برخوردی  ................................................................................................................ 25

    3- 7- 2- حل عددی معادله­ی هالن با استفاده از روش مومنت....................................... 27

     

    فصل چهارم: محاسبه­ی جریان القا شده روی آرایه­ای از چهار دایپل

    4- 1- محاسبه­ی جریان القا شده روی 4 دایپل در اثر جبهه­موج برخوردی

     با در نظر گرفتن تزویج متقابل بین آنها.......................................................................................... 30

    4-2- آنتن دوقطبی خم­شده............................................................................................................... 42

    4-3- افزودن بار  به مرکز سیم..................................................................................................... 44

     

    فصل پنجم: خصوصیات نرم­افزار و نحوه­ی تهیه­ی آن

    5-1-پیاده سازی روابط و معادلات نوشته شده­ی فصل چهارم با استفاده

    از زبان برنامه­نویسی  ............................................................................................................... 47

    5-1-1-انتگرال گیری عددی بکمک روش ذوزنقه­ای............................................................ 48

    5-1-2-حل دستگاه معادلات (4-32) و (4-33).................................................................... 49

    5-2-روش کار و قابلیت نرم افزار....................................................................................................... 51

    5-2-1- مشاهده­ی نتایج محاسبات............................................................................................ 54

    5-2-2- سایر امکانات این پنجره ............................................................................................... 55

     

    فصل ششم: نتایج

    6- 1- مقدمه............................................................................................................................................ 58

    6- 2– مقایسه­ی جواب نرم­افزار  با نرم­افزار طراحی شده................................................ 58

    6- 3– محاسبه­ی خطای محاسبات در نتیجه­ی تابع پایه­ی انتخابی

     و تقسیم­بندی سیم انتگرال گیری عددی با استفاده از روش ذوزنقه­ای................................. 64

    6-4- مقایسه­ی جریان محاسبه شده روی سیم­های آنتن یاگی- اودا

     با استفاده از سه نوع تابع پایه............................................................................................................. 65

    6-5- حضور آنتن­ها در آرایه و تاثیر آن بر اندازه و فاز ولتاژ ترمینالشان................................ 68

    6-5-1- چهار فولدد دایپل به فاصله­ی  0.2 از هم............................................................ 69

    6-5-2-  چهار فولدد دایپل به فاصله­ی  0.3 از هم.......................................................... 71

    6-5-3- سه آنتن یاگی- اودا به فاصله­ی  0.2 از هم در حالت عمودی....................... 74

    عنوان                                                                                          صفحه

     

    6-5-4- سه آنتن یاگی- اودا به فاصله­ی  0.5 از هم در حالت افقی............................. 76

    6-5-5- چهار آنتن یاگی- اودا به فاصله­ی  0.2 از هم در حالت عمودی.................... 79

    6-5-6- چهار آنتن یاگی- اودا به فاصله­ی  0.5 از هم در حالت افقی.......................... 81

    6-6- محاسبه­ی زاویه­ی ورود یک جبهه موج به آرایه­ی افقی 4 آنتن یاگی- اودا............... 84

    6-6-1- محاسبه­ی زاویه ورود جبهه­موج................................................................................... 91

    6-6-1-1- استفاده از الگوریتم میوزیک برای تخمین زاویه.......................................... 91

    6-6-1-2- تخمین زاویه بکمک الگوریتم میوزیک و ماتریس­های  و ............... 92

    6-7- نتایج............................................................................................................................................... 100

    6-8- پیشنهادات.................................................................................................................................... 101

     

     

    فهرست منابع و مأخذ............................................................................................................................. 102

     

    منبع

     

     

    C. A. Balanis, Antenna theory: analysis and design/Constantine A. Balanis: J. Wiley, New York, 1982.

    H. S. LUi, H. T. Hui, and M. S. Leong, "A note on the mutual-coupling problems in transmitting and receiving antenna arrays," Antennas and Propagation Magazine, IEEE, vol. 51, pp. 171-176, 2009.

    N. O. S. Matthew and O. Sadiku, "Numerical techniques in electromagnetics," CRC Press, USA, 2001.

    W. C. Gibson, "The Method of Moments in Electromagnetics Chapman & Hall/CRC, 2008," ISBN 978-1-4200-6145-1.

    Y. Wu and Z. Nie, "New mutual coupling compensation method and its application in DOA estimation," Frontiers of Electrical and Electronic Engineering in China, vol. 4, pp. 47-51, 2009.

    H. T. Hui, K. Y. Chan, and E. K. N. Yung, "Compensating for the mutual coupling effect in a normal-mode helical antenna array for adaptive ing," Vehicular Technology, IEEE Transactions on, vol. 52, pp. 743-751, 2003.

    I. Gupta and A. Ksienski, "Effect of mutual coupling on the performance of adaptive arrays," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 31, pp. 785-791, 1983.

    H. Hui and S. Lu, "Receiving mutual impedance between two parallel dipole antennas," in TENCON 2006. 2006 IEEE Region 10 Conference, 2006, pp. 1-4.

    H. T. Hui, "A new definition of mutual impedance for application in dipole receiving antenna arrays," Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, vol. 3, pp. 364-367, 2004.

    R. S. Adve and T. K. Sarkar, "Compensation for the effects of mutual coupling on direct data domain adaptive algorithms," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 48, pp. 86-94, 2000.

    H. T. Hui, "Reducing the mutual coupling effect in adaptive nulling using a re-defined mutual impedance," Microwave and Wireless Components Letters, IEEE, vol. 12, pp. 178-180, 2002.

    B. Friedlander and A. J. Weiss, "Direction finding in the presence of mutual coupling," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 39, pp. 273-284, 1991.

    H. T. Hui, "A practical approach to compensate for the mutual coupling effect in an adaptive dipole array," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 52, pp. 1262-1269, 2004.

    H. T. Hui, "A new definition of mutual impedance for application in dipole receiving antenna arrays," Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, vol. 3, pp. 364-367, 2004.

    H. T. Hui, "A practical approach to compensate for the mutual coupling effect in an adaptive dipole array," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 52, pp. 1262-1269, 2004.

    H. T. Hui, "Improved Compensation for the Mutual Coupling Effect in a Dipole Array for Direction Finding," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 51, pp. 2498-2503, 2003.

    H. T. Hui, "An effective compensation method for the mutual coupling effect in phased arrays for magnetic resonance imaging," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 53, pp. 3576-3583, 2005.

    H. T. Hui, "Decoupling methods for the mutual coupling effect in antenna arrays: a review," Recent Patents on Engineering, vol. 1, pp. 187-193, 2007.

    H. S. Lui and H. Hui, "Improved mutual coupling compensation in compact antenna arrays," Microwaves, Antennas & Propagation, IET, vol. 4, pp. 1506-1516, 2010.

    J. W. Wallace and M. A. Jensen, "Mutual coupling in MIMO wireless systems: A rigorous network theory analysis," Wireless Communications, IEEE Transactions on, vol. 3, pp. 1317-1325, 2004.

    G. Sewell, Computational methods of linear algebra vol. 74: Wiley-Interscience, 2005.

    G. H. Golub and C. F. Van Loan, Matrix computations vol. 3: Johns Hopkins University Press, 1996.

    R. F. Harrington, Field computation by moment methods: Wiley-IEEE Press, 1993.



تحقیق در مورد پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو, مقاله در مورد پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو, پروپوزال در مورد پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو, تز دکترا در مورد پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو, پروژه درباره پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو, گزارش سمینار در مورد پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو, رساله دکترا در مورد پایان نامه بررسی آثار تزویج در آرایه ای از آنتن های سیمی برای کاربرد در رادار پسیو

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس