طراحی آنتن های لنز و تشکیل شبکه های پرتویی

این پژوهش به منظور طراحی و شبیه سازی و به دست آوردن مراحل ساخت آنتن های لنز روتمن (لنز مایکروویوی) در ایران می باشد تا با استفاده از خواص این آنتن ها، که کاربردهای بسیار بسیار وسیع و حساسی در پدافندهای دفاعی و ارتباطات تجاری دارند، بتوان صنعت دفاعی و ارتباطی کشور را هرچه بیشتر به سمت مستقل شدن پیش برد و از این طریق قسمتی از نیاز کشور در این حوزه برطرف گردد. آنتن های لنز کاربردهای بسیار فراوانی در صنعت دفاعی و تجاری و همچنین تست آنتن های دیگر دارند. این آنتن ها به صورت مستقل و غیر مستقل در انواع رادارهای جست و جو گر و سیستم های شبکه شکل دهی پرتو، که به طور بسیار وسیعی هم به صورت دفاعی و هم تجاری مورد استفاده قرار می گیرند، استفاده می شوند. لنزهای مختلفی، با توجه به کاربردهای مختلف، طراحی شده اند و طراحی می شوند و حوزه مایکروویو و اپتیک همچنان شاهد نو آوری های فراوانی در این زمینه می باشد. انواع مختلف آنتن های لنز، می توانند هم به صورت مجزا و هم باهم مورد استفاده قرار گرفته تا نیازهای یک سیستم ارتباطی یا نظامی یا اندازه گیری را برطرف سازند. بسیاری از چالش های موجود در این زمینه در خارج از ایران رفع شده است ولی همچنان چالش های زیادی در این زمینه وجود دارد که باب جست و جو و پژوهش را در این زمینه باز نگاه داشته است. همچنین این چالش ها در ایران، چه در زمینه طراحی و چه در زمینه ساخت، بسیار زیاد می باشد که باید هرچه بیشتر و بهتر در این زمینه وارد شده تا مشکلات و چالش ها کمتر گشته و نیاز کشور در این حوزه جهت معقول تری به خود گیرد. آنتن های لنز روتمن به دلیل خصوصیات منحصر به فرد خود به صورت گسترده به عنوان تغذیه آنتن های آرایه فازی استفاده می شوند. این لنز معمولا با سه پورت کانونی طراحی می شود. یکی از اصلی ترین مشکلات این روش خطای فاز می باشد مخصوصا برای لنزهای با دهانه بزرگ. تلاش های زیادی برای کاهش این خطا صورت گرفته است. اخیرا لنز روتمن غیرکانونی ارائه شده است که خطای فاز را به طور محسوسی کاهش می دهد. اما مشکل این روش، جایگاه نامناسب پورت های ورودی و خروجی می باشد. این پورت ها فقط برای کاهش خطای فاز بهینه شده اند اما برای پیاده سازی و ساخت مناسب نیستند زیرا مشکلات تطبیق و تزویج ایجاد می کنند. در این پایان نامه روش جدیدی برای طراحی لنز روتمن ارائه شده است که این لنز سه کانونی را تبدیل به غیرکانونی نموده، خطای فاز را به خوبی کاهش داده و قابلیت پیاده سازی را نیز دارا می باشد. با استفاده از آنتن های لنز روتمن، می توان شبکه های پرتویی را به صورت همزمان تولید کرد که این شبکه های پرتویی، کاربردهای بسیار بسیار وسیعی هم در حوزه دفاعی و هم در صنعت ارتباطی دارند. توسط این پرتوها، می توان در صنعت دفاع، رادارهایی با توانایی جست و جوی الکترونیکی هم به صورت افقی و هم به صورت عمودی در بازه ی پهنی از محیط به وجود آورد. همچنین در صنعت ارتباطات و تجارت، می توان با استفاده از تشکیل شبکه های پرتویی، در هر زمان که نیاز باشد، پرتوهای تولیدی را در راستای دلخواه تغییر داده تا بتوان بیشترین بازدهی را از شبکه های ارتباطی دریافت کرد. کاربردهای مختلف این نوع سیستم ها در بخش های مربوطه شرح داده شده است. در فصل اول این پایان نامه، منابع علمی موجود از سال 1960 تا سال 2012 به طور مختصر مورد بررسی قرار گرفته و توضیحاتی داده شده است. در فصل دوم در مورد انواع شبکه های شکل دهی پرتو، معایب و مزایای آن ها به طور مختصر توضیح داده شده و در ادامه لنز روتمن به عنوان سیستمی جهت شکل دهی پرتو بررسی شده است. فصل سوم این پایان نامه به طراحی انواع لنز روتمن و روش جدید ارائه شده برای کاهش خطای فاز لنزهای روتمن به همراه الگوریتم طراحی به صورت کامل شرح داده شده، چالش های موجود در طراحی لنز روتمن مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته و مراحل طراحی قدم به قدم کامل شده است و در هر مرحله نکات کلیدی جهت بهبود عملکرد لنز ذکر شده است. در فصل چهارم نحوه شبیه سازی آنتن های لنز روتمن به عنوان سیستم برای شکل دهی شبکه های پرتویی مورد بررسی قرار گرفته و روش دقیق شبیه سازی و تحلیل این لنز با استفاده از شبیه ساز تمام موج توضیح داده شده است. در فصل آخر، دو لنز روتمن در فرکانس های 16 و 10 گیگاهرتز با روش جدید ارائه شده طراحی شده، شبیه سازی گردیده و یکی از آن ها ساخته شده است. مراحل ساخت لنز مورد نظر به طور کامل مرحله به مرحله توضیح داده شده است. سپس نتایج شبیه سازی و ساخت به طور کامل و با جزئیات کامل، مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته و عملکرد آن ها نسبت به مقالات مختلف مقایسه شده است و این نتیجه حاصل شده که روش ارائه شده به خوبی خطای فاز را کاهش داده وقابلیت پیاده سازی و ساخت را دارا می باشد. لذا برای کاهش خطای فاز لنزهایی با دهانه بزرگ و تعداد پورت های ورودی و خروجی زیاد، می توان از روش ارائه شده به خوبی استفاده نمود.