Skip to main content
SUPERVISOR
Abolghasem Zeidaabadi Nezhad,Mohsen Madahali
ابوالقاسم زیدابادی نژاد (استاد مشاور) محسن مداح علی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hossein Mohamadi
حسین محمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Design and Simulation of Phased Array Antenna with Open-Ended Waveguide Element in X-Band
One of the most widely used antenna in military radar is phased array antenna for tracking targets.with taking beam main away angle of scanning broadside, we encounter with two problem, One is that grating lobes close to the antenna radiation pattern visible region, Second, return loss and side lobe level is degraded in comparison with isolated element due to the mutual coupling between antenna array elements. scanning angle of array antenna is limited by these problems.In this thesis, three Evanescent mode open-ended waveguide antenna is designed by three array elements, 1-post(inside the antenna), 2-dielectric layer(In front of the antenna) and 3-combination post and dielectric layer in X-band. Minimum realized gain of three array element is 4dB and their impedance bandwidth is 8.5%, 16.6% and 30.7% respectively. Back Lobe Level (BLL) of antenna number one is decreased 5.5dB by displacing PEC plane from antenna back. By placing PEC around of antenna aperture, back lobe level is decreased 2.8 dB and -13.3 dB is achieved.This element is arranged by lattice brick and 25dB taylor distribution in circular planar array with radius of 7.5 Cm. different dielectric layer is placed in front of array in order to decreasing return loss of array element.The best result is achieved by Rogers Ro4003 dielectric with 0.406mm thickness and 1mm distance from array aperture. Active reflection coefficient, gain and SLL degradation of array are good until angles in any scan plane. These angles in H,D and E scan plane are , and respectively.number of elements with return loss less than 10dB are only 10% of all array element in scan volume mentioned above. In E and H plane Gain degradation is about 1dB and in D plane is about 2dB. SLL increase of phase array antenna in E and H plane is about 3.5dB and final values are -20.2dB and -20.1dB respectively. SLL increase in D plane is about 2.5dB and final value is -22dB. Bandwidth of centeral element of array in scannig plane is higher than 9dB, gain of array is 30.2dB and resolution is . Keywords Phase array antenna, Mutual coupling, Wide angle impedance matching, Evanescent mode open-ended waveguide antenna.
آنتن‌ آرایه فازی یکی از آنتن‌های پرکاربرد در رادارهای نظامی جهت ردگیری اهداف است. مزیت این آنتن‌ قابلیت روبش باریکه اصلی بدون نیاز به جابجایی مکانیکی آنتن است. با فاصله گرفتن باریکه اصلی از زاویه روبش پهلوتاب با دو مشکل روبرو می‌شویم یکی این‌که گلبرگ توری به ناحیه مرئی الگوی تشعشعی آنتن نزدیک می‌شود دوم این‌که به علت جفت شدگی متقابل بین عناصر آرایه آنتن وضعیت افت برگشتی و تراز گلبرگ کناری عناصر آرایه نسبت به حالت تک عنصر جدا در وضعیت نامطلوبی قرار می‌گیرد. این دو چالش زاویه قابل روبش آنتن را با محدودیت روبرو می‌کند. آنتن‌ دهانه باز موجبری با وجود پرحجم بودن، توان قابل تحمل بیشتری نسبت به آنتن‌ میکرواستریپ دارد. در سال‌های گذشته با وارد کردن عناصری هم‌چون میله، روزنه و یا استفاده از لایه عایق روبروی آنتن موجبری تلاش بر حل مشکل اول با کم کردن ابعاد آنتن تکی بوده است که به این نوع آنتن‌، آنتن موجبری مد محو شونده می‌گویند. در این پایان نامه سه آنتن دهانه باز موجبر مد محو شونده با بکارگیری سه عنصر 1-میله (داخل آنتن) 2- لایه عایق(روبروی آنتن) و3- ترکیب میله و لایه عایق در باند X به عنوان عنصر آرایه طراحی شده است که ابعاد هر سه در فرکانس تشدید 4/9 گیگاهرتز، شش درصد از فاصله مجاز شرط جلوگیری از گلبرگ توری در زاویه روبش 45 درجه کم‌تر است که وضعیت مطلوبی جهت حذف گلبرگ توری در الگوی تشعشعی آرایه آنتن است. پهنای باند امپدانسی عنصر آرایه شماره یک ، دو و سه طراحی شده به ترتیب برابر 5/8 %، 6/16 % و 7/30 % با بهره حداقل 4 دسی بل است. تراز گلبرگ پشتی آنتن‌ شماره یک با جابجا کردن محل صفحه هادی الکتریکی کامل در پشت آنتن 5/5 دسی بل کاهش داده شده است. با قرار دادن صفحه هادی الکتریکی کامل در گرداگرد دهنه آنتن، تراز گلبرگ پشتی 8/2 دسی بل دیگر کاهش و به مقدار 3/13- دسی بل رسیده است. این عنصر با شبکه بندی آجری و توزیع تیلور 25 دسی بل در آرایه صفحه‌ای با مرز دایره ای به شعاع 5/7 سانتی متر چیده شده است. جهت غلبه بر مشکل افت برگشتی نا مطلوب عناصر آرایه، لایه‌های عایق مختلف روبروی آرایه قرار داده شده است. سه عامل جنس، ضخامت و فاصله لایه عایق جهت رسیدن به وضعیت مطلوب تغییر داده شده و بهترین نتیجه برای ضریب انعکاس فعال عناصر آرایه با قرار دادن لایه عایق راجرز آر او 4003 با ضخامت 406/0 میلی متر و در فاصله 1 میلی متری از آرایه بدست آمد. پارامترهای ضریب انعکاس فعال عناصر آرایه، تغییرات بهره و تراز گلبرگ کناری آرایه با روبش در صفحات H، D و E به ترتیب تا زاویه 60،35 و35 درجه وضعیت مطلوبی را نشان می‌دهد. تعداد عناصر با وضعیت افت برگشتی فعال بدتر از 10دسی بل تنها 10 درصد تعداد کل عناصر آرایه است که ناچیز و قابل قبول است. کاهش بهره در صفحه E و H در حدود 1 دسی بل و در صفحه D در حدود 2 دسی بل است. ترازگلبرگ کناری آنتن آرایه فازی در صفحه E و H در حدود 5/3 دسی بل افزایش و به ترتیب به مقادیر 2/20- و 1/20- دسی بل می‌رسد. در صفحه D افزایش تراز گلبرگ کناری در حدود 5/2 دسی بل و مقدار نهایی آن برابر 22- دسی بل می‌باشد. پهنای باند عنصر آرایه مرکزی در ناحیه قابل روبش برابر حداقل 9 درصد، بهره آرایه آنتن برابر 2/30 دسی بل و قدرت تفکیک کنندگی آن 10 درجه است. کلمات کلیدی: آنتن آرایه فازی، جفت شدگی متقابل،تطبیق امپدانس زاویه روبش پهن، آنتن دهانه باز موجبر مد محوشونده

ارتقاء امنیت وب با وف بومی