تحقیق مقاله آنتن

چکیده:

آنتن وسیله‌ای است ، که در رادیو و تلویزیون مورد استفاده قرار می‌گیرد، کار آنتن گیرنده گرفتن امواجی است، که از دستگاه فرستنده منتشر گشته و بعد از پیمودن راه درازی ضعیف شده است. آنتن این امواج ضعیف را می‌گیرد و به آمپلی‌فایر دستگاه می‌سپارد، تا دوباره قوی شوند و بصورت صدا و تصویر در آیند.

آنتن، بخشی از هر سامانه فرستنده یا گیرنده الکترونیکی است. آنتن عبارت است از بخشی از یک سامانه رادیویی که یک سیگنال رادیویی را قادر به ارسال به محیط اطراف یا دریافت از محیط می‌کند. به‌عبارت دیگر، آنتن را می‌توان رابط بین سامانه الکترونیکی و فضای بیرون دانست. یک آنتن فرستنده، جریان‌های الکتریکی را به سطوح لایه‌ای رسانا القا می‌کند که در نتیجه امواج الکترومغناطیسی تولید شده و در فضا پخش می‌شوند. همین امواج الکترومغناطیسی بر روی سطوح مشخصی از آنتن‌های گیرنده، جریان‌های الکتریکی را القا می‌کنند

آنتن جزء لاینفک سامانه کلیه ماهواره‌ های فعال، کاوشگرها، فضاپیماها و ایستگاه‌های زمینی ارسال و دریافت داده و کنترل فضایی است.

آنتن‌ های فضایی را می‌توان به جهات گوناگون دسته‌بندی کرد. یکی از عمومی‌ترین دسته‌بندی‌ها در این حوزه، تقسیم آنتن‌ها به دو دسته فضایی (آنتن‌های مستقر در فضا) و زمینی (آنتن‌های مستقر در ایستگاه‌های زمینی) است. باید توجه داشت آنتن یک گیرنده جیبی جی‌پی‌اس هم می‌تواند یک آنتن زمینی باشد. آنتن‌های بشقابی تلویزیون‌های ماهواره‌ای هم نوعی آنتن زمینی هستند. آنتن‌های بشقابی عظیم چندین متری نیز که با فضا در ارتباطند، از همین رده به حساب می‌آیند. هر دو دسته آنتن‌های زمینی و فضایی از اصول و مبانی یکسانی برخوردار هستند. تنها تفاوت اساسی آنها در نوع سازه و شرایط محیطی متفاوت‌شان است. آنتن‌هایی که در محیط فضا به‌کار گرفته می‌شوند، باید به لحاظ سازه‌ای تحمل شرایط فضا (اختلاف دما، برخورد انواع ذرات، بارهای دینامیکی و ...) را داشته باشند. همچنین آنتن‌های فضایی حتماً باید به صورت تاشو و حتی‌الامکان با کمترین وزن و حجم ممکن طراحی شوند تا مشکلات مربوط به پرتاب و هزینه، در آنها به حداقل برسد. عوامل مربوط به طراحی آنتن معمولاً بیشترین تاثیر را بر روی جرم ماهواره و در نتیجه، هزینه پرتاب دارند

تاریخچه

دوازده دسامبر سال 1901 میلادی بود که "مارکنی" در یک اتاق اجاره‌ای دستگاه فرستنده‌ای کار گذاشته بود، که از ساعت 15 تا 18 هر روز علایم رادیویی می‌فرستاد. این پیام فقط "اس" بود، که به دنبال هم از دستگاه فرستنده بصورت امواج الکترومغناطیسی صادر می‌شد. وی تواسته بود، این امواج را از روی دریای مانش عبور دهد و این کار او با موفقیت همراه بود.

لغت ماهواره

لغت ماهواره طبق تعریف , به سفینه ای گفته می شود که درمداری به دوریک سیاره معمولا زمین  درحال گردش باشد. در عصری که ما در آن زندگی می کنیم , ماهواره وتکنولوژی وابسته به آن  آنچنان درتاروپود جوامع بشری نفوذکرده وبه پیش می تازدکه نقش تعیین کننده آن درسیرتحولات  تمدن بشری ,قابل توجه است .بخشی ازتحقیقات وپژوهشهای علمی -تخصصی که درآزمایشگاههای  مسقتر در فضا انجام می شود , هرگز نمی توانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد. این تحقیقات که بسیارمتعدد ومتنوع است ,درتخصصهای پزشکی , داروسازی , مهندسی مواد, مهندسی  ژنتیک ودهها مورددیگر, تا به حال دستاوردهای بسیار ارزنده ای را به جوامع بشری عرضه کرده  است .ماهواره ها که در فضا درحال گردشند, می توانند اطلاعات باارزشی در اختیارانسان قرار  دهند که منجربه تحولات شگرفی در زمینه های گوناگون شود. ماهواره های کشف منابع زمینی  هواشناسی , مخابراتی , پژوهشی ونظامی ازاین نوعند. این ماهواره هابسیاری ازناشناخته های  جهان آفرینش را آشکار ساخته اند و تسهیلات گوناگونی نصیب جوامع بشری کرده اند. در دنیای  پرتحول وپرتحرک امروز, انسان کنجکاووجستجوگرهمواره درپی یافتن پاسخ به نیازهای خوداست  واگر نتواند خواسته های خودرادرروی زمین بیابد, آنها رادرقعر دریاها, اقیانوسها یا درفضای بیکران جستجو خواهدکرد.این تلاش پیوسته وپیگیراین نویدرا به ما می دهد که درآینده , بسیاری از رازهای نهفته دیگرآشکار و درمسیر رشد وتکامل نوع بشر به کارگرفته می شوند. امیداست که  دسترسی به این آیات الهی که ذره ای درمقابل بینهاین است ,انسان رابه عظمت وشکوه خالق این شگفتیها آگاه سازد واورادرارتقای جلوه عبودیت خویش راهنما باشد

نحوه اختراع اولین آنتن

مارکنی وقتی می‌خواست علایم رادیویی را از فراز اقیانوس اطلس بگذراند با ناکامی روبرو شد. زیرا دستگاه گیرنده او این علایم را دریافت نکرد. وی در این موقع فقط بیست و پنج سال داشت. وقتی در حضور تماشاگران زیادی آزمایش خود را بی نتیجه دید، بدون اینکه خودش را ببازد، یک بادبادک درست کرد. یک سیم نازک به آن متصل ساخت و بادبادک را به هوا فرستاد، در حالی که انتهای پایینی این سیم به دستگاه گیرنده وصل بود.

اره مخابراتی نوعی ماهواره است که برای مخابره تصویر و پیام و داده‌ها بکار می‌رود.

ماهواره مخابراتی معمولاً در مدار ژئوسنکرون زمین و در بالای خط استوا و هماهنگ با سرعت زمین و با زاویه‌ای ثابت، حرکت می‌کند، و قسمت مشخصی از سطح زمین را بطور ثابت پوشش می‌دهد. چنین ماهواره‌ای از یک ایستگاه زمینی نیز بصورت یک نقطه ثابت، قابل رویت است. ماه، خورشید، و دیگر ستارگان و سیارات منظومه شمسی باعث تأثیرگذاری بروی ماهواره در مدار خود می‌شود که احتمال جابخایی از مکان خود را دارد. برای جلوگیری از این مشکل، موتورهای مخصوصی که به‌وسیله ایستگاه‌های زمینی کنترل می‌شوند، ماهواره‌ها را در مکان خود ثابت نگه‌می‌دارند.

جهت برقراری ارتباط از یک ایستگاه زمینی، معمولاً احتیاج به یک دیش بزرگ که بنام Uplink Antenna معروف است، می‌باشد و باعث تمرکز اطلاعات ارسالی به ماهواره می‌شود. در ارتباط بین ماهواره و ایستگاه زمینی معمولاً از دو نوع موج و فرکانس متفاوت استفاده می‌شود.یکی برای Uplink و دیگری برای Downlink. دیش نصب شده بروی ماهواره، سیگنال ارسالی ازایستگاه زمینی را دریافت کرده و به یک دستگاه گیرنده می‌رساند و پس از یک سری پردازش، به فرستنده ماهواره انتقال می‌دهد و از طریق آنتن فرستنده ماهواره، مجدداً به سمت زمین باز تابش داده می‌شود.

سیگنال ارسالی به سطح زمین، به‌وسیله دیش‌های معمولی، دریافت و جمع آوری شده و به دستگاه گیرنده ماهواره، از طریق LNB انتقال پیدا می‌کند.

قدرت سیگنال دریافتی بر روی زمین، نسبت به فاصله و زاویه و.... ماهواره و نقطه گیرندگی، متفاوت بوده و بصورت یک الگوی خاص به نام سایه ماهواره یا footprint معرفی می‌شود.

همیشه قدرت سیگنال ماهواره در مرکز سایه، بیشترین مقدار را دارا می‌باشد و در گوشه‌ها، از کمترین مقدار، برخوردار است. توجه به این نکته لازم است که دریافت سیگنال در خارج است سایه، احتیاج به دیش‌های بزرگ تر، دارد. امواج سانتی متری، جهت ارسال سیگنال ماهواره به زمین، مورد استفاده قرار می‌گیرد که محدوده فرکانسی آنها بین ۳-۳۰ MHz می‌باشد.

دلیل اصلی استفاده از این امواج رادیویی کوتاه، انتشار راحت امواج و تأثیرات کم نویز و مزاحمت‌های فرکانسی است. البته فرکانسهای بالاتر از ۱۵ Ghz، بصورت وحشتناکی به‌وسیله اکسیژن هواوبخار آب تضعیف می‌گردند. ماهواره‌ها سیگنالهای ارسالی خود را بصورت قطبی و با دو حالت افقی و عمودی ارسال می‌کنندو گاهی اوقات نیز بصورت دورانی، چپ گرد و راست گرد. در سیستم‌های دیجیتال، امکان ارسال DATA و چندین شبکه تلویزیونی و رادیویی بروی یک فرکانس وجود دارد.

اجزای سیستم ماهواره‌ای مخابرات

سیستم ماهواره‌ای مخابرات مجموعه‌ای است از ایستگاههای فضایی و ایستگاههای زمینی به منظور ایجاد ارتباطات رادیویی. بخشی از این سیستم ماهواره‌ای می‌تواند تنها از یک ماهواره و ایستگاه‌های زمینی مربوطه تشکیل می‌شود. این مجموعه، یک (شبکه ماهواره‌ای) نامیده می‌شود.

موج بر ها و ارتباطات ماهواره ای

موجبرها در فرکانس های بسیار بالا به جای سیم های هدایت کننده به کار می روند . بطور کلی هر هادی           (به عنوان مثال یک سیم آنتن )را می توان مانند یک موجبرتصور کرد . شکل ظاهری بیشتر موجبرها  به صورت جعبه هایی مععبی با استوانه ای ساخته شده است که هر دو مدل فوق فلزی و توخالی هستند موجبرها مانند دودکش ساختمان عمل می کنند که وظیفه هدایت دود را به بیرون از ساختمان  را بر عهده دارند . در امواج رادویی این اجسام کار هدایت انرژی  رادویی را در سیستم های ارتباطی همچون ماکروویو، رادار ، ماهواره از سوی آنتن ها به تقویت کننده و بر عکس  را بر عهده داشته و بعضاً به این نوع  موجبرها « نی» نیز گفته می شود.

مقاصد کوتاه توسط سیم ها کاری بسیار دشوار خواهد شد . در این هنگام استفاده از هدایت کننده های توخالی برای هدایت امواج  رادویی با طول موج های خیلی کوتاه (فرکانس های بالا) از مقصدی به مقصد کوتاه دیگر بسیار مفید و سهل می شود .( شکل 1-1)  دو نمونه از موجبرهای توخالی را نشان می دهد این بخش روش هدایت انرژی موج رادویی را در طول موجبرها و همین طور نحوه محاسبه  ابعاد موجبرها را از طریق فرکانس هایی را که از طول  موج ها روی این فرکانس هاهماهنگ گردیده اند نشان می دهد.