٢

دانشکده مهندسی

برق مخابرات

پایان نامه کارشناسی

آنتن هاي بوقیطراحی )HORN antenna design(

دکتر حبیب اله زلفخانی: استاد راهنما هادي حیدري جز: دانشجو

1391تابستان

٣

: مطالب فهرست

44 طراحی گام به گام - 4 چکیده

45 انواع آنتن هاي هورن :فصل ششم 5 بر آنتن هاي هورنمقدمه :فصل اول

45 نمونه اشکال و مدل خوانی 6 تاریخچه مختصر 46 انواع آنتن هاي هورن از لحاظ کاربرد 7 انواع آنتن هاي هورن از لحاظ هندسی

48 آنتن هاي بوقی استاندارد H 8آنتن هاي بوقی قطاعی صفحه : فصل دوم

48 استانداردگین - 9 میدان آنتن - Ultra high gain 51 - 13 پترن صفحه اصلی - OMT 52 - 17 جهت گیري - 53 لنزي - 18 پهناي تابه - Dual polarization 54 - 19 طراحی گام به گام -

56 مخروطی - E 21هاي بوقی قطاعی صفحه آنتن :فصل سوم

56 پالریزاسیون چرخشی - 22 میدان آنتن - 57 مخروطی راه راه - 23 پترن صفحه اصلی - 60 پهن باند - 25 جهت گیري - 62 کد برنامه نویسی با نرم افزار متلب 27 طراحی گام به گام -

69 نتایج و پیشنهاد ها 29 آنتن هرمی :فصل چهارم

70 منابع و مراجع 30 جهت گیري - 31 طراحی بهینه - 36 طراحی گام به گام - 37 میدان آنتن -

38 روزنه هاي دایروي :فصل پنجم

38 روزنه هاي یکنواخت - 41 روزنه هاي مخروطی -

٤

چکیدهدر ابتدا . در این مقاله سعی شده است تا روش طراحی آنتن هاي هورن البته به روش ساده بیان شود

سپس انواع آنتن ها نام برده شده و در . مختصرا به معرفی آنتن هاي هورن پرداخته می شود فصل اول در هر فصل ابتدا میدان ها با توجه به مشخصات . نوع از آنتن ها پرداخته شده است هر فصل به یک

در انتهاي . فیزیکی محاسبه شده اند و سپس پترن و سایر مشخصات آنتن ها مورد بررسی قرار می گیرد ک ی.هر فصل نیز یک روش گام به گام براي طراحی آنتن بوسیله محاسبه مرحله به مرحله ارائه می شود در . فصل نیز به معرفی انواع آنتن ها کاربردي همراه با مشخصات استاندارد بین المللی آنها پرداخته است

.انتها نیز کدهاي برنامه شبیه سازي شده طراحی آنتن هورن توسط نرم افزار متلب ارائه شده است معرفی شده و سپس محاسبات مربوط به میدان Hدر فصل دوم ابتدا به معرفی آنتن هورن قطاعی

. مختصات مغناطیسی و سپس فرمولهاي مخصوص طراحی و مختصات فیزیکی محاسبه و ارائه می شود و آنتن هاي هرمی طبق روش Eدر فصل سوم و چهارم و پنجم نیز با همین روش براي آنتن هاي قطاعی

.ود باال قدم به قدم محاسبات و طراحی ها ارائه می شدر فصل ششم انواع آنتن ها کاربردي از لحاظ مشخصات استاندارد فیزیکی و مغناطیسی و همچنین موارد

.کاربرد و مزیت آنها بررسی می شود در انتها نیز یک جمع بندي مختصر صورت گرفته است و در ادامه نیز کد هاي برنامه نویسی شده ارائه

. گردیده است .صفحه انتهایی مقاله نیز آمده است منابع و مراجع نیز در

٥

فصل اول

مقدمه اي بر آنتن هاي بوقی

آنتن هاي بوقی گیگا 1بزرگتر از (آنتن هاي بوقی در فرکانس هاي مایکروویو

بوق ها داراي بهره باال ، . کاربرد هاي وسیعی دارند ) هرتزوسیع پایین ، پهناي باند نسبتا )VSWR(نسبت موج ایستایی

.ساخت آنها نیز نسبتا آسان است . و وزن کم هستند

دسی بل 20- 10گین این آنتن ها در ببشتر اوقات در حد .دسی بل هم می رسد 25است که در برخی مواقع به

عملکرد یک آنتن بوقی را می توان مانند یک بلندگو در نظر گرفت که یک تشعشع کننده بوقی صوتی بوده که سمتگرایی را

. براي امواج صوتی ایجاد می کند گذار . بوق الکترومغتاطیسی به صورت یک گذار هموار از مود موجبري به مود فضاي آزاد عمل می کند

چنین رفتار موج رونده به . اهش داده و امواج رونده را تقویت می کند همواره امواج منعکس شده را ک .نسبت موج ایستایی پایین و پهناي باند وسیع می انجامد

پهناي باند .ناي باند وسیع در این آنتن ها می شود هبه عبارت دیگر مقاومت ورودي کم باعث افزایش پ .قرار گیرد 1:20این آنتن ها می تواند در رنج

تغذیه این آنتن ها معموال یک موجبر به شکل زیر می باشد که از یک دو قطبی براي تغذیه موجبر .استفاده می شود

نمونه یک آنتن هورن 1-1شکل

٦

و میدان آنها ها انواع هورن 3- 1یک موجبر و شکل میدان آن شکل 2- 1شکل

تاریخچه مختصر یک پژوهشگر هندي بنام چندرا بوز در آزمایشگاه پیشرفته توسط 1897اولین آنتن بوقی در سال

.میالدي چنین آنتن هاي بوقی توسعه یافته اند 1930از سال . مایکرویو خود ساخته و آزمایش شد

گیگاهرتز 1,43آنتن

تابش کهکشانی آمریکا - 1950

مرکز مخابرات ماهواره اي –فوتی 177آنتن

آندورماین ایاالت متحده – 1960

فوتی هورن 50آنتن

نیوجرسی آمریکا – 1960

نمونه آنتن هاي ساخته شده 4- 1شکل

٧

انواع آنتن هاي بوقی از لحاظ هندسی

انواع آنتن هاي هورن از لحاظ هندسی 5- 1شکل

بنابراین براي . دیواره پهنش بطور افقی باشد ، این بوق را تغذیه می کند هیک موجبر مستطیلی ک .افقی است Hقائم بوده و صفحه Eتحریک مود غالب موجبر ، صفحه

در ساختار بوقی اگر بعد دیواره پهن موجبر انبساط و گسترش یابد ولی : Hآنتن هاي بوقی قطاعی .دیواره باریکش بدون تغییر و ثابت بماند

در ساختار بوقی اگر : Eآنتن هاي بوقی قطاعی بعد دیواره باریک موجبر گسنرش یابد ولی دیواره

.پهنش بدون تغییر و ثابت بماند د موجبر اگر هر دو بع :هرمی بوقی آنتن هاي

.گسترش یابند عالوه بر بوقهاي مستطیلی مورد بحث ، آنتن هاي بوقی مخروطی براي اتصال به موجبرهاي دایروي

براي کاربرد هاي خاص بوقها را با . نیز وجود دارند یه در سیستم آنتن هاي مواد دي الکتریک کنگره دار می کنند و همانند انواع دیگر بوقها به عنوان تغذ

.بازتابنده کاربردهاي بسیار زیادي دارند

آنتن هورن هرمی 6- 1شکل

٧١

:نتایج و پیشنهاد ها

انـواع آنـتن هـاي . در این مقاله تالش شد که به طراحی عمومی آنتن هاي هورن پرداخته شـود بـدین معنـی . و طراحی بهینه براي همه آنها در نظر گرفته شد هورن مورد محاسبه قرار گرفت

علت این امر را هم می توان در دالیـل . که حاالت خاص و طراحی هاي ویژه در نظر گرفته نشد :زیر دانست

اوال ، کال کاربرد آنتن هاي هورن بسیار محدود می باشد و در این میان آنتن هایی که به منظـور . خاص ساخته می شود کاربردش کمتر

باید پژوهش هاي پیچیده اي انجام شود که این امر نیازمنـد یـک ثانیا ، براي کاربرد هاي خاص . گروه تحقیقاتی فعال و منسجم و همچنین نیازمند تجهیزات و آزمایشگاه هاي پیشـرفته اسـت

.نبود تجهیزات و عدم پوشش از طرف عوامل زیربط یکی از دالیل کمبود در این زمینه است اروپـا و زمینه در انحصار چند شرکت بزرگ کـه عمومـا در ثالثا ، قرار گرفتن اطالعات مفید این

دسترسی به آنها براي دانشـجویان و ، آمریکا مستقرند مزید بر علت شده است که در این شرایط .پژوهشگران ایرانی میسر نباشد

امروزه پیشرفت هاي مناسـبی در ایـن عرصـه زمینهاما با توجه به وجود مشکالت زیادي در این ان صورت گرفته است و حتی چندین نوع از انواع پیشـرفته ایـن آنـتن هـا طراحـی و در کشورم

.ساخته شده است که می تواند نقطه امیدي براي همه ما دانشجویان باشد و در پایان پیشنهاد می شود که دانشجویان حوزه مخابرات با عزم جدي در این زمینه وارد شـوند

.ت برداشته و خدمتی بزرگ به جامعه جهانی عرضه دارند تا در پیشرفت علم آنتن ها قدمی مثب

٧٢

: و مراجع منابع

1. Bevilaqua, Peter (2009). "Horn antenna - Intro". Antenna-theory.com website.

Retrieved 2010-11-11.

2. Poole, Ian. "Horn antenna". Radio-Electronics.com website. Adrio Communications Ltd.. Retrieved 2010-11-11.

3. Narayan, C.P. (2007). Antennas And Propagation. Technical Publications. pp. 159.

ISBN 81-8431-176-1.

4. Rodriguez, Vincente (2010). "A brief history of horns". In Compliance Magazine.

Same Page Publishing. Retrieved 2010-11-12.

5. Emerson, D. T. (December 1997). "The work of Jagadis Chandra Bose: 100 years of

MM-wave research". IEEE Transactions on Microwave Theory and Research (IEEE) 45 (12): 2267–2273. Retrieved March 15, 2012. reprinted in Igor Grigorov, Ed.,

Antento, Vol.2, No.3, p.87-96, Belgorod, Russia

6. Olver, A. David (1994). Microwave horns and feeds. USA: IET. pp. 2–4.

7. Graf, Rudolf F. (1999). Modern Dictionary of Electronics. USA: Newnes. pp. 352.

8. Stutzman, Warren L.; Gary A. Thiele (1998). Antenna theory and design. USA: J.

Wiley. pp. 299.

9. Bakshi, K.A.; A.V.Bakshi, U.A.Bakshi (2009). Antennas And Wave Propagation.

Technical Publications. pp. 6,1–6,3.

10. Goldsmith, Paul F. (1998). Quasioptical Systems: Gaussian beam quasioptical

propagation and applications. USA: IEEE Press. pp. 173–174.

11. Meeks, Marion Littleton (1976). Astrophysics, Volume 12 of Methods of

experimental physics, Part 2. USA: Academic Press. pp. 11.

12. Tasuku, Teshirogi; Tsukasa Yoneyama (2001). Modern millimeter-wave

technologies. USA: IOS Press. pp. 87–89.

13. U. S. patent no. 2416675 Horn antenna system, filed November 26, 1941, Alfred C.

Beck, Harold T. Friis on Google Patents

14. Crawford, A.B.; D. C. Hogg, and L. E. Hunt (July 1961). "Project Echo: A Horn-

Reflector Antenna for Space Communication". Bell System Technical Journal (USA: AT&T) 40: 1095–1099. on

٧٣

15. Pattan, Bruno (1993). Satellite systems: principles and technologies. USA: Springer.

pp. 275.

16. "KS-15676 Horn-Reflector Antenna Description" (PDF). Bell System Practices, Issue

3, Section 402-421-100. AT&T Co.. September 1975. Retrieved 2011-12-20.