خطوط انتقال، آنتن و انتشار امواج

خطوط انتقال، آنتن و انتشار امواج

اسلاید 1: به نام خدافصل دوم خطوط انتقال ، آنتن و انتشار امواجمقدمهدر اکثر ساختمان ها آنتن وجود دارد. این آنتن توسط سیمی به تلویزیون وصل می شود. این سیم با سیم معمولی فرق دارد. روی تلویزیون و گیرنده های رادیویی آنتن میله ای وجود دارد. آنتن نقش مهمی در ارسال و دریافت امواج دارد.

اسلاید 2: خطوط انتقال و انواع آنبرای ارسال اطلاعات از آنتن به گیرنده یا از فرستنده به آنتن از خطوط انتقال استفاده می شود.انواع خطوط انتقال Transmission Linesالف- خطوط انتقال دو سیمهب- خطوط انتقال هم محور(کواکسیال)ج- موج برد- فیبر نوریخطوط انتقال دو سیمه Parallel wire (balanced line)خطوط انتقال دو سیمه از دو سیم موازی درست شده که بین آنها هوا یا دی الکتریک قرار دارد.

اسلاید 3: خطوط انتقال هم محور coaxialخطوط انتقال هم محور را کابل کواکسیال یا خطوط انتقال تامتعادل گویند. unbalanced lineاز این کابل در تلوزیون های سیاه و سفید و رنگی به عنوان سیم آنتن استفاده می کنند.اجزای عبارتند از الف- هادی داخلیب- هادی خارجی به صورت سیم بافته shieldج- عایق بین هادی داخلی و خارجید- پوشش خارجی

اسلاید 4: مدار معادل خط انتقالمدار معادل خط انتقال بر مبنای واحد طول سنجیده می شود. این خط از مجموعه L و R های سری و C و G های موازی درست شده است.مدار معادل خط انتقال ایده آل در فرکانس های با اگر XL>R و XC<1/G باشد خط انتقال بدون افت می باشد.

اسلاید 5: امپدانس مشخصه خط انتقالهر خط انتقال در فرکانس کار خود از خود مقاومتی نشان می دهد که امپدانس مشخصه خط انتقال گویند. این امپدانس در طول خط ثابت است و مقدار تقریبی آن در خط انتقال ایده آل برابر است با L اندوکتانس سری در واحد طول C ظرفیت خازن در واحد طول Z0 امپدانس مشخصه خط انتقال در عمل از خطوط انتقال دو سیمه و کابل کواکسیال استفاده می شود.امپدانس مشخصه خط انتقال دو سیمه 300و کابل کواکسیال 75 اهم می باشد.

اسلاید 6:

اسلاید 7: فیبر نوری Opticale fibreلیزر در سال 1960 اختراع شد و سپس فیبر نوری در سال 1970 به وجود آمد و کاربرد وسیعی در علم فتونیک پیدا کرد. Photonic امروزه از کابل نوری برای انتقال داده ها و اطلاعات در مخابرات استفاده می شود.اساس فیبر نوریبه طور کلی سیستم فیبر نوری دارای یک فرستنده و یک گیرنده و محیط انتقال که فیبر نوری است درست شده است. فرستنده یک چشمه نور مانند LED یا دیود لیزر می باشد و گیرنده یک دیود آشکار ساز می باشد.

اسلاید 8: مزایای استفاده از فیبر نوری1- تلفات کم2- پهنای باند وسیع اطلاعات3- قابلیت انعطاف در برابر خمش و پیچش4- داشتن سطح مقطع کوچک و سبک5-دریافت نکردن آثار القایی6-مصونیت در برابر استراق سمع7- ارزانی ، فراوانی و طول عمر زیادامروزه تمام فیبر نوری مورد استفاده در مخابرات از شیشه یا پلاستیک درست می شود.

اسلاید 9: ساختمان فیبر نوری ساختمان فیبر نوری مانند شکل زیر است. فیبر نوری از یک قسمت اصلی به نام مغزی و غلاف (عایق) و یک پوشش داخلی و یک پوشش خارجی درست شده است.

اسلاید 10: بررسی میدان های الکتریکی و مغناطیسی در آنتنابتدا آنتن را تعریف می کنیم.آنتن: وسیله ای است برای دریافت و انتشار امواج الکترو مغناطیسی به کار می رود.آنتن در حالت گیرنده و فرستنده شبیه به هم می باشد و از قضیه هم پاسخی تبعیت می کند.قضیه هم پاسخی:Reciprocityاگر به ورودی یک مدار منبع ولتاژ V وصل شود، وجریان I ایجاد شود. حال در خروجی منبع جریان I وصل شود در ورودی ولتاژ V ایجاد می شود.میدان الکتریکی یک آنتنفرستنده رادیوی را به صورت یک منبع ولتاژ Vi و آنتن را به صورت دو هادی موازی که به آنها وصل است در نظر می گیریم.

اسلاید 11: اگر فاصله دو انتهای میله به تدریج باز شود میدان الکتریکی به سمت خارج خمیده می شود.

اسلاید 12: میدان مغناطیسی در آنتناگر از یک سیم جریان عبور کند در اطراف آن میدان مغناطیسی به وجود می آید. جهت خطوط میدان توسط دست راست بدست می آید.

اسلاید 13:

اسلاید 14: آنتن دوقطبی یا آنتن دیپل Dipole Antennaاگر طول موج فرکانس ایستگاه λ باشد و طول هریک از میله های آنتن λ/4 باشد طول آنتن λ/2 می باشد. به این نوع آنتن آنتن دو قطبی نیم موج گویند. نحوه توزیع ولتاژ و جریان و بارالکتریکی آنتن دو قطبی به صورت زیر است. منحنی ولتاژ و جریان 90 اختلاف فاز دارند

اسلاید 15: مشخصه های مهم آنتن هر آنتن دارای مشخصه های مهم می باشد که عبارتند از:1- مقاومت تابشی آنتن2- توان تابشی آنتن3- بهره آنتن4- امپدانس آنتن

اسلاید 16: مقاومت تابشی آنتن Antenna Radiation Resistanceآنتن در فرکانس کار خود به صورت یک مقاومت ظاهرمی شود که به آن مقاومت تابشی گویند.توان تابشی آنتن Antenna Radiation Powerاگر جریان عبوری از آنتن I باشد و مقاومت تابشی آن Rr باشد توان تابشی آنتن از رابطه زیر بدست می آید. P=RrI2بهره آنتن Antenna gainیکی از پارامترهای مهم در آنتن بهره آنتن می باشد. یک آنتن ممکن است مقدار زیادی از توان تابشی خود را در یک جهت به خصوص بفرستد. این حالت را سمت گرایی آنتن گویند.بهره آنتن در جهت بخصوص را بهره جهتی آنتن گویند.آنتن مرجع آنتنی است که به صورت یک منبع تابشی تمام توان خود را در تمام جهات به طور یکنواخت می تاباند. به عبارت دیگر پرتو تششعی آن کروی است

اسلاید 17: امپدانس آنتنهمانطوریکه که قبلا“ گفته شد در یک آنتن دو قطبی جریان در محل اتصال حد اکثر و در دو انتهای آن کمترین مقدار است. در حالیکه ولتاژ آن برعکس می باشد. مقدار امپدانس در وسط برابر 75 اهم و در دو انتها 2500 اهم می باشد.انواع آنتنالف- آنتن مارکنیب- آنتن دیپل نیم موج خمیدهج- آنتن با میله فریتد- آنتن یاگیه- آنتن بشقابیو- آنتن سهموی

اسلاید 18: آنتن مارکنی Marconi Antennaآنتن مارکنی یک آنتن یک قطبی با طول /4 λ است که به طور عمودی برروی زمین نصب می شود.زمین انرژی تابیده شده به خود را منعکس می کند. در اثر بازتاب امواج از روی زمین تصویر آنتن /4 λ در زمین ظاهر می شود. که می توان آن را یک آنتن فرضی در نظر گرفت که قرینه آنتن اصلی است. به این آنتن سایه آنتن اصلی گویند.

اسلاید 19: آنتن دیپل نیم موج خمیده آنتن دیپل خمیده یا تا شو از یک میله به طول λ تشکیل شده که پس از خمیده شدن طول آن λ/2 می شود. در وسط این آنتن یک بریدگی کوچک وجود دارد و امپدانس این آنتن در حدود 300 اهم می باشد.آنتن با میله فریتآنتن با میله فریت در اکثر گیرنده های رادیویی MW و SW استفاده می شود. فریت ماده ای است که قابلیت نفوذ مغناطیسی آن زیاد است.

اسلاید 20: آنتن یاگی Yagi Antennaاین آنتن اولین بار توسط یاگی و اودا ساخته شد. در این آنتن میله خمیده شده به نام دیپل تا شو وجود دارد همچنین در پشت آن میله های بزرگ تر به نام رفلکتور یا منعکس کننده وجود دارد که طول آنها بزرگ تر است. در جلوی آن میله های به نام دایرکتور وجود دارد که طول آنها کوچکتر است. این آنتن برای دریافت امواج UHF و VHF به کار می رود. در ضمن باید یاد آوری کرد که طول میله ها و فاصله میله ها مشخص است.

اسلاید 21:

اسلاید 22: آنتن بشقابی Dish Antennasآنتن های گیرنده و فرستنده که در طیف فرکانسی میکرو ویو(1 تا 100گیگا هرتز) به کار می روند آنتن های جهت دار هستند.

اسلاید 23: علت های استفاده و اهمیت آنتن بشقابی الف- گیرنده دقیقا“ در جهت فرستنده باید باشد.ب- گیرنده های این باند نسبت به دیگر باندها در مقابل نویز حساس می باشند لذا باید سیگنال دریافتی قوی باشد.ج- هر قدر فرکانس افزایش یابد ابعاد مدار کوچکتر است لذا توان الکتریکی دستگاه کم تر می شود.د- از امواج میکرو ویو برای انتقال و دریافت انرژی برای فواصل دور به کار می رود. لذا انرژی دریافتی خیلی ضعیف می باشد. پس آنتن باید بهره زیاد داشته باشد.ه- به علت کاربرد وسیع زیاد باند میکروویو مانند رادار و غیره سمت یابی و اندازه گیری نیازاست.

اسلاید 24: آنتن با منعکس کننده های سهمویهرگاه امواج از فواصل دور به داخل یک آنتن سهموی تابیده شوند به صورت موازی به نظر می رسند و در یک نقطه به نام کانون جمع می شوند. برعکس اگر یک منبع تشعشع در کانون سهمی قرار گیرد امواج منتشر شده از آنتن سهموی به صورت موازی خارج می شوند.

اسلاید 25: ساختمان یک آنتن سهموی یا بشقابیهمانطور که در شکل زیر نشان داده شده است برای انتقال انرژی در این آنتن از موج بر استفاده می شود. موج بر یک لوله توخالی است که برای هدایت سیگنال فرکانس بالا به کار می رود.

اسلاید 26: مبدل در آنتن بشقابیپس از دریافت امواج میکروویو در کانون سهمی باید فرکانس آن کم شود تا در تلویزیون و موارد دیگر استفاده شوند. لذا از LNB استفاده می شود. Low Noise BlockLNB LNB شامل LNA و LNC می باشد.LNA :Low Noise Amplifier یعنی تقویت کننده با نویز کمLNC : Low Noise Converter یعنی مبدل فرکانس با نویز کم باید توجه داشت که LNB در کانون دیش قرار می گیرد و امواج دریافتی را تقویت کرده و فرکانس آن را کم می کند.

اسلاید 27:

اسلاید 28: انتشار امواج رادیوییامواج رادیویی از مسیرهای متفاوت فاصله بین فرستنده و گیرنده را طی می کنند.مهم ترین این مسیرها عبارتند الف- امواج زمینی ب- امواج آسمانی ج- امواج فضاییامواج زمینی Ground waveامواج زمینی امواجی هستند که مسیر حرکتشان در سطح زمین می باشند و انحنای زمین را طی می کنند.این امواج را امواج مسطح نیز می نامند. فرکانس آنها کم می باشد لذا مسافت کمی طی می کنند.

اسلاید 29: امواج آسمانی Sky waveانتشار امواج از طریق آسمان به این صورت انجام می گیرد که امواج پس از برخورد به لایه های جو(لایه های یونیزه) مجددا“ به سطح زمین برمی گیرد.لایه های یونیزه از 50 کیلو متری از سطح زمین شروع و تا 400 کیلومتری سطح زمین ادامه می یابد.لایه یونسفر خود به سه لایه تقسیم می شود که D و E و F نام دارد.لایه F خود به لایه های F1 و F2 تقسیم می شود.لایه D در روز وجود ندارد

اسلاید 30: لایه D در ارتفاع 50 تا 90 کیلومتری سطح زمین قرار دارد و هنگام روز وجود دارد.امواج ELF و VLF و قسمتی از امواج LF را منعکس می کند و امواج MF و HF را تضعیف می کند. لایه E در ارتفاع 90 تا 130 کیلومتری سطح زمین قرار دارد.لایه F در ارتفاع 130 کیلومتری سطح زمین شروع می شود. در هنگام روز به دو لایه F1 و F2 تقسیم می شود. لایه F1 در ارتفاع 130 تا 210 کیلومتری قرار دارد.امواج HF در لایه F منعکس می شوند

اسلاید 31: امواج فضایی Space waveامواجی هستند که فاصله بین فرستنده و گیرنده را در ناحیه تروپسفر طی می کنند. به ناحیه ای از اتمسفر گفته می شود که از سطح زمین تا ارتفاع 16 کیلومتری قرار دارد.محدوده فرکانسی امواج رادیویی و نوع انتشار آنهاامواجی که فرکانس آنها بین 30 کیلو تا 300 کیلو هرتز باشند به امواج زمینی معروف می باشند.(LF)

اسلاید 32: امواجی که فرکانس آنها بین 300کیلو تا 3 مگا هرتز باشند دارای مولفه زمینی قوی و آسمانی کم ضعیف می باشند(MF)امواجی که فرکانس آنها بین 3 مگا تا 30 مگا هرتز باشند دارای مولفه زمینی ضعیف و آسمانی قوی می باشند(HF)امواجی که فرکانس آنها بین 30 مگا 3000مگا هرتز باشند دارای مولفه فضایی قوی می باشند.(VHF و UHF)نکته موج متوسط که دارای فرکانس بین 535 کیلو تا 1605 کیلو هرتز می باشد از طریق زمین و آسمان منتقل می شوند و موج FM در محدوده 88 مگا تا 108 مگا هرتز به صورت امواج فضایی منتقل می شوند.

اسلاید 33: پدیده فدینگFADING اگر امواج زمینی و آسمانی که از یک مرکز فرستاده شوند همزمان به گیرنده برسند در صورت هم فاز بودن باعث تقویت و در صورت غیر هم فاز بودن باعث تضعیف می شوند به این پدیده فدینگ می گویند.