(علوم مخابرات) رادار آرایه فازی (Phase Array) ساختار ، عملکرد 

نویسنده: افشین رشید 

نکته : به طور خلاصه در رادار آرایه فازی (Phase Array) تعدادی آنتن، سیگنال‌های با فاز متفاوت از یکدیگر تولید می‌کنند که این امر سبب تقویت سیگنال در جهت دلخواه و تضعیف آن در جهت ‌های نامناسب می ‌شود. لذا به کمک این رادار ها می ‌توان بدون نیاز به حرکت دادن مکانیکی جهت لوب اصلی آنتن را تغییر داد.

علاوه بر این با توجه به تعدد آرایه ‌های ارسال، دریافت می ‌توان هر تعداد از آرایه‌ های یک آنتن را برای کار خاصی اختصاص داد. یک رادار معمولی با چرخش فیزیکی پرتوی اصلی خود به صورت 360 درجه و سپس اندازه گیری اینکه چگونه بازتابنده ها - از طریق افزایش و قدرت بازخورد امواج برگشتی  ، مشخصات اهداف را ردیابی می کند. اما آرایه فازی (Phase Array) مرحله ای متفاوت عمل می کنند. آنها با دستکاری الگویی که از آرایه ای متشکل از صدها یا هزاران عنصر تابش گرفته شده ، پرتو اصلی را هدایت می کنند ، تقریباً بلافاصله مکان امواج همپوشان را بجای یک ظرف واقعی حرکت می دهند.

دو گونه‌ی اصلی رادار های آرایه فازی عبارت‌ اند از:

1- غیرفعال: در این نوع رادار ها تغذیه ‌ی کلیه ‌ی آنتن ‌ها توسط یک منبع مولد واحد صورت می‌ گیرد و به کمک شیفت ‌دهند‌ه ای فاز می ‌توان فاز خروجی هر آرایه را تغییر داد. در این نوع آنتن تنها یک پرتو اصلی می ‌توان تولید کرد.
2- فعال: در این نوع رادار ها هر آرایه مولد مستقلی دارد، لذا کنترل بیشتری بر روی آرایه‌ ها وجود داشته و امکان تولید چندین پرتو اصلی وجود دارد. لازم به ذکر است قیمت تمام شده‌ ی این نوع آنتن به علت پیچیدگی‌ های فراوان بیش از نوع غیر فعال است.

همانطور که در ساختار آنتن آرایه فازی امواج تولیدی مولد ابتدا وارد شیفت دهنده شده سپس به تعدادی آرایه ارسال دریافت وارد می‌ شود. با کنترل شیفت دهند‌ی فاز می‌ توان پرتو دلخواه را تولید کرد.

نوشته شده توسط افشین رشید در شنبه بیست و هشتم خرداد ۱۴۰۱

(علوم مخابرات) رادار های مونو استاتیک Monostatic و بی_استاتیک Bistatic (ساختار و عملکرد) 

 نویسنده:   افشین رشید

نکته : رادار های مونواستاتیک Monostatic رادار هایی که فرستنده و گیرنده‌ ی آنها در یک نقطه واقع است را مونواستاتیک می ‌نامیم. در واقع فاصله‌ ی بین گیرنده و فرستنده در این رادار ها بسیار کوچکتر از فاصله نقطه‌ی استقرار رادار نسبت به هدف است لذا فرستنده و گیرنده یک فضای یکسان را پوشش می‌ دهند.

در اغلب موارد فرستنده و گیرنده‌ ی رادار مونواستاتیک در یک سامانه تعبیه شده و از یک آنتن استفاده می ‌کنند. جداسازی دو مُود کاری گیرندگی و فرستندگی در این رادار هایی که از یک آنتن گیرنده فرستنده استفاده می کنند توسط واحدی به نام سلول گیرنده/فرستنده یاT/cellیا داپلکسرDuplexer صورت می‌گیرد. این سلول وظیفه دارد در حالت فرستندگی ورودی گیرنده را بلوکه کند.  در این رادار ها به کمک اندازه‌ گیری زمان رفت و برگشت سیگنال و ضرب آن در سرعت حرکت موج (سرعت نور) فاصله هدف استخراج می‌ شود. همچنین سرعت هدف را می‌ توان به کمک خاصیت شیفت داپلر فرکانس اکو هدف محرک تشخیص داد.

رادار جستجو و نظارت هوایی مونواستاتیک با برد نسبتاً بالا و دو بعدی و همچنین با برد در حدود 300 کیلومتر و سه بعدی و نمونه ای با قابلیت مقابله با جنگ الکترونیک تا 360 کیلومتر و انواعی از رادار های پَسیو است. فرکانس هایی که در دسته وی-اچ-اف VHF قرار می گیرند از قابلیت بالایی در کشف اهداف پنهان کار برخوردارند .گفتنی است رادار‌ هایی که در آن فرستنده و گیرنده یکی هستند مونواستاتیک، آنهایی که فرستنده و گیرنده در دو نقطه متفاوت و فاصله دار هستند بایاستاتیک و مجموعه هایی با چند گیرنده و چند فرستنده جدا از هم مولتی استاتیک گفته می شود.گفتنی است یکی از روش های پنهان کاری رادار استفاده از سطوح زاویه دار یا منحنی در بدنه هواگرد به طوری است که بازتابش امواج به محل فرستنده برنگردد. با استفاده از رادار هایی با فرستنده و گیرنده فاصله دار که در محل های متفاوتی نصب شده اند، بازتاب های حاصله از هواگرد رادار گریز توسط گیرنده ای دیگر دریافت شده و در نتیجه هدف کشف می شود.

بی_ستاتیک Bistatic رادار Radar

رادار بیستاتیک یک سیستم راداری متشکل از یک فرستنده و گیرنده است که با مسافت قابل مقایسه با فاصله مورد انتظار از هم جدا می شوند. برعکس ، یک رادار که در آن فرستنده و گیرنده قرار گرفته اند ، یک رادار تک استاتیک نامیده می شود . به سیستمی که شامل چندین رادار تک استاتیک یا  از یک رادار بای استاتیک با یک منطقه تحت پوشش مشترک باشد ، رادار چند استاتیک گفته می شود . بسیاری از  سامانه های دفاعی از رادار نیمه فعال که نوعی رادار بیستاتیک است استفاده می کنند.بعضی از سیستم های راداری ممکن است آنتن های جداگانه ای برای ارسال و دریافت داشته باشند ، اما اگر زاویه بین فرستنده ، هدف و گیرنده (زاویه بیستاتیک) فراتر از صفر باشد ، آنها هنوز هم به عنوان تک استاتیک یا شبه یکنواخت در نظر گرفته می شوند . به عنوان مثال ، برخی از سیستم های راداری HF با برد بسیار طولانی ممکن است یک فرستنده و گیرنده داشته باشند که برای انزوای الکتریکی با چند ده کیلومتر از هم جدا شده اند ، اما از آنجا که دامنه هدف مورد نظر از 1000-3500 کیلومتر است ، آنها در نظر گرفته نمی شوند واقعاً بیستاتیک است و به عنوان شبه monostatic شناخته می شود.

نوشته شده توسط افشین رشید در جمعه بیستم خرداد ۱۴۰۱

بررسی مزایا و معایب رادیوهای دریایی VHF (علوم مخابرات)

رادیوهای دریایی VHF را برروی بیشتر از همه کشتیها در سراسر جهان پیدا خواهید کرد. از سوپرکانتینربرها تا قایق های ماهیگیری، بدون شک VHF دریایی توانمندترین سامانه ارتباطات دریایی است .استفاده های معمول از محدوده VHF شامل ارتباطات دفاعی و ایمنی، مشاوره های ناوبری دریایی،گزارشهای آب و هوایی پیش بینی شده، تماس با کشتیهای دیگر، اتصال به سیستم تلفن برای تماسهای تلفنی میباشد. با این حال مهمترین جنبه استفاده از VHF این است که تمام VHFهای دریایی برای استفاده از بسامدهای خاص و بدون در نظر گرفتن تولید کننده مطابق شرایط مورد توافق بین المللی طراحی و ساخته شده اند.

این سامانه مخابراتی برای تمام دریانوردان در هرجای دنیا بسامدهای مشترکی فراهم آورده است تا بتوانند به راحتی ارتباط برقرار کنند.درحال حاضر تعداد 3 مجموعه بسامدهای بسامد VHF درحال استفاده در جهان امروز وجود دارد. اکثرVHFها امروزه دارای سوئیچ اختصاصی )ساده ترین راه( و یا یک آیتم منو میباشند، که اجازه میدهد بین این مجموعه کانالها تعویض انجام شود. خوشبختانه بسامدهای اصلی شرایط اضطراری و ایمنی کانالهای (6،13 ،16 ،67 و 70 )در هرسه استاندارد برای ارتباطات، بدون درنظر گرفتن تنظیمات رادیویی سیستم ناوبری استاندارد میباشند. با این وجود، اگر کاربر مخابرات انتظار دارد که به طور مؤثر ارتباط برقرار کند، باید از اینکه کدام بسامد در منطقه مورد استفاده قرار میگیرد، آگاه باشد.رادیوهای دریایی ممکن است به عنوان قطعه اولیه تجهیزات ایمنی در کشتی محسوب شوند. استفاده ازخاصیت تخصیص بسامد مشترک و روش های مناسب ارتباطات دریایی این ایمنی را افزایش میدهد.

رادیوهای دریایی VHF را برروی بیشتر از همه کشتیها در سراسر جهان پیدا خواهید کرد. از سوپر کانتینربرها تا قایق های ماهیگیری، بدون شک VHF دریایی توانمندترین سامانه ارتباطات دریایی است.استفادههای معمول از محدوده VHF شامل ارتباطات دفاعی و ایمنی، مشاوره های ناوبری دریایی،گزارشهای آب و هوایی پیش بینی شده، تماس با کشتیهای دیگر، اتصال به سیستم تلفن برای تماسهای تلفنی میباشد. با این حال مهمترین جنبه استفاده از VHF این است که تمام VHFهای دریایی برای استفاده از بسامدهای خاص و بدون در نظر گرفتن تولید کننده مطابق شرایط مورد توافق بین المللی طراحی و ساخته شده اند. این سامانه مخابراتی برای تمام دریانوردان در هرجای دنیا بسامدهای مشترکی فراهم آورده است تا بتوانند به راحتی ارتباط برقرار کنند.

نوشته شده توسط نویسنده 11 در دوشنبه شانزدهم خرداد ۱۴۰۱

(علومِ مخابرات ) خطوط انتقال و انواع آن (Transmission Lines) و نمودار اسمیت یک منحنی ترسیمی 

 نویسنده:  افشین رشید 

نکته: خطوطی که فرستنده و آنتن را به هم متصل می کند "خطوط انتقال" نامیده می شود و هدف آن حمل توان از نقطه ای به نقطه دیگر در حد مطلوب است.

متقابلا در دریافت کننده ،آنتن عهده دار ردیابی هر سیگنال رادیویی در هوا و هدایت آن به دریافت کننده با حداقل اعوجاج می باشد به طوری که رادیو حداکثـر شانس را برای رمزگشایی سیگنال داشته باشد. پس در سیستم های رادیویی حفظ تمامیت سیگنال چه در فرستنده و چه در دریافت کننده بسیار مهم می باشد که این نقش اساسی را کابل های بازی می کنند.

نکته : خطوط انتقال به دو دسته تقسیم می شوند: "کابل ها" و " موج برها

موجبر ساختاری است که امواجی چون امواج الکترو مغناطیسی و امواج صوتی را هدایت می کند. برای هر نوع موج انواع گوناگونی موجبر وجود دارد.نوع اصلی و معمول آن یک لوله ی فلزی توخالی است که به این منظور به کار می رود. موجبر در شکل هندسی تفاوت دارند که می توانند انرژی را در یک بعد محدود کنند، همچون موجبرهای ورقه ای؛ و نیز می توانند در دو بعد انرژی را محدود کنند همچون موجبرهای تاری یا شیاری . بعلاوه موجبرهای مختلفی برای فرکانس‌های مختلف مورد نیاز است. به عنوان مثال یک فیبر نوری که امواج نوری را هدایت می‌کند، نخواهد توانست ریز موج‌ها را نیز هدایت کند. طبق یک حساب تخمینی؛ پهنای موجبر باید در مرتبه ی اندازه ی طول موج امواج هدایت شده باشد . در طبیعت نیز ساختارهایی وجود دارد که همانند موجبر عمل می کنند .

نمودار اسمیت یک منحنی ترسیمی از توابع نرمالیزه‌ی  مقاومت و راکتانس

نمودار اسمیت یک منحنی ترسیمی از توابع نرمالیزه‌ی  مقاومت و راکتانس  در صفحه‌ی ضریب بازتاب است که مهندسی مخابرات  برای حل راحت‌ تر (بدون استفاده از محاسبات خسته‌ کننده‌ ی اعداد مختلط ) مسائلی مثل  خطوط انتقال و تطبیق امپدانس توسط فیلیپ هگر اسمیت ابداع شده‌ است. یکای امپدانس در دستگاه بین المللی یکا ها اهم می‌باشد که با حرف بزرگ یونانی امگا (Ω) نمایش داده می‌شود. یکای ادمیتانس  نیز در دستگاه بین‌ المللی یکا ها زیمنس یا مهو می‌باشد که با حرف بزرگ لاتین S یا امگای برعکس (℧&) نمایش می‌دهند. امپدانس و ادمیتانس نرمالیزه  و بدون یکا  می‌ باشند. باید قبل از استفاده کردن از امپدانس‌ ها و ادمیتانس‌های واقعی روی نمودار اسمیت نرمالیزه شوند. پس از بدست آوردن جواب از روی نمودار اسمیت آن را دِنرمالیزه می‌کنیم تا امپدانس و ادمیتانس واقعی بدست آید.

نوشته شده توسط افشین رشید در یکشنبه پانزدهم خرداد ۱۴۰۱

بلوک های تشکیل دهنده یا (Block diagram) رادار (تپی) Pulsed Radar 

نویسنده : افشین رشید

نکته : رادار های پالسی Pulsed (تپی) راداری است که ابتدا یک پالس ارسال می‌ کند و سپس منتظر رسیدن اکو اهداف می ‌ماند. این امر مانع از تداخل بین گیرندگی و فرستندگی می‌شود و امکان استفاده از یک آنتن واحد به عنوان گیرنده و فرستنده را فراهم می ‌آورد. با اندازه ‌گیری زمان بین ارسال و دریافت می ‌توان برد هدف را بدست  آورد.

رادار پالسی Pulsed Radar به روشی بسیار ساده کار می کند. امواج الکترومغناطیسی ، مانند امواج رادیویی یا مایکروویو ، توسط یک فرستنده با سرعت نور (2.93 X 10 8 m / s) ارسال می شوند ، از اشیا پرش می کنند و به گیرنده منعکس می شوند. امواج الکترومغناطیسی برخلاف امواج صوتی می توانند انرژی را از طریق خلا منتقل کنند. به همین دلیل از امواج الکترومغناطیسی برای ارتباط با ماهواره ها در فضای عمیق استفاده می شود.یک سیستم راداری اساسی از یک فرستنده ، سوئیچ ، آنتن ، گیرنده و یک صفحه نمایش خروجی تشکیل شده است. همه چیز با فرستنده شروع می شود زیرا یک پالس انرژی بالا را از طریق آنتن ارسال می کند. پس از انتقال کامل سوئیچ کنترل به گیرنده و آنتن آماده دریافت می شود. پس از دریافت سیگنال ، کنترل دوباره به فرستنده باز می گردد. سوئیچینگ بین فرستنده و گیرنده تا 1000 برابر در ثانیه اتفاق می افتد.اطلاعات مفید را می توان از داده های به دست آمده از سیگنال برگشتی محاسبه کرد. سیگنال برای قدرت ، زمان صرف شده برای بازگشت و فرکانس آن تجزیه و تحلیل می شود. از این اطلاعات می توانیم سرعت ، فاصله ، جهت هدف را تعیین کرده و حتی یک تصویر ایجاد کنیم.اگر چه سرعت سیگنال منعکس نشده تغییر می کند ، اما فرکانس بسته به سرعت هدف تغییر می کند. این به عنوان اثر داپلر شناخته می شود. هر چه هدف با سرعت بیشتری حرکت کند ، فرکانس سیگنال برگشتی نیز بالاتر می رود.

Pulse modulator : تعدیل کننده پالس - سیگنال مدولاسیون شده با پالس تولید می کند و به فرستنده اعمال می شود.

Transmitter فرستنده - سیگنال مدولاسیون شده با پالس را که قطاری از پالس های تکراری است ، منتقل می کند.

Duplexer - این یک سوئیچ مایکروویو است که آنتن را به طور متناوب به بخش فرستنده و گیرنده متصل می کند. هنگامی که دوبلکسر آنتن را به فرستنده متصل می کند ، آنتن سیگنال تعدیل شده پالس را انتقال می دهد. هنگامی که دوبلکسر آنتن را به تقویت کننده کم صدا RF متصل می کند ، به همین ترتیب ، سیگنالی که توسط آنتن دریافت می شود به تقویت کننده RF کم سر و صدا داده می شود.

Low Noise RF Amplifier تقویت کننده RF کم سر و صدا - این سیگنال ضعیف RF را که توسط آنتن دریافت می شود ، تقویت می کند. خروجی این آمپلی فایر به میکسر متصل است.

Local Oscillator نوسان ساز محلی - سیگنالی با فرکانس پایدار تولید می کند. خروجی نوسان ساز محلی به میکسر متصل است.

Mixer میکسر - می دانیم که میکسر می تواند مجموع و تفاوت فرکانس های اعمال شده روی آن را تولید کند. از این میان ، تفاوت فرکانس ها از نوع فرکانس متوسط ​​(IF) خواهد بود.

IF Amplifier تقویت کننده IF - تقویت کننده IF سیگنال فرکانس متوسط ​​(IF) را تقویت می کند. آمپلی فایر IF که در شکل نشان داده شده است فقط فرکانس متوسط ​​را می دهد که از میکسر به دست می آید و آن را تقویت می کند. باعث بهبود نسبت سیگنال به نویز در خروجی می شود.

Detector ردیاب - سیگنال را که در خروجی IF Amplifier بدست می آید از بین می برد.

Video Amplifier تقویت کننده تصویری - همانطور که از نامش پیداست ، سیگنال تصویری را که در خروجی ردیاب بدست می آید ، تقویت می کند.

 Display صفحه نمایش - به طور کلی ، سیگنال ویدئویی تقویت شده را بر روی صفحه CRT نمایش می دهد.

نوشته شده توسط افشین رشید در پنجشنبه پنجم خرداد ۱۴۰۱

رادار (تَپی) Pulsed Radar ساختار و عملکرد

نویسنده : افشین رشید 

نکته : راداری که با استفاده از سیگنال پالس برای شناسایی اهداف ثابت کار می کند ، اصطلاح اساسی پالس رادار یا به سادگی ، رادار پالس نامیده می شود . رادار پالس از آنتن منفرد برای انتقال و دریافت سیگنال ها با کمک Duplexer استفاده می کند. 

رادار (تَپی) Pulsed Radar پالس های کوتاه و قدرتمندی ساطع می کند و در دوره خاموش سیگنال های اکو را دریافت می کند. در مقابل رادار موج پیوسته ، فرستنده قبل از پایان اندازه گیری خاموش می شود. این روش با مدولاسیون پالس رادار با پالس های انتقال بسیار کوتاه مشخص می شود (به طور معمول مدت زمان پالس 1 میکرو ثانیه را انتقال می دهد ). بین پالس های انتقال دهنده مکث های پالس بسیار بزرگ وجود دارد که به عنوان زمان دریافت (به طور معمول 1 میلی ثانیه ) شناخته می شود. فاصله اجسام بازتابنده با اندازه گیری زمان اجرا (در یک ثابت رادار) یا با مقایسه تغییرات مشخصه طیف داپلر با مقادیر مربوط به فواصل معین ذخیره شده در یک پایگاه داده (برای رادار در یک سکوی سریع حرکت). رادارهای پالس بیشتر برای مسافت های طولانی طراحی شده اند و قدرت پالس نسبتاً بالایی را منتقل می کنند.وجه تمایز مهم نسبت به روش دیگر رادار ، کنترل زمان لازم کلیه فرایندهای داخل رادار پالس است. لبه جلوی نبض منتقل شده مرجع زمان برای اندازه گیری زمان اجرا است. با انتقال لبه در حال افزایش سیگنال اکو در بالای پالس به پایان می رسد. تأخیرهای سیستماتیک در پردازش سیگنال باید هنگام محاسبه فاصله اصلاح شود. انحرافات تصادفی بر دقت رادار پالس تأثیر می گذارد .

رادار های پالسی Pulsed (تپی) راداری است که ابتدا یک پالس ارسال می‌ کند و سپس منتظر رسیدن اکو اهداف می ‌ماند. این امر مانع از تداخل بین گیرندگی و فرستندگی می‌شود و امکان استفاده از یک آنتن واحد به عنوان گیرنده و فرستنده را فراهم می‌آورد. با اندازه‌گیری زمان بین ارسال و دریافت می ‌توان برد هدف را بدست آورد (در رادار های مونواستاتیک) به این صورت میباشد.حال اگر یک رادار پالسی (تپی) از خاصیت شیفت داپلر جهت استخراج سرعت هدف استفاده کند به آن رادار پالس داپلری می ‌گوییم. 

نوشته شده توسط افشین رشید در سه شنبه سوم خرداد ۱۴۰۱

(علوم مخابرات) آنتن سَهموی(ParabolicAntenna) در  سیستم موقعیت رادیویی (رادار) در باندهای UHF و SHF

نویسنده : افشین رشید

نکته :آنتن سَهموی (Parabolic Antenna) آنتنی بازتابنده با بهرهٔ بالا است که برای ارتباطات داده‌ای و همچنین سیستم موقعیت رادیویی (رادار) در باندهای UHF و SHF طیف الکترومغناطیسی به کار می ‌رود. طول موج نسبتاً کوتاه تشعشع الکترومغناطیسی در این فرکانس‌ ها اجازه می‌ دهد تا بازتاب ‌کننده‌ ها، امواج را به ‌طور جهت ‌دار ارسال یا دریافت کنند.

آنتن سَهموی (Parabolic Antenna)‌ نوعی از آنتن های گیرنده است که با استفاده از یک سطح  بازتابنده یا پارابولیک برای هدایت امواج رادیویی و فرکانس­های مخابراتی استفاده می­شود.قدرت آنتن پارابولیک در رادار ها برای اکتشاف ریز پرنده ها مانند پهباد بسیار بالا است.این نوع از آنتن گیرنده در مخابرات  یکی از بهترین انخابها برای مناطقی  است که  نویز بالا دارند و سطح سیگنال دریافتی بسیار پایین است .آنتن سَهموی (Parabolic Antenna)‌ در اصل کار عدسی را در رادار انجام میدهند ، هر آنتن پارابولیک یک واحد دریافت کننده در فاصله کانونی خود قرار دارد ، سیگنال دریافتی توسط گرید یا صفحه آنتن به واحد دریافت کننده میفرستد . اما دلیل اینکه دارای بشقاب توری مانند هستند ، برای عبور جریان هوا است تا لرزش آنتن کم بشود ،هم به صورت عمودی و هم افقی مورد استفاده قرار میگیرند.

مزیت اصلی آنتن های رفلکتوری پارابولیک در رادار داشتن دایرکتیویته و در نتیجه گین بالاست که استفاده آنها را در رنج وسیعی از باند مایکروویو جهت انتقال دیجیتال و آنالوگ اطلاعات، ضروری نموده است. این کاربردها شامل انتقال رادیویی نقطه به نقطه (Line of Site)، ایستگاه های زمینی راداری، کاربرد های ردیابی، رادار کشف ریز پرنده (پهباد) ، اهداف نظامی و ... می باشد.هر دو گونه آنتن سَهموی (Parabolic Antenna)‌ یعنی دو رفلکتوری و تک رفلکتومی بسته به چگونگی سیستم تغذیه (Feeding) به دو نوع تغذیه متقارن یا هم محور (front-fed) و نامتقارن  تقسیم می شوند.هر کدام از آنتن های فوق دارای مزایا و معایب ویژه ای است که ضرورت استفاده آنها را در کاربرد خاصی معینی می نماید. آنتن های غیر هم محور اثر سد دهانه (aperture blocking) را کاهش داده ولی در عوض دریافت پلاریزاسیون ناخواسته (XPOL) را افزایش می دهد.

نوشته شده توسط افشین رشید در یکشنبه یکم خرداد ۱۴۰۱