مقدمه :
تاريخچه مختصري در باره ي موضوع تحقيق:
همانطور كه مي دانيد عنوان شبكه در برگيرنده مفهومي وسيع است كه شبكه چاه هاي آب روستايي ( قنات ها)، شبكه ي نهرها و كانال هاي آبياري مزارع، شبكه آب و فاضلاب شهري، شبكه گاز شهري، شبكه پدافند هوايي و نيز شبكه هاي كامپيوتري هر كدام به نحوي تداعي كننده مفهوم كلي اين كلمه مي باشند.
البته واضح است كه با توجه به پيشرفت چشمگير كامپيوتر و تكنولوژي هاي وابسته به آن جمع آوري، پردازش و توزيع اطلاعات) در دنياي امروز، شبكه هاي كامپيوتري در تمامي مفاهيم كه از شبكه عنوان شد، وارد شده اند، و نرم افزار هاي كامپيوتري كارهاي مديريت، نظارت و كنترل كليه شبكه هاي ياد شده را به عهده گرفته اند. پيوند فرخنده كامپيوتر و مخابرات اتفاقي بود كه هر دو صنعت را دچار تحولات عظيم كرد. اكنون ديگر مفهوم اتاقي با يك كامپيوتر بزرگ به نام « مركز كامپيوتر» كه افراد كارهايشان را به آنجا مي آورند، به كلي منسوخ شده است. مدل قديمي كامپيوتر بزرگي كه تمام كارهاي محاسباتي سازمان را انجام مي دهد، اكنون جاي خود را به تعداد زيادي كامپيوتر كوچك متصل به هم داده است. به اين سيستم ها شبكه هاي كامپيوتري (computer netwoks) گفته مي شود.
دو كامپيوتر وقتي « به هم متصل اند» كه بتوانند با يكديگر اطلاعات رد و بدل كنند. الزامي نيست كه اين اتصال از طريق سيم هاي مسي باشد، فيبرهاي نوري، امواج مايكروويو، مادون قرمزو ماهواره هاي مخابراتي هم مي توانند عامل اين ارتباط باشند.
در اينجا پس از طرح مساله شبكه هاي بي سيم، مهمترين مساله بررسي آنتن هاي قابل استفاده در اين شبكه ها مي باشد، كه در ابتدا لازم مي دانيم تاريخچه مختصري از پيدايش آنتن را نيز در اختيار خوانندگان محترم قرار دهيم.
مبناي نظري آنتن ها بر معادلات ماكسول استوار است. جيمز كلارك ماكسول (1831-1879) در سال 1864 در حضور انجمن سلطنتي انگلستان نظريه خود را ارائه داد؛ مبني بر اينكه نور و امواج الكترو مغناطيسي پديده هاي فيزيكي يكساني دارند. همچنين پيش بيني كرد كه نور و اختلالات الكترو مغناطيسي را مي توان به صورت امواج رونده داراي سرعت برابر توجيه كرد. در سال 1882 فيزيكدان آلماني هاينريش هرتز (1894-1875) با افزايش تحقيقات در اين زمينه ادعاي ماكسول را در عمل اثبات كرد و نشان داد كه امواج الكترو مغناطيسي در فضا منتشر مي شود. هرتز، آنتن هايي از نوع دو قطبي و سهموي را نيز ساخت. مهندس برق ايتاليايي ماركوني (1937-1874) نيز يك آنتن استوانه ميكروويو در طول موج 23 سانتي متري را ساخت، ولي كارهاي بعديش براي حصول برد مخابراتي بهتر در طول موج هاي بلند تر بود. فيزيكدان روسي الكساندر پوپوف (1895-1905) نيز اهميت كشف امواج راديويي را توسط هرتز تشخيص داد و يك سال بعد، قبل از ماركوني شروع به فعاليت كرد. اغلب افتخار كاربرد اولين آنتن در اولين سيستم راديويي را در سال 1879 براي ارسال سيگنال از كشتي به ساحل در مسافت 3مايل به او مي دهند. در هر حال اين ماركوني بود كه راديوي تجارتي را توسعه داد و مخابرات راديويي را در ماوراي اقيانوس اطلس ايجاد كرد. ماركوني را پدر راديوی آماتور مي شناسند. لازمه ارتباط در اين سال ها با آنتن محدود به وجود مولدهاي سيگنال بود. ساخت مولدهاي سيگنال كلايستروني و مگنتروني ( در حدود يك گيگا هرتز ) باعث شد كه آنتن هاي بوقي توسعه يابند. در طول جنگ جهاني دوم اولين كوشش ها جهت توسعه آنتن هاي مدرن براي رادار انجام گرفت، و هم اكنون آنتن هاي پيشرفته اي جهت ارتباط مايكروويوي و راداري ساخته مي شوند. كه آنتن هاي آرايه فازي از جمله ي اين آنتن ها مي باشند. كه در فصول آتي به آنها خواهيم پرداخت.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
پيشگفتار
فصل اول
طرح تحقيق
تاريخچه مختصري در باره ي موضوع تحقيق
اهميت انجام تحقيق
اهداف كلي تحقيق
هدف هاي ويژه تحقيق
روش انجام تحقيق
فصل دوم
مباني آنتن انواع و پارامترهاي آن
2_1: تاريخچه
2_2: انواع آنتن ها از نظر كاربرد
الف) آنتن هرتز
ب) آنتن ماركني
پ) آنتن شلاقي
ت ) آنتن لوزي ( روبيك)
ث) آنتن V معكوس
ج) آنتن ماکروويو
چ) آنتن آستيني
ح) آنتن حلزوني
ذ) آنتن هاي آرايه اي ARRAY ANTENNA
2-3 : پارامترهاي آنتن
نمودار پرتو افکني آنتن ها
دستگاه مختصات نمايش نمودار پرتو افکني
نمودار پرتو افکني سه بعدي و دو بعدي
نمودار پرتو افکني درفضاي آزاد و در مجاورت زمين
نمودار پرتو افکني آنتن فرستنده و گيرنده
جهت دهندگي آنتن ها
پهناي شعاع و پهناي شعاع نيم توان
شعاع هاي فرعي آنتن ها
مقاومت پرتو افكني آنتن
امپدانس ورودي آنتن
سطح موثر يا سطح گيرنده آنتن ها
طول موثر آنتن
پهناي نوار فركانس آنتن ها
پلاريزاسيون آنتن ها
پلاريزاسيون خطي
پلاريزاسيون دایره ای
پلاريزاسيون بيضوي
ساختمان مكانيكي آنتن ها
اندازه آنتن
نصب آنتن ها
خطوط انتقال و موج برها براي تغذيه آنتن ها
رسانا و نارساناهاي مورد استفاده در ساختن آنتن ها
محافظت آنتن در برابر عوامل جوي
فصل سوم
شبکه های کامپیوتری شبکه های بی سیم
2-1:سخت افزار شبکه
2-1-1: شبکه های ﭘخشيbroadcast network
2-1-2: شبکه های همتا به همتا peer-to-peer network
2-1-3:شبکه های شخصی personal area network
2-1-4:شبکه های محلی local area network
2-1-5:شبکة شهریMtropolitan Area Network
2-1-6:شبکة گسترده Wide Area Network
2-1-7:شبکة بی سيم wireless network
2-1-8:شبکة شبکه ها internetwork
2-2: نرم افزار شبکه
2-2-1:لاية فيزيکی Physical layer
2-2-2: زير لاية نظارت بر دسترسی به رسانة انتقال MAC
2-2-3:لاية شبکه
2-2-4:لاية انتقالTransport layer
2-2-5:لاية کاربرد Application layer
2-3: شبکه های محلی بی سيم (802.11)
2-3-1: ﭘشتة ﭘروتکل 802.11
2-3-2: لاية فيزيکی در 802.11
2-4: شبکه های بی سيم باند گسترده
2-4-1: لاية فيزيکی در 802.16
فصل چهارم
آنتن هاي هوشمند
بخش اول
آنتن هاي هوشمند در شبکه هاي بي سيم
تداخل هم کانال
اثرات محوشدگي
4_الف_1: جوانب تکنولوژي سيستم آنتن هوشمند
4- الف - 2: مدلهاي کانال
4-الف-2-1:مدل لي Lee s Model
4-الف- 2-2: A Model of Discreteiy Didposed , Uniform set Of Evenly
4- الف-2-3: مدل ماکروسل Macro cell Model
4-الف-2-4: مدل باند عريض ميکروسلMacrocell Wide Band Model
3-الف-2-5: Gaussian Wide – sene stionary ,uncorrelated scattering
3-الف-2-6: مدل زاويه دريافت گاوسي Gaussian angle of
4-الف-2-7-: مدل کانال با بردار متغير زماني (Time –varying-vector channel model)
4-الف-2-8: مدل شهري واقعي(typical urban (tu/model
4-الف-2-9: مدل شهري بد(Bad urban (Bu) model
4_الف_3:آرايه هاي هوشمند:آنتن و بهره هاي مختلف
انواع آنتن هاي هوشمند
4-الف-4:رديابي وتكنيك هاي بيم آرايه سوئيچ شده
4-الف –5: راهبردهاي شكل دهي بيم ثابت
4- الف – 6: پردازش آرايه از طريق شكل دهي بيم
4 الف 6- 1: الگوريتم هاي پايه شكل دهي سيگنال
4- الف-6-2: تركيب هاي آرايه اي تنظيمي
4-الف –6-3: تركيب آرايه پرتو سوئيچ شده
مثال 1-4
4-الف-7: نكات نتيجه گيري شده
بخش دوم
آنتن هاي آرايه فازي
4-ب-1:تاريخچه
4-ب-2: انواع آرايه ها
4-ب-2-1: آرايه هاي خطي (Linear Array) 90
4-ب-2-2:آرايه هاي مسطح (Planar Array) 90
4-ب-3: ويژگي هاي آرايه فازي
4-ب-3-1: تکنولوژي شيفت دهنده فاز
4-ب-3-2:تکنولوژي شيفت دهنده فاز دي الکتريک ولتاژ متغير
فصل پنجم
نتيجه و ﭘيشنهاد
منابع
فهرست اشكال
عنوان صفحه
شكل2.1:آنتنVمعكوس
شكل 2.2 : آنتن هاي بوقي مستطيلي. الف- بوق قطاعي صفحه H ؛ ب - بوق قطاعي صفحه
E ؛ ج- بوق هرمي.
شكل 2.3 : الف- آنتن دو مخروطي نا محدود ؛ ب- آنتن دو مخروطي محدود
شكل2.4: الف- پرتو تشعشعي يك آنتن دو مخروطي نامحدود ؛ ب- آنتن ديسك و مخروط
شكل 2.5 : آنتن حلزوني
شكل 2.6: دستگاه مختصات كروي
شكل2.7 : نمونه نمودار پرتو افكني سه بعدي
شکل 2.8: نمودار پرتو افکني ميدان الکتريکي يک آنتن.
شکل2.9: ترتيب آنتن ها در تعيين نمودار پرتو افکني
شكل 2.10: نمودار پرتو افكني يك آنتن عملي.
شكل2.11: مدار معادل آنتن از نظر پرتو و تلفات
شكل2.12: آنتن متصل به بار و مدار معادل تونن آن؛ الف: آنتن ب: مدار معادل
شكل2.13:آنتن خطي به طول
شكل2.14: وضعيت آنتن فركانس 30 كيلو هرتز
شکل 1،3: لايه ها و پروتکل ها و واسطه ها
شکل 3,2:انتقال اطلاعات در يک شبکه 5 لايه
شکل 3،3: پشته پروتکل 802.11
شکل3,4:پشته پروتکلی16,802 51
شکل3,5: محيط انتقال در 802.16.
شکل 3,6: فريم ها و برش های زمانی در روش) TDD(Time Division Duplexing
شکل 4.1: مدل لي (ES انتشار دهنده موثر ؛ MU: ايستگاه پايه ؛ AE عنصر آرايه)
شکل 4.2: يک مجموعه اي انتشار دهنده هاي يکسان که بطور يکنواخت و مجزا
از هم قرار گرفته اند.(ES: انتشار دهنده هاي موثر، BS: ايستگاه مرکزي)
شکل4.3: مدل ميکروسل يک کانال بي سيم (BS: ايستگاه مرکزي , MU: واحد متحرک)
شکل 4.4: کانال بي سيم مدل باند عريض محيط ميکروسل:
(MU, BS منطقه بيضي هستند)
شکل 4.5: مدل کانال بي سيم روي يک پرتو دلخواه از انتشار دهنده هاي بنا نهاده شده است.
هر انتشار دهنده يک دسته اي ازانتشار دهنده هاي کوچکتر است.
شکل 4.6: مدل زاويه دريافت گاوسي ويژه يک پرتو يک واحد انتشار دهنده ها:
انتشار يک سيگنال واحد اصلي است.
شکل 4.7: مدلRay leighمربوط به محيط همزيستي انتشار دهنده هاي محلي
(local scatterer) و انتشاردهنده هاي اصلي.
شکل 4.8:محيط کانال سمتي شهري بد با يک جفت از پرتوهاي اوليه و ثانويه
شکل4.9: طرح ترکيبي اختلافها به صورت انتخابي بر مبناي بيشترين SNR خروجي
پايه ريزي شده است.
شکل 4.10: روش ترکيب بر مبناي بيشترين درصد
شکل 4.11: طرح ترکيب بر مبناي بهره مساوي: خروجي مطابق با جمع هم فازها
از سيگنال هاي شاخه آرايه مي باشد.
شكل4.12: تركيب آنتن هوشمند و بخشهاي كنترل سيگنال مربوطه.
شكل 4.13: مثالي از يك ماتريس Blass: يك ساختار سه عنصره جهت
توليد سيم كناري عريض. ماتريس
شكل 14،4: تكنيك هاي شكل دهي بيم؛
(a): روش پايه باند (b).DOA/los: استراتژي مشخص طراحي.
شكل 4.15: بيم هاي مستقيم براي يك آنتن هوشمند
شكل 4.16: تركيب آرايه سازگار: (a) مدل Applebaum (b) مدل widrow
شكل 4.17: يک پايه دو بيم ماتريس .Butler BMP#1): بيم شکل يافته با پورت ورودي#1)
شکل:4.18 هيبريد چهار گانه ابتدايی ناشی از کاربرد کاربرد يکTجادويی: يک آرايه دو المانه؛
Tجادويی؛ بيم در برابر پورت های بر انگيخته شده؛و مسير تاخير بهبود يافته از بيم پورت 4.
شکل 4.19:هيبريد چهارگانه تزويج شده بر مبنای راستا(الف):هيبريد تزويج شده پهلويی؛
(ب)هيبريد تزويج شده عمودی؛S:شکاف تزويج شده در فضای حائل بين دو موجبر؛
و،ML:ظرفيت منطبق شده.
شكل 4.20: تركيب چهار موقعيت در پرتو قابل سوئيچ براي استفاده در
ماتريس Butlar: (ps): شيفت دهنده فاز)
شكل4.21 : نمايش نقش هيبريدچهارگانه در ماتريس Butler چهارالماني:
هيبريد يك اختلاف فاز درجه را در ارسال عرضه مي كند.
شکل 4.22:پياده سازي آنتن هوشمند با سوئيچ قابل برنامه ريزی
شکل 4.23:آرايه خطی.
شکل4.24: آرايه فازي از نوع مسطح.
شکل 4.25:آرايه مسطح مستطيلی.
شکل 4.26:سوييچ هاي ميکروالکترومکانيکال
شکل 4.27:شيفت دهنده ي فاز دي الکتريک ولتاژ متغير