بازپیکربندی و هدایت پرتو در آنتن شیپوری با استفاده از تیغه های دی الکتریک پلاسمایی باهدف کنترل مقدار بهره و جهت پرتو تشعشعی

بذرافشان, جعفر; صادقی کیا, فاطمه; کرمی هرستانی, علی; هیمدی, محمد

doi:10.22034/jsst.2024.1455

بازپیکربندی و هدایت پرتو در آنتن شیپوری با استفاده از تیغه های دی الکتریک پلاسمایی باهدف کنترل مقدار بهره و جهت پرتو تشعشعی

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان

جعفر بذرافشان ¹

فاطمه صادقی کیا ²

علی کرمی هرستانی ³

محمد هیمدی ⁴

¹ دانشجوی دکتری، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران

² دانشیار، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران

³ استادیار، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران

⁴ استاد، دانشگاه رنِس 1، رنس، فرانسه

10.22034/jsst.2024.1455

چکیده

در مقاله حاضر، مبتنی بر استفاده از دی‌الکتریک‌های پلاسمایی در امتداد روزنه آنتن شیپوری هرمی، آنتن جدیدی معرفی می‌شود که دارای قابلیت بازپیکربندی و کنترل‌پذیری در مقدار بهره و جهت پرتو تشعشعی است. در این آنتن، چهار تیغه پلاسمایی عمود بر دهانه روزنه و در امتداد محور آنتن و چهار تیغه پلاسمایی دیگر به‌صورت مورب با تیغه‌های پلاسمایی قبل قرار دارند. برخورداری از قابلیت روشن و خاموش شدن مستقل هر تیغه و یا کنترل مقدار فرکانس پلاسما در تیغه‌ها سبب می‌شود در هر حالت امکان هدایت پرتو تشعشعی و نیز کنترل مقدار بهره برای آنتن وجود داشته باشد. تحلیل‌های پارامتری در خصوص گسترش طول تیغه‌های پلاسمایی و زاویه آن‌ها نشان می‌دهد که انتخاب مقادیر اولیه مناسب برای ابعاد و زاویه تیغه‌ها نقش مهمی در بازه زاویه‌ای هدایت پرتو و مقدار بهره تشعشعی آنتن دارد. این ساختار برای آنتن شیپوری هرمی در فرکانس مرکزی GHz 10 طراحی ‌شده است و امکان طراحی آن برای سایر بازه‌های فرکانسی نیز وجود دارد. در نمونه طراحی‌شده، مقدار کنترل‌پذیری بهره تشعشعی با استفاده از تیغه‌های پلاسمایی dB 5/6 و حداکثر میزان هدایت پرتو تشعشعی تا 12± درجه مشاهده ‌شده است. تغییر جهت پرتو آنتن بدون استفاده از ادوات مکانیکی و کنترل بهره تشعشعی آن، با هدف کاهش هزینه سیستم‌های مخابراتی و مصرف بهینه توان الکتریکی، در ارتباطات فضایی و کاربردهای راداری بسیار حائز اهمیت است.

کلیدواژه‌ها

آنتن شیپوری هرمی

تیغه های دی الکتریک پلاسمایی

هدایت پرتو تشعشعی

کنترل بهره

آنتن دارای قابلیت بازپیکربندی

آنتن دارای قابلیت هدایت پرتو

موضوعات

ارتباطات

A. bali, M. R. Alizadeh Pahlavani, and H. fayazi, "The design and fabrication of a plasma limiter to protect communication systems," Journal of Applied Electromagnetics, vol. 10, no. 1, pp. 99-107, 2022, (in Persian).
T. Anderson, Plasma Antennas, Artech house, second edition, 2021.
V. Kumar, "A review of plasma antennas," in National Conference on Higher Education: Ways Ahead, Delhi, India, 2014.
J. P. Rayner, A. P. Whichello, and A. D. Cheetham, "Physical characteristics of plasma antennas," IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 32, no. 1, pp. 269–281, 2004, https://doi.org/10.1109/TPS.2004.826019.
F. Sadeghikia, M. Talafi Noghani, and M.R. Simard, "Experimental study on the surface wave driven plasma antenna," AEU-International Journal of Electronics and Communications, vol. 70, no. 5, pp. 652–656, 2016, https://doi.org/10.1016/j.aeue.2016.01.024.
M. R. Dorbin, J. Rashed Mohassel, F. Sadeghikia, and H. Ja’afar, "Analytical estimation of the efficiency of surface-wave-excited plasma monopole antennas," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 70, no. 4, pp. 3040-3045, 2022, https://doi.org/10.1109/TAP.2021.3139967.
M. R. Dorbin, A. Karami Horestani, F. Sadeghikia, M. Talafi Noghani, and H. Ja’afar, "Analytical study on the resonance frequency of tunable surface-wave-excited plasma antennas," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 70, no. 10, pp. 9073-9082, 2022, http://doi.org/10.1109/TAP.2022.3184510.
M. Talafi Noghani, A. Karami Horestani, F. Sadeghikia, and M.R. Dorbin, "Theoretical modeling of resonant wavelength in 3-layered plasma antennas," Waves in Random and Complex Media, vol. 31, no. 6, pp. 1587-1596, 2021, https://doi.org/10.1080/17455030.2019.1687959.
F. Sadeghikia, F. Hodjat Kashani, J. Rashed Mohassel, and J. Ghayoomeh Bozorgi, "Characterization of a surface wave driven plasma monopole antenna," Journal of Electromagnetic Waves and Applications, vol. 26, no. 2-3, pp. 239-250, 2012, https://doi.org/10.1163/156939312800030857.
F. Sadeghikia, M.R. Doorbin, H. Ja’afar, A. Karami Horestani, and M. Talafi Noghani, "An overview on the implementation of surface wave driven plasma antennas," in Symposium on Wireless Technology & Applications (ISWTA), Shah Alam, Malaysia, 2021, pp. 53-57, https://doi.org/10.1109/ISWTA52208.2021.9587357.
F. Sadeghikia, F. Hodjat Kashani, J. Rashed Mohassel, and J. Ghayoomeh Bozorgi, "The effects of the tube characteristics on the performance of a plasma monopole antenna," Progress In Electromagnetics Research Symposium Proceedings, Moscow, Russia, 2012, p. 1209.
F. Sadeghikia, F. Hodjat Kashani, J. Rashed Mohassel, and J. Ghayoomeh Bozorgi, "Characteristics of plasma antennas under radial and axial density variations," Progress In Electromagnetics Research Symposium Proceedings, Moscow, Russia, 2012, pp. 1212–1215.
F. Sadeghikia, A. Karami. Horestani, M. Talafi. Noghani, M.R. Dorbin, H. Mahdikia, and H. Ja’afar, "A study on the effect of the radius of a cylindrical plasma antenna on its radiation efficiency," International Journal of Engineering and Technology, vol. 7, pp. 204-206, 2018.
F. Sadeghikia, M. Talafi. Noghani, and M.R. Dorbin, "A study on the physical characteristics and development of plasma reflectors," Journal of Radar, vol. 9, no. 1, pp. 35-44, 2021, (in Persian).
F. Sadeghikia, M.R. Dorbin, A. Karami. Horestani, M. Talafi. Noghani, and H. Ja’afar, "Tunable inverted-f antenna using plasma technologies," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 18, no. 4, pp. 702– 706, 2019, https://doi.org/10.1109/LAWP.2019.2901354.
F. Sadeghikia, M.R. Dorbin, A. Karami. Horestani, M. Talafi Noghani, and H. Ja’afar, "Multi-beam frequency tunable antenna based on plasma-nested helix," in 13th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 2019.
M. O. Arend, F. C. C. De. Castro, C. Müller, and M. C. F. De. Castro, "Toroidal plasma lens antenna," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 16, pp. 1155 – 1158, 2016, https://doi.org/10.1109/LAWP.2016.2625800.
A. Karami Horestani, M. Talafi Noghani, F. Sadeghikia, M.R. Dorbin, M. Valipour, and F. Martín, "Reconfigurable and frequency tunable inverted f antenna based on plasma technology," in International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), Granada, Spain, 2019, pp. 1175-1177, https://doi.org/10.1109/ICEAA.2019.8879280.
F. Sadeghikiya, F. Hojat kashani, J. Rashed Mohasel, and J. Ghiyome Bozorgi, "Space application of a linear array of plasma antenna," Journal of Space Science and Technology, vol. 5, n. 3, pp. 59-66, 2012, (in Persian).
F. Sadeghikia, "Plasma antenna technology in space missions," Journal of Space Science and Technology, vol. 10, no. 1, pp. 27-34, 2017, (in Persian).
M. T. Jusoh, O. Lafond, F. Colombel, and M. Himdi, "Performance and radiation patterns of a reconfigurable plasma corner-reflector antenna," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 12, pp. 1137-1140, 2013, https://doi.org/10.1109/LAWP.2013.2281221.
M. T. Jusoh, O. Lafond, F. Colombel, and M. Himdi, "Performance of a reconfigurable reflector antenna with scanning capability using low-cost plasma elements," Microwave and Optical Technology Letters, vol. 55, no. 12, pp. 2869-2874, 2013, https://doi.org/10.1002/mop.27958.
F. Sadeghikia, M. Valipour, M. Talafi. Noghani, H. Ja’afar, and A. Karami. Horestani, "3D beam steering end-fire helical antenna with beamwidth control using plasma reflectors," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 69, no. 5, pp. 2507–2512, 2021, https://doi.org/10.1109/TAP.2020.3031473.
F. Sadeghikia, M. Valipour, A. Karami. Horestani, M. Himdi, and T. Anderson, "Beam-steerable helical antenna using plasma reflectors," in 16th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Madrid, Spain, 2022, pp. 1-4, https://doi.org/10.23919/EuCAP53622.2022.9769604.
H. Ja’afar, M. T. B. Ali, A. N. B. Dagang, H. M. Zali, and N. A. Halili, "A reconfigurable monopole antenna with fluorescent tubes using plasma windowing concepts for 4.9-ghz application," IEEE Transaction on Plasma Science, vol. 43, no. 3, pp. 815-820, 2015, https://doi.org/10.1109/TPS.2015.2398878.
T. Anderson, "Antenna beam focusing and steering with refraction through a plasma," in 13th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP), Krakow, Poland, 2019, pp. 1-5.
F. Sadeghikia, K. Zafari, M.R. Dorbin, M. Himdi and A. Karami. Horestani, "Reconfigurable biconcave lens antenna based on plasma technology," Scientific Report, vol. 13, 2023, Art. no. 9213, https://doi.org/10.1038/s41598-023-36332-9