تحسين كفاءة مصفوفة هوائيات لرادار عامل على المجال VHF

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

يهدف هذا البحث إلى حل مشكلتين أساسيتين تعاني منهما مصفوفة هوائيات لأحد الرادارات العاملة على المجال الترددي VHF وهما كبر حجم العنصر المشع لهذه المصفوفة، وتفصص مخطط التغطية بسبب أثر الانعكاس عن سطح الأرض وتعدد المسارات. من أجل المشكلة الأولى، نقوم في بحثنا بتصميم هوائي ياجي أمثلي ثلاثي عند التردد المركزي 𝑓=160𝑀𝐻𝑧 باستخدام خوارزمية الأمثلة "Pattern Search" وتنفيذها ببيئة MATLAB لتحقيق خصائص العنصر المشع في المصفوفة الأساسية، والتي يتم تحديدها ضمن تابع متعدد الأهداف "Multi-Objective Function"، ودراسة تأثير مكونات الهوائي على خصائصه. ننقل بعدها التصميم إلى بيئة CST Studio للتحقق، ثم نقوم بتصغير الطول الكلي للهوائي باستخدام تقنية ضغط الهوائي ودراسة تأثير ذلك على خصائص الهوائي، حيث تم ملاحظة انخفاض في عرض الحزمة الترددية مع زيادة الاتجاهية. نطبق تقنية الطي على العاكس والموجهين الأول والثاني، التي أدت إلى زيادة في الاتجاهية من 8.64 dBi إلى 9.16 dBi وعرض حزمة ترددية 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ {140𝑀𝐻𝑧,175𝑀𝐻𝑧}=35𝑀𝐻𝑧. بعد ذلك، تم دراسة توزيعات استطاعة على مصفوفة من 16 عنصرًا باستخدام العنصر الجديد، وهي التوزيع الغاوسي، توزيع تايلور والتوزيعات التدريجية SPD -6dB, SPD -7dB, SPD -10dB على التوالي. وتم اعتماد التوزيع التدريجي من النوع SPD -7dB لأنه يحقق مواصفات مقبولة وبثلاث مستويات استطاعة. بعد ذلك، تم زيادة عدد عناصر المصفوفة إلى 20 عنصرًا موزعين على صفين، حيث حصلنا على مصفوفة باتجاهية 20.5 dBi. بالنسبة لمشكلة تفصص مخطط التغطية، نقوم بالبداية ببناء مخطط الرادار باستخدام معادلة الرادار بعد إدخال معامل الانتشار 𝐹، الذي يضيف أثر معامل الانعكاس عن الأرض وتعدد المسارات التي تسلكها موجة الرادار. بعد ذلك نستخرج مخطط الرادار في حالة مصفوفة الهوائيات الأساسية والمصفوفة المصممة الجديدة، ونلحظ أثر التفصص في المخطط وظهور فجوات عند زيادة ارتفاع هوائي الرادار. نقوم بعدها بدراسة بعض الطرق المستخدمة في حل مشكلة التفصص وتطبيقها على مخطط تغطية الرادار المدروس في البحث، مثل استخدام نظام إمالة الهوائي، تقنية تعدد الترددات وتقنية تعدد الارتفاعات. نقترح في النهاية تصميم مصفوفة هوائيات من 40 عنصرًا موزعين على أربعة صفوف لحل مشكلة التفصص، حيث أعطت مخطط تغطية يعطي كشفًا ثابتًا بدون فجوات، بعرض حزمة ثابت بين زاويتي كشف 𝜃=[2.4°,20°] ومدى كشف أعظمي 𝑅=400𝑘𝑚 باستخدام هوائي رادار بارتفاع ℎ𝑟=5.5𝑚.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

ed539960-355f-437d-b91f-967b021a2eb5

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

840988_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

Improvement of antenna array performance fora radar on VHF band

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"تمام عماد الدين منصور","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"علاء الدين سرحان","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"محمد الحريري","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

Arabic

المصدر والدورية

اسم المصدر

تحسين كفاءة مصفوفة هوائيات لرادار عامل على المجال VHF

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

This research aims to solve two main problems that an antenna array for one of the VHF radars suffers from, which are the large size of the exciter element of the array and the lobing phenomenon of the radar coverage chart due to the reflection effects from the surface of the Earth and multipath effects. For the first problem, in our research, we implement the “Pattern Search” optimization algorithm in MATLAB to find a design for a Yagi antenna with 3 directors at the center frequency f=160 MHz that fulfills several constraints determined within a multi-objective function, then we study the effects of the antenna components on its properties. The designed antenna in MATLAB has been verified using the CST Studio environment. After that, we reduced the total length of the antenna using the compact antenna technique and studied the effects of this on the antenna properties. It’s noticed a decrease in the frequency bandwidth while the directivity has remained almost constant. Then, the directivity has been increased by applying the folding technique on the reflector and the first and second directors. As a result, an increase in directivity from 8.64 dBi to 9.16 dBi has been obtained, with frequency bandwidth {140 MHz, 175 MHz}=35 MHz. Then several power distributions were applied to a 16-element array distributed in two rows using the new exciter element: Gaussian distribution, Taylor distribution, and Staircase Power Distributions SPD -6dB, SPD -7dB, SPD -10dB, respectively. The SPD -7dB was adopted because it achieves acceptable properties with three power levels. Finally, the number of array elements was increased to 20 distributed over two rows to increase the directivity. As a result, we obtained an array with directivity 20.5 dBi. For the problem of lobing of the coverage chart, first we show how to build a radar coverage chart based on the radar equation after adding the Pattern-Propagation Factor F on it, which adds the effect of the ground reflection coefficient and multipaths of the radar wave. Then, we extracted the radar coverage pattern for the basic antenna array and the new designed array, and we noticed the effect of lobing in the pattern, which increases when the height of the radar antenna increases. After that, we study some of the methods used to solve the lobing problem and apply them to the radar coverage chart, such as using the antenna tilt system, the frequency diversity technique, and the high diversity technique. Finally, we propose to design an antenna array of 40 elements distributed over four rows to solve the lobing problem, as it gives a gapless detection zone with a wide lobe between two detection angles 𝜃=[2.4°,20°] with a maximum detection range R=400 km using a radar antenna with a height of ℎ𝑟=5.5 m.

كلمات الباحثين

مصفوفة هوائيات، هوائي ياجي، ضغط الهوائي، الطي، توزيع الاستطاعة، تفصص مخطط التغطية، تقنية تعدد الترددات، تقنية تعدد الارتفاعات، اتجاهية، عرض حزمة ترددية، كشف الرادار.

إشراف وإعداد

الإشراف

علاء الدين سرحان, محمد الحريري

الإعداد

تمام عماد الدين منصور

الاقتباسات الببليوغرافية