آموزش مختصری در رابطه با آنتن های دیش

[Mahnaazz 13133]

در این پست قرار است که بیشتر در مورد آنتن و بالاخص نوع بشقابی (دیش) صحبت کنیم. در طراحی یک سیستم رادیوتلسکوپ بسته به اینکه در چه فرکانسی قرار است کار کنیم و اینکه چه قدرت تفکیکی مورد نیاز است می توان از انواع آنتن های دیپل، یاگی و یا بشقابی(دیش) استفاده کرد.

 

اما اینکه با توجه به نیاز، چگونه یکی از انواع آنتن را انتخاب کنیم و کدام یک بر سایر برتری دارد را اکنون مورد بررسی قرار می دهیم.

استفاده از آنتن ها ی معمولی(منظور هر آنتی به جز دیش) در فرکانس های VHF و UHF و پایین تر از آن کاربرد دارند و معمولاً استفاده از آن ها به صورت تکی معنایی ندارد و در صورتی که قرار است در این باند فرکانسی فعالیت شود نیاز به آرایه ای از آنتن ها است که با ترتیب خاصی در کنار یکدیگر قرار می گیرند.

 

به عنوان مثال در آرایه ای از آنتن های نیم موج که در آبان ماه سال 73 در ایران طراحی شد(توسط جناب سعید عطارد)، تعداد 32 آنتن نیم موج که برای فرکانس 155 مگاهرتز طراحی شده بودند به فاصله هایی به اندازه ی نصف طول موج این فرکانس(حدود 1 متر)، از یکدیگر قرار گرفتند.

 

اما این نوع آنتن ها برای دریافت امواج گیگاهرتزی(باند ماکروویو) مناسب نیستند و دقیقاً عکس همین قضیه نیز صادق است به قسمی که آنتن های بشقابی(دیش) نیز برای کار در فرکانس های پایین مناسب نیستند و مورد استفاده آن ها بیشتر در حوزه ی ماکروویو است.

 

و اما آنتن های بشقابی(دیش)، بیشترین کاربرد در نجوم رادیویی را دارند و مزیت آن ها نسبت به سایر آنتن ها این است که می توانند روی یک منبع خاص متمرکز شوند. لازم به ذکر است که اولین رادیو تلسکوپ دنیا که توسط گروت ربر ساخته شد از آنتن بشقابی بهره می برد. دیش از نقطه نظر ریاضی، یک سهمی است.

 

 

 

برخی اصطلاحات مربوط به دیش:

کانون: جایی است که همه ی امواج رادیویی آمده، در آن جا متمرکز می شوند.

رأس: نقطه ی داخلی در مرکز سطح دیش.

فاصله ی کانونی: فاصله بین کانون تا رأس است.(f)

عمق: فاصله ی بین رأس تا لبه ی دیش.(d)

 

 

 

اصولاً هرچقدر دیش بزرگ تر باشد، مساحت سطح آن بیشتر می شود و امواج بیشتری را می تواند جمع کند و به اصطلاح گین(بهره) آن بالا می رود. بالا بردن توان تفکیک یک رادیو تلسکوپ تابع دو عامل فرکانس و قطر دیش است. به این صورت که هرچه دیش بزرگ تر باشد و به تبع آن قطرش بیشتر باشد، توان تفکیک بالاتر می رود و همچنین توان تفکیک با فرکانس نیز رابطه مستقیم دارد، هرچه فرکانس بیشتر باشد، توان تفکیک بالاتر می رود.

 

در افزایش قطر دیش با یک محدودیت مواجه هستیم، و آن این است که هرچه قطر دیش بزرگ تر شود، فاصله ی کانونی آن افزایش می یابد. مهار کردن یک سیستم گیرنده، در نقطه ی کانونی چنین دیش بزرگی کار مشکلی است. چون در فاصله ی نسبتاً زیادی از دیش قرار دارد، و موجب فشار آمدن به ساختار دیش و تاب برداشتن آن می شود. برای حل این مشکل از دیش "کاسگرین" استفاده می شود. به این صورت که در جلوی دیش یک سطح بازتابنده ی ثانویه قرار می گیرد و امواج را دوباره، این بار به سمت مرکز دیش بازتاب می کند و بدین ترتیب می توان سیستم مدار گیرنده را در مرکز دیش اصلی تعبیه کرد.

 

 

 

علاوه بر اصطلاحات توضیح داده شده در بالا، دیش ها دارای یک نسبت، به نام نسبت f/D هستند. همانطور که مشخص است، این نسبت بیانگر فاصله ی کانونی تقسیم بر قطر دیش است و معمولاً کوچکتر از 1 است. این نسبت نشان دهنده ی میزان انحنا یا همان گودی دیش است.

 

هرچقدر که عدد بدست آمده از این نسبت، کوچکتر باشد انحنای دیش بیشتر است و هرچه این عدد بزرگتر باشد، انحنا کمتر خواهد بود. بحث انحنا یا همان میزان گودی دیش بحث بسیار مفصلی است که در اینجا به اختصار به چند مورد از آن می پردازیم.

 

هرچه انحنای دیش بیشتر باشد، بهتر و راحت تر می توان روی یک منبع خاص، متمرکز شد و به تبع این تمرکز بالا، فرکانس های مزاحم از سایر جهت ها از بین می روند. اما نکته ای که وجود دارد این است که، بهره ی یک دیش با گودی آن رابطه ی عکس دارد، هرچه گودی دیش بیشتر باشد، گین آن کاهش می یابد.

 

با فرض اینکه کاهش گین دیش را توسط مدارات گیرنده بتوان جبران کرد، محدودیتی برای حداکثر انحنای دیش وجود دارد و آن این است که طبق شکل زیر، در صورتی که انحنای دیش از حدی بیشتر شود، باعث می شود که از تمام سطح دیش استفاده نشود و عملاً لبه های دیش نقشی در بازتاب امواج نداشته باشند.

 

 

 

و از طرف دیگر، در صورتی که انحنای دیش از حد معینی کمتر باشد، علاوه بر این که توان تمرکز بالا روی منبعی خاص، کاهش می یابد، باعث می شود که امواجی که از پشت دیش می آیند نیز به نقطه کانونی دیش برسند و باعث تداخل در فرکانس کاری شوند.