آنتن های اندازه گیری و مونیتورینگ
یافت بیشترین سیگنال ممکنه از محیط اطراف و به کارگیری این سیگنال در ورودی گیرنده ضمن می نیمم کردن قله نویز و تداخل سیگنالها ، هدف آنتن های گیرنده است. مشخصه های خاص آنتن ِ مونیتورینگ بوسیله کاربردهای مخصوص آن به طور وسیعی ، معلوم شده است. هنگام انتخاب یک آنتن مونیتورینگ ، به طور قابل ملاحظه ای، باید به عواملی نظیر خصوصیات سیگنال مطلوب ، پارامترهای مورد نظر مشاهدات ، مشخصه های مکان نصب ( آنتن) و هرگونه تداخلی که ممکن است وجود داشته باشد، توجه شود. برای دریافت بهترین نتایج و حتمی شدن از بابت انتقال حداکثر توان ماکزیمم، آنتن ها باید یک قطبی شدگی ( پلاریزاسیون) متناظر با پلاریزاسیون جبهه موج سیگنال رسیده ، داشته و همچنین باید تطبیق امپدانس بین خط انتقال و مدارات ورودی رسیور(دریافت کننده) را فراهم کنند. پترن های دریافت همه سویه ( البته در جهت مناسب) برای مونیتورینگ عمومی یا برای تعیین طیف فرکانس رادیوئی به طور مفید بهبود یافته اند.در مورد بعضی از مشاهدات ، نظیر مطالعات روی شدت میدان ، مشخصات آنتنی مورد نظر است که1. بدرستی پیش بینی ارتباطی به پاسخ فرکانسی را بکند و 2. تغییر ناپذیر با زمان باشد.یک بخش سیار با آنتن های کالیبره شده (تنظیم یافته) قادر به فراهم کردن اندازه شدت میدان متوسط در منطقه ای داده شده است. چرا که هیچ نوع از آنتن ها همه ویژگی های لازم را برای دریافت مناسب همه نوع سیگنال ندارند. شمار خاصی از آنتن ها عموماً در ایستگاه مونیتورینگ مورد نیاز هستند. توصیف انواع مختلف از آنتن ها برای کاربرد های خاص در پاراگرافهای زیر که به باند فرکانسی تقسیم شده اند آمده است.
2-2-3 پیکر بندی آنتن های مناسب
1-2-2-3 عملیات زیر 30 MHz
ایستگاه مونیتورینگ برای رنج فرکانسی حدود 30 مگاهرتزیک رنج پهنی از سیگنالهارا در باندهای VLF,LF,MF,HF که از همه زوایای آزیموث می رسند ، دریافت میکند. این ایستگاه باید دور از نواحی شهری قرار گیرد و مناسب مناطق خشکی باشد که مطابق همه نیازهای آنتن ها باشد. بیشتر ایستگاههای مونیتورینگ دارای تجهیزات جهت یاب هستند. یک آنتن مونیتورینگ مناسب به سهولت نکات زیر پیکر بندی می شود:
– یک جهت یاب چرخشی وار حلقه گونه یا حلقه بسته که می تواند رنج فرکانس هایی را در حدود 9 کیلو هرتز تا 2.5 مگاهرتز میزان کند.
– سیستم آنتنی که دریافت پلاریزه شدۀ عمودی همه سویه ای ( تشعشع پترن آزیموث در اصل به صورت دایره ای) را بر رنج فرکانس موج کوتاه فراهم خواهد کرد(30-2 مگاهرتز).
– سیستم آنتنی که جهت وسیعی را میسر سازد ، دریافت به طور عمودی در سکتورهای اطراف همه نقاطِ حوزه بر رنج فرکانسی موج کوتاه پلاریزه شود. این سیستم برای دریافت بهره بالای بهینه ای ، با هر قطعه انتخاب شده در موقعیت مونیتورینگ ساختا ثابتی دارد.یک جدارۀ ِ ستاره گونۀ ِ مفرد تناوب لگاریتمی ، با 6 جدارکه هر یک نصف توان عرض شعاع را دارند(در حدود 60 درجه)، وهر یک شامل یک فضای 60 درجه ای در فاصله اطراف یک دکل تقویت مرکزی(بیشتر از 60 متر ارتفاع) هستند، آرایش داده می شود . که همچنین رنج فرکانسی را قطع خواهد کرد و به ملزومات می رسد. یک پترن میلچرخ مانند دو جهته به آرایه های حلقه بیرونی پایان می دهد و همچنین 6 شعاع آزیموث فضایی مورد نیاز یک منطقه خشکی کوچکتر را در مقایسه با جدارهای 6 گانه فراهم می کند.
– سیستم آنتنی که جهت های وسیعی را فراهم حواهد کرد، به طور افقی دریافت را در همه آزیموث ها بر روی رنج فرکانسی کوتاه-موج پلاریزه می کند. این آخری دارای زمان 60 ثانیه ای یا بیشتر برای گردش درآزیموث است که یک زیان مخصوص بخود محسوب می شود. همچنین نگهداری و برقراری سیستم در شرایط آب و هوایی سرد یعنی جائی که باد و یخ عاملهای مهم تاثیرگذار بر دکل آنتن و ماشین آلات گردشی هستند، مشکل تر است. همچنین آرایه ای متشکل از شش جدار عمود، پوشش آزیموث 360 درجه ای را بر روی شش شعاع 60 درجه ای فراهم می کند.
-به طور مخصوص اگر محیط یا شرایط اقتصادی عاملهای محدود کننده ای بر پیکر بندی آنتن باشند، باید پیکر بندی شامل حداقل سیستم آنتن فعال دو سویه ای باشد، که هر دو نوع پلاریزاسیون افقی و عمودی را فراهم کند یا باید شرط امکان پذیر بودن دریافت های گوناگون پلاریزاسیون و پوشش رنج فرکانسی بین 9کیلو تا 30 مگاهرتز را نیز فراهم کند.
2-2-2-3
عملیات بین 30 و 3000 مگاهرتز
اگر قرار گاه در داخل ناحیه یا نزدیک یک مکان وابسته به شهر باشد، یک محیط پلاریزه شدۀ عمودی یا افقی دراین رنج فرکانسی با بهره دوسویه ای با آنتن مونیتورینگ می تواند استفاده شود.یک بهبود کوچک در حساسیت می تواند باعث دستیابی به بهره بالای چرخشی تناوب- لگاریتمی رویهم رفته پلاریزه شده شود.
( البته در رنج فرکانسی سیستم آنتن ) . در کل به علت پوشش VHF/UHF که در خط دید قرار دارند، اجرای افزایش دادن ارتفاع یک آنتن omni. خیلی گرانتر است. یک سیستم جهت یاب اتوماتیک VHF/UHF باید بر روی یک برج مناسب از نظر ارتفاع نصب شود تا چند مسیره هایی که باعث انعکاس سیگنال ها از زمین تا نزدیک ساختمان ها می شوند، کاهش دهد. اگر ایستگاه مونیتورینگ تقریباً در داخل 25 کیلومتری از ناحیه بزرگ وابسته به شهر باشد، سیستم مفید واقع خواهد شد؛ جایی که محل استقرار بیشتر فرستنده های VHF/UHF است. جهت یابVHF/UHF از محل های سیار/ثابت با ساختار سه گوشه ای ثابت راه معتبری است تا فرستنده های محل ثابت. دقت فیزیکی تعیین آزیموث سیگنال VHF/UHF ، در انتشار و چند راه های بی ترتیب که در دکل 1 درجه هستند، باید به حساب آورده شوند. به هر حال ، تجهیزات ارزان قیمت هم با رنج دقت بین 5 تا 10 درجه در بازار در دسترس هستند.
3-2-2-3 عملیات بر روی 3000 مگ
دریافت باند عریض بوسیله هر یک از دو قطبی شدگی های:1. خطی با اریب2. خطی دو گانه در یک رنج فرکانسی پهن از 1 تا26 گیگاهرتز تحقق می یابد. آنتنهای شیپوری بهره بیشتری را فراهم می کنند، اما آنها در رنج فرکانسی محدود هستند. آنتنهای شیپوری برای اندازه گیری دقیق در حدود خطای 0.2 دسیبل بیشتر مناسب تر اند.
به خاطر میرائی زیاد فضای آزاد در رنج SHF و بالاتر از SHF ، در درجه اول ” دیش و پاهای” آنتن بکرات مورد استفاده قرار میگیرد؛ در مونیتورینگ سیگنال که بهره آنتن زیادی فراهم می کند. بسته به اینکه دیشها کاربرد زمینی داشته ، ماهواره ای ، در کشتی و یا در مونیتورینگهوابرد داشته باشد ، می تواند شکلی مثل (Cosecant) یا پارابولیک استوانه ای و یا سهمی وار داشته باشند. بسته به نوع کاربرد قطر آن می تواند بین 0.9 تا 10 متر باشد. این آنتنها قابل نصب در سیستم های موقعیت یاب قابل هدایت با دقت فیزیکی موقعیت یابی خیلی زیاد هستند که باعث ایجاد یک پهنای باند باریک فوق العاده زیاد آنتنها در فرکانس های بالا شوند. این آنتنها قابل استقرار در یک وسیله نقلیه سیار یا در داخل هستند.( و نیز قابل توسعه برای زمانی که وسیله نقلیه ساکن باشد، هستند). در یک فضای محدود که وسیله نقلیه قرار دارد، آنتنهای دوسویه می تواند استفاده شود. برای 3 گیگا هرتز و کاربردهای بالاتر، یک و سیله نقلیه خیلی مفید است زیرا ، وسیله نقلیه قادر به رانندگی در شعاع تحت پوشش آنتن یا نزدیک آن است.
3-2-3 آنتنهای VHF/LF/MF , HF
1-3-2-3 انواع آنتنهای دوسویه ی VLF/LF/MF
از نظر حداکثر طول موج در VLF/LF و MF ( برای مثال 10000 متر برای فرکانس 30 کیلو هرتز)، آنتنها برای این فرکانسها لزوماً محدود می شوند، نسبت به آنهایی که در مقایسه با طول موج کوچکترند. چرا که سیگنالها در این باندها در درجۀ اول به صورت عمودی پلاریزه می شوند، عمودی ها عموماً برای دریافت مورد استفاده قرار می گیرند. یک آنتن عمودی ساده که فقط درصد کمی از 4/1 طول موجی را که امپدانس راکتیو بزرگی دارد، را نشان می دهد. به عنوان مثال یک آنتن باری فراهم آوردن حساسیت لازمه بالاتر از سطح نویز اتمسفر می تواند به طور عمودی به اندازه کافی بلند ساخته شود. زمانیکه اندازه عناصر آنتن از نظر فیزیکی محدود باشد برای یک بخش کوچکی از طول موج، چنانچه در VLFو LF رخ می دهد، یک آنتن فعال عموماً فراهم می کند درصدی از دامنه سیگنال به نویز بزرگتری از آنچه که بدست می دهد در اتصال مستقیم آنتن به گیرنده بدون استفاده از یک ابزار فعال بار تطبیق امپدانس. به جهت اجتناب از intermodulation و crossmodulation در مدارات فعال بایستی به اطلاعات تکنیکی زیر توجه شود:
ضریب فاکتور 20 log ( E/V) باید بین 15 و 25 دسیبل واقع شود.
مرتبه دوم در نقطه جلوگیری خروجی آنتن نباید کمتر از 50 دسیبل(میلی) باشد.
مرتبه سوم نقطه جلوگیری خروجی آنتن نباید کمتر از 50 دسیبل (میلی ) باشد.
شدت میدان مجاز برای کراس مدولاسیون ِ 10 دسیبل نباید کمتر از 10 ولت بر متر باشد.
ماکزیمم ارزش rms شدت میدان تداخلات مجاز ( damage threshold in lightning protection) نباید کمتر از ( 20 kV/m at 100 kHz and 200 kV/m at 10 kHz) باشد.
آنتن های پیشرفته که دارای مشخصات بالا می باشند بوسیله چند کارخانه تولید می شوند. در شدت های محلی بالا، که در موج متوسط و FM و باند های تلویزیونی رایج می باشد، حتی مشخصات بالا برای آنتن فعال مناسب نمی باشد و فرد باید آنرا به یک آنتن پسیو به بلندی 12 متر و بصورت تک قطبی که در شکل 2-3 نشان داده شده است طبقه بندی کند.
یک مثال از آنتن اکتیو(فعال) فشرده که برای به تصویر کشیدن و جهت یابی مورد استفاده می شود، یک جفت از حلقه های مغناطیسی فعال در پیکر بندی حلقه ای ضربدر می باشد. بالا و پایین یک جفت از حلقه ها در شکل 3-3- نشان داده شده است. این آنتن می تواند خیلی کوچک باشد تا 300 کیلو هرتزبه 30 مگاهرتز را پو شش دهد ولی دقت DF azimuth و حساسیتی آنتن های خیلی بزرگتر را دارد.
هر حلقه شامل یک نفوذ پذیری مغناطیسی بالا، میله آهنی پیچ خورده با یک سیم پیچ تبدیل چند گانه ( مضاعف) می باشد. این سیم پیچ با یک محافظ الکترواستاتیکی محافظت شده و قسمت خارجی آن به یک ترانسفورماتور متصل می باشد که همه اینها به این خاطر می باشد که آنتن را نسبت به اختلالات میدان الکتریکی محلی کمتر حساس کند و از این رو دقت DF را افزایش دهد. ترانسفورماتور تطبیق امپدانس، رد حالت مشترک و بالانس انتقال نا متعادل را بوجود می آورد.
یک آنتن قطبی شده عمودی و فعال که تمام فرکانس های VLF/LF/MF/HF را پوشش می دهد در شکل 4-3 نشان داده شده است.
2-3-2-3 ملاحضات کلی برای آنتن های HF
برای خرید کتاب سازگاری الکترومغناطيسی EMC( راهنمای کاربردی ) اینجا کلیک کنید.
برای خرید کتاب تجربیات عملی در تاسیسات الکتریکی اینجا کلیک کنید.
