The Impact of Element Array Geometry on Side Lobe Suppression and Main Lobe Gain

إن صفائح الهوائيات تشكل حجر الزاوية في نظم الاتصالات والرادار والاستشعار الحديثة، فالترتيب المكاني لفرادى العناصر التي تشع على نحو مباشر، وهي تتحكم مباشرة في نمط الإشعاعات البعيدة المدى، مع ما يترتب على ذلك من آثار عميقة على قياسي الأداء الحاسمين: الكسب الرئيسي للفص، والقمع الجانبي للفص، ويمكن أن يؤدي ضعف التصميم الجغرافي إلى الحد من قوة الإشارة، والتدخل، والحساسية للنظام المتدهور.

أساسيات الهندسة الجيولوجية في الركن

ويصف قياسات هندسة الأري تصميم العناصر الهوائية في أحد الأبعاد أو بعدين أو ثلاثة، وتشمل أكثر التشكيلات شيوعاً صفائف خطية (أصفاد على طول الخط)، ومصفوفات مخطية (أعجوبة في شبكة)، ومصفوفات دائرية (أعصاب على حلقة)، ومصفوفات متطابقة (أعراض تُتبع سطحاً منحنى)، وتنتج كل قياسات جغرافية مختلفة عن نمط إشعاعي متعدد الأشكال.

Element Spacing and the Grating Lobe Condition

E[angle spacing is the single most influential geometric parameter. For a uniform linear array exhibits maxima at angles where the phase difference between adjacent elements equals integer multiples of 2: When spacing scand

عمليات الاتحادات الأرضية وخطاباتها

  • صفائف اللينار: ] Produce a fan-shaped beam with narrow width in the plane of the array and broad width in the orthogonal plane. Useful for 1D scanning.
  • صفائف من القطب: ] Provide two-dimensional beamteering and lower sidelobes due to additional degrees of freedom. Commonly used in satellite communications and radio.
  • Circular spectrums:] Offer 360° azimuthal coverage without rotating the array. The pattern is omnidirectional in the plane, but sidelobes can be higher unless optimized.
  • Conformal spectrums:] Conform to non-planar surfaces (e.g., aircraft fuselage, missile nose) They reduce aerodynamic drag but complicate phase compensation and pattern synthesis.

موقع لوبي الرئيسي: How Geometry Governsivity

وتتمثل مكسب الفص الرئيسي في مدى فعالية تركيزات المصفوفة على القوة المشعّة في الاتجاه المنشود، وبالنسبة لمجموعة من العناصر الأيزوترونية N ، فإن أقصى التوجيه يتناسب مع ]N عندما تكون العناصر متحمّسة ومساحات في نصف الكرة الأرضية.

أثر المباعدة بين الولادات على التوجيه

In wider spacing increases the effective aperture area, raising directivity-up to the point where grating lobes appear. For a given number of elements, arranging them in a larger aperture through wider spacing yields a narrower main beam and higher gain. For example, a 10-elementar array with d

المرحلة الثانية:

ويحدّد الاتجاه الرئيسي للفصائل التحول التدريجي عبر المجموعة، وفي صفيحة خطية، تُعدّ مجموعة ثابتة من المصافحة من الشعاع إلى زاوية غير مُنحت من قبل Squial] Squiesin /(2)() أما بالنسبة للصفائف المُعدّلة، فإن التحكم في المرحلة المستقلة في كلا الأكسدة يتيح للمستويات السائل الأساسية التي تُعدين أن تكون مُحدّدَين.

حجم الانبعاث وكفاءة التلقيح

إن الاختلال المادي لصفيف - المنطقة التي تغطيها عناصره - يرتب درجة عالية من التوجيه، ويتوقف الكسب الفعلي، في حالة معينة، على مدى تضخيم النسيج، على أن يكون الاختلاط الرئيسي غير متجانس، إذ إن توزيع السعة الواحدة على النطاق الترددي يؤدي إلى أعلى درجة من التوجيه، ولكنه أيضاً إلى ارتفاع التكاليف الجانبية (نحو - 13 كيلوغراماً من أجل صفيفة من الكبريت).

قمع جانبي: الاستراتيجيات التي تم سحبها في الهندسة

الفصائل الجانبية هي ذروة غير مرغوب بها في نمط الإشعاع الذي يمكن أن يعترض التدخل، أو يكشف موقع الصفوف، أو يخلق أهدافاً مزيفة، وقمعها أمر حيوي لرفض الرادار، وتأمين الاتصالات، وعلم الفلك الراديوي، وتقوم الهندسة بدور مركزي في عدة تقنيات للقمع.

القفزة الطولية

- إحياء الضخمات الإثارة عبر الرافعة في الوسط، وضعف عند مستويات الحواف - الإقلال من الجانب.

  • Chebyshev (Dolph-Chebyshev): ] Yields the narrowest main lobe for a given sidelobe level (SLL). All sidelobes are equal in altitude, this is an opt-off for linear arrays.
  • Taylor (Taylor n-bar): ] Provides a smooth taper with a controlled number of near-in sidelobes, then a decay. Preferred for reflector feeds and spectrums where equal sidelobes are undesirable.
  • Binomial:] Produces extremely low sidelobes but expands the main beam significantly; rarely used in practice due to low efficiency.

ويوسع نطاق تسجيلات السعة بشكل فعال الفتحة الفعالة، ويقلل من المكاسب التي تُدفع من 1 إلى 3 من بروميد الميثيل حسب شدة الشرائط، وبالنسبة لـ -30 من ملصق شيبيشيف على صفيفة من 20 عنصرا، تنخفض التوجيه من 13 دي بي إلى 11.5 د.

غير نظامي لساعات المباعدة بين الجنسين

وبدلاً من تسجيل الكمائن، يمكن أن يتفاوت المرء في المواقف الأساسية - وهي تقنية تسمى Sparse] أو ) يمكن أن تحقق صفائف أساسية متطورة ، بينما يؤدي التباعد غير الرسمي إلى تعطيل الدوريات التي تسبب القذف بالكورب ويمكن أن تقلل من مستوى التوزيع الجانبي دون الحصول على الشريط.

المرحلة الثانية:

ويمكن أن يؤدي تعديل مرحلة فرادى العناصر إلى بطلان اتجاهات مصادر التدخل، وهذا أمر فعال بشكل خاص في صفائف التكيف، وفي حين أن الترجيح التدريجي لا يوقف جميع الأطراف مباشرة، فإنه يمكن أن يخلق باطلا عميقا في زوايا محددة، ويحد من أثر التدخل القوي، ويؤثر في الارتفاعات الأرضية على الباروكة والعمق اللذين يمكن تحقيقهما: فالصفائف ذات الفتحات الأكبر حجما يمكن أن تنتج باطلا أضيق.

Array Shape and Aperiodic Layouts

كما أن صفائف العناوين والهجنة تنتج في جوهرها ذروة جانبية أقل من صفائف خطية موحدة لأن قياسها الجيودي يكسر حالة الفص الملتوي في الزومبيوث، كما أن صفيفة من الطراز مع حد دائري (غير متكرر) تقلل من آثار الانتشار من الزوايا، وتخفض من القاع الجانبية قرب الشعاع الرئيسي، وتحتاج صفائف من العمود الفقري إلى مزيد من شبكات الطاقة.

التجارة: الموازنة بين الغن وقطعة اللوبي الرئيسية

وكل أسلوب للقمع يأتي بتكلفة تكسب أو ترجح، ف]]]يكفاء الكمال ] يصف ذلك: فهو نسبة التوجيه الفعلي إلى التوجيه الذي يُعدّه نفس الحجم، وبالنسبة للصفيفة الصفية، فإن نطاق كفاءة الشرائط يتراوح بين 100 في المائة (غير رسمي) و40 في المائة بالنسبة لجهاز مصمم متين.

Chebyshev vs. Taylor Weighting

إن وزن الشيشان يقلل إلى أدنى حد من استخدام الفص الرئيسي لمستوى من نوعه، مما يجعله مثالياً للتطبيقات التي تتطلب حلاً منفرداً عالياً، مثل الرادار الاحتكاري، غير أن هيكل اللوبي المتساوي يفرق الطاقة إلى زوايا بعيدة، وهو ما يمكن أن يثير إشكالية بالنسبة للنظم ذات الحزمة القوية في زوايا معينة.

مثال: خط سيري لواذر رادار

- النظر في صفيحة من طراز 32 إلى 13 من الرادار الجوي الذي يعمل بـ 3 جيهرتز (كذلك = 10 سم) مع وجود نصف وزن ثابت واحد ونصف وزات موحدة، فإن التوجيه هو: 15 دبياً وأول نقطة من نوع DB.13 لتجنب صدى زائف من القاطع الأرضي، و30 دالاً من الفول الجانبي، و1.2 إلى 13 من الكميات المنخفضة.

Sparse Array Trade-Offs

ويؤدي هذا الكم إلى تخفيض عدد العناصر (وذلك التكلفة والوزن) مع الحفاظ على حجم الأثاث، ويمكن أن تحقق مجموعة رقيقة تبلغ 50 في المائة من عامل التعبئة، أسلاك فصية رئيسية مماثلة لصفيفة كاملة السكان، ولكن الرفض الجانبي البالغ الذروة قد يصل إلى - 10 باء ما لم يكن على النحو الأمثل، مع وجود فترات دقيقة (مثلا، باستخدام جهاز تسجيل الكثافة)، فإن متوسط الادخار الجانبي يمكن بلوغه - 20 د.

الدراسات الجغرافية المتقدمة من أجل تحسين الأداء

فالتطبيقات الحديثة تدفع حدود الجيولوجيا التقليدية، وهناك عدة تشكيلات متقدمة تقدم أماكن تجارية محسنة.

"الرصاص المُلطخ"

وتزيل الصفوف المائلة جزءاً من العناصر من شبكة منتظمة، فالوفورات في التكلفة والوزن واستهلاك الطاقة كبيرة، ويمكن أن تضع الخوارزميات التعظيمية عناصر نشطة لتقليل الذروة الجانبية إلى أدنى حد، وعلى سبيل المثال، صفيفة تخطيطية مسدودة مع 100 عنصر موزعة على 20 كيلو متراً مربعاً يمكن أن تحقق [18]

MIMO Array Geometries

وتستخدم نظم الرادار والاتصالات المتعددة النواتج صفائف افتراضية تنشأ عن نقل العناصر وتلقيها، وباعتماد مواقع جغرافية مختلفة لعناصر TX و RX، يمكن أن تكون الفتحة الافتراضية أكبر بكثير من الجسد، وتستخدم قياسات الهندسة الكلاسيكية للأشعة فوق البنفسجية صفيفة من الطراز TX و RX، موزعة حسب الموجات المتعددة، لتوليد صفيفة افتراضية ذات نمط فرعي محسن.

Conformal and 3D Arrays

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

المحاكاة والتقدير والنظر في المسائل العملية

ويتطلب تحديد أثر قياسات الجيولوجيا المصفوفة والتحقق منه أدوات متطورة.

النموذج الإلكتروني المغنطيسية

وتحسب مذيبات الموجات الكاملة (مثلاً، محطة الفضاء الأوروبية، لجنة العلم والتكنولوجيا، ومنظمة الكاكاو) التقارب بين العناصر، الذي يمكن أن يغير إلى حد كبير النمط من التنبؤ بمعامل الصفصاف البسيطة، وتضاعف من أوجه القصور في عنصر التغيير ومراكز المرحلة الفعالة، ولا سيما بالنسبة لمستودعات التباعد بين المناطق الصغيرة أو غير الكوكبية، ويجب على المهندسين أن يُعيدوا قياس الأرض والتغذية لتحقيق الفصي والأداء الجانبي.

القياس في الدوائر الانتخابية

وتتحقق قياسات المسح في الحقول البعيدة أو القريبة من الحقول من التصميم، وبالنسبة للصفائف الكبيرة، فإن التقنيات القريبة من الحقول تقلل من مسافة القياس المطلوبة، وهي أهداف نموذجية: التحقق من من كسب الفص في حدود 0.5 د.ب ] من المحاكاة، وتؤكد أن مستويات النسيج لا تزال دون العتبة المحددة على حجم المسح المعتزم.

التخفيف المتبادل

وفي صفائف الكثافة (الفصل بين 0.5 و)، يمكن أن يثير التقاربات الجانبية ويقلل من المكاسب، وكثيرا ما تكون هناك حاجة إلى تقنيات مثل شبكات التفكيك، أو تشكيل المخططات الأرضية، أو تحقيق النمط الأمثل للعناصر، وبالنسبة للصفائف الدائرية المجهزة بشكل وثيق، فإن نمط الانقلاب غير متناسق ويستلزم معايرة دقيقة.

خاتمة

إن قياس مجموعة عناصر الهوائي ليس مجرد مخطط ميكانيكي، بل هو العامل المحدد الذي يرسم نمط الإشعاع، كما أن سرعة التسلسل، ونوع الترتيب، وشرائط الطول، والترجيح التدريجي لجميع النظم التفاعلية لتحديد المكسب الرئيسي للفص، ومستوى القمع الجانبي للفص، ولا توجد قياسات جغرافية واحدة هي المثل الأمثل لجميع التطبيقات؛ وتظهر أفضل مسحات من المبادلات المتعمدة بين تقنيات التكوين الجانبي، والارتقاء بالوزن.

For further reading, consult Balanis, Antenna Theory] for foundational theory, Antenna-Theory.com[Fteninization:5] for practical examples, and recent IEEEEs optims on Antenna conformation