الفهرس 
Wideband Antenna Array, A ReviewOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 17 |  |  |
| | | from | 17 | | |
Abstract
تلعب الهوائيات دورا بارزا في تطوير أجهزة الاتصالات اللاسلكية الحديثة ، بدءا من الهواتف المحمولة الى الملاحين لتحديد المواقع ، ومن بطاقات الشبكة بأجهزة الكمبيوتر المحمولة لاستقبال المحطات الفضائية.هناك سلسلة من متطلبات التصميم مثل: الحجم الصغير وعرض النطاق الترددي الواسع. وفي العديد من التطبيقات تستخدم هوائيات الدوائر الشريطية، وأحيانا لا يمكن تلبية متطلبات بعض الأنظمة بواسطة هوائي واحد مثل معامل كسب عالى مع الحفاظ على هيكل صغير الحجم وسمك رفيع لمصفوفة الهوائيات، مما يدعو إلى تطوير مصفوفة الهوائيات الشريطية. وتتصف الهوائيات الشريطية ذات السمك الصغيربثلاثة مزايا رئيسية بالنسبة للأنواع الأخرى من الهوائيات : انخفاض الوزن ، وصغر الحجم، وانخفاض تكلفة التصنيع. وبسبب هذه المميزات الجذابة تستخدم في عدة مجالات منها: العسكرية ، والفضاء ، والتطبيقات التجارية وتوظف مصفوفة الهوائيات الشريطية بدلا من هوائيات الكسب العالي التقليدية. ومع ذلك ، يمكن أن يقابل المزايا التي تتمتع بها مصفوفة الهوائيات الشريطية عيوب متأصلة منها : عرض النطاق الترددي الصغير (عادة أقل من 5 ٪) ، فقدان خط التغذية مرتفع نسبيا ، وانخفاض القدرة. وللتقليل من هذه الآثار يتم عمل تحليل دقيق وتطويرأساليب التصميم للحصول على التصميم الأمثل ، والمفاهيم الجديدة والمبتكرة أمر لا بد منه لنجاح عملية تطور مصفوفة الهوائيات الشريطية للتغلب على أوجه القصور مثل الإقتران المتبادل، وتأثير شعاع المسح الضوئي ، ونمط تشكيل تطوير مقسم القدرة ، ومطابقة المقاومة.
وايضا تلعب موجة السطح دورا مهيمنا في الإقتران المتبادل بين عناصر مصفوفة الهوائيات على ركائز ذات مادة عازلة عالية ، مما يؤثر على مستوى الفص الجانبي وعلى معامل كسب الفص الرئيسي في نمط الإشعاع. والإقتران المتبادل هي مشكلة مشتركة في مجال تطبيقات مصفوفات الهوائي ، فإنه يؤثر تأثيرا كبيرا على عمل جميع أنواع المصفوفات الهوائية. وهناك طرق عديدة وأقتراحات لمعالجة مشكلة الإقتران المتبادل في مصفوفة الهوائيات منها : طريقة فتح دائرة الجهد ، طريقة معاملات الإنعكاس ، طريقة تحليل الموجة الكاملة ، طريقة نمط العنصر ، طريقة المعايرة ، طريقة فك الارتباط بواسطة تصميم الهوائي واستقبال المقاومة المتبادلة. وفي عام 1990 م ، تم إستحداث إستخدام هيكل ذو حيز فجوات كهرومغناطيسية مع الهوائيات على نفس الركيزة مما أدى إلى إزالة الأنماط غير المرغوب فيها وسهولة التصنيع عوضا عن مفاتيح الأنظمة الكهربائية الميكانيكية الدقيقة للترددات اللاسلكية. لنفس الأسباب ، أصبحت الهياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية وتطبيقاتها في الهوائيات اتجاه البحوث العلمية الجديدة في مجتمع الهوائيات. واقترح لأول مرة للرد على بعض تحديات الهوائيات في الاتصالات اللاسلكية. على سبيل المثال :
- كيفية منع الموجات السطحية في المسطح الأرضى للهوائي ؟
- كيفية تصميم هوائي فعال صغير الحجم وقريب من المسطح الأرضى ؟
- كيفية زيادة كسب الهوائي؟
أدى اكتشاف الهياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية الى عدة حلول للمشاكل المذكورة أعلاه. ونظرا لتعقيد الهياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية ، فإنه عادة ما يكون من الصعب تحديد خصائصها من خلال الأساليب التحليلية. بدلا من ذلك ، يتم عمل محاكاة تعتمد على الوسائل الرقمية المتقدمة الشائعة و يتم استكشاف ملامح الرسم البياني لمرحلة التشتت ، ومقاومة السطح ، وانعكاس الوجه للهياكل المختلفة ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية. ويتم حاليا دراسة التفاعل بين الهوائيات والهياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية على نطاق واسع. وباختصار ، فقد ازدهرت بحوث الهياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية منذ بداية هذه الألفية الجديدة. ويتم تعريفها بصفة عامة على أنها فجوة كهرومغناطيسية صناعية دورية (و في بعض الأحيان غير دورية) تمنع أوتساعد في انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في نطاق معين من الترددات لجميع حالات زوايا السقوط والاستقطاب.
ولأن خصائص الموجات الكهرومغناطيسية فريدة من نوعها ، فقد تم استخدام الهياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية على نطاق واسع في الهوائيات ودوائر الميكروويف لتحسين أدائها. فنحن هنا نركز على الهوائيات ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية وتطبيقاتها في واقع الحياة ، والتي يتحسن الأداء فيها أكثر من بعض الهوائيات التقليدية . على سبيل المثال : هوائي محطة قاعدية ، وهوائي الهواتف النقالة، هوائيات لشبكة محلية لاسلكية ولوصلات الميكروويف وبعض الهوائيات ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية لتطبيقات نظام تحديد المواقع. الى جانب ذلك ، تستخدم بعض الهوائيات ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية في أنظمة الاتصالات وأنظمة القياس البيولوجي البعدي وفي أنظمة الإتصالات التي يمكن ارتداؤها أو زرعها في الجسم.
يتمثل الهدف الرئيسي للبحث في تطوير مواد هندسية ، مثل الهياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية ذات خصائص كهرومغناطيسية مرغوب فيها عند ترددات الميكروويف، وإستخدامها فى تطوير مجموعة من مصفوفات الهوائيات الشريطية المتطورة ذات النطاق العريض وتصنيعها واختبارها للحصول على العديد من متطلبات أنظمة الأتصالات الحديثة في سوق الإتصالات والحاسبات المحمولة (اللابتوب).
تتكون هذه الرسالة من ثمانية فصول :
الفصل الأول
يحتوي على الهدف من الرسالة وتصميمها الداخلي والإنجازات التي تمت فيها والمواد المستخدمة في تصميم هذه الهوائيات.
الفصل الثاني
عبارة عن مسح حول أنواع مختلفة من مصفوفة الهوائيات العريضة النطاق وطرق تقليل الإقتران المتبادل بين عناصر مصفوفة الهوائيات في المقالات المنشورة سابقا في المجلات العلمية العالمية. ثم قمنا بتحديد أهم أسباب الإقتران المتبادل وهو الموجات السطحية المتولدة في ركائز ذات مادة عازلة عالية ، مما يؤثر على مستوى الفص الجانبي وعلى معامل كسب الفص الرئيسي في نمط الإشعاع.
الفصل الثالث
ويشتمل على مسح حول الأنواع المختلفة الهياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية وطرق تحليلها لمعادلات رياضيه لتسهيل دراستها في المقالات المنشورة سابقا في المجلات العلمية العالمية. ثم قمنا بتحديد خصائص ومميزات وعيوب كل من : الهياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية على شكل مشروم و الهياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية المسطحة و الأرضيات المعيبة .
الفصل الرابع
ويتناول دراسة وتحليل مصفوفة هوائي وحيد القطب (monopole) المطبوع. حيث تم إثبات ودراسة معادلات وعلاقات مهمة لحساب مقاومة الدخل للهوائيات وحيدة القطب المطبوعة. ثم قمنا بعمل برنامج لحسابها باسخدم برنامج (MatLab). وتم دراسة معامل الإقتران ومعامل الكسب والكفاءة لمصفوفة الهوائيات وحيدة القطب المطبوعة. حيث أثبتت الدراسة تأثر معامل الإقتران بقرب عناصرالمصفوفة من بعضها بأقل من الطول الموجي للهوائي .
الفصل الخامس
يقدم الفصل الخامس تطبيق ودراسة تكنولوجيا الأراضي المعيبة (DGS) لتقليل معامل الإقتران لهوائيات تعمل في نطاق (ISM) في الشكل الموازي (E-plane) لإتجاه التيار والعمودي عليه (H-plane) أيضا. حيث تم تصميم هياكل أرضية معيبة على شكل (dumbell) وفحص تأثيرها على معامل الإقتران. وقد تم عمل الدوائر المكافئة للهوائيات باستخدام برنامج (ADS). حيث أوضحت الدراسة أن زيادة عدد الهياكل المعيبة يعمل على تقليل و تحسين معامل الإقتران على حساب معامل الكسب و الكفاءة بسبب كبر النموذج الإشعاعي الخلفي للهوائي.
الفصل السادس
يشتمل هذا الفصل على طريقة جديدة تسمى الهياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية على شكل مشروم حيث تستخدم لتقليل معامل الإقتران وتحسين معامل الكسب والكفاءة معا. فقد تم تحليل وتصميم ومحاكاة وتنفيذ هوائيات شريطية وحيدة القطب جديدة على شكل نسر وعلى شكل شعار المملكة العربية السعودية. وتم تصميم هياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية صغيرة على نفس شكل الهوائي الشريطي وتمت أضافتها بين عناص مصفوفة تلك الهوائيات وربطها بالأرضي عن طريق إستخدام (Via). حيث تم تحسين مناسب لكل من معامل الإقتران ومعامل الكسب والكفاءة. ولأن هذه الأشكال المصممة للهوائيات تشبه الشعارات الرسمية لكل من جمهورية مصر العربية والمملكة العربية السعودية فإنه يمكن إسخدامها على الملابس العسكرية أو شركات الأمن لتسهيل الإتصال فيما ينهم أو التعرف عليهم باستخدام تقنية تحديد الهوية بإستخدام الترددات الراديوية (RFID). ولأن هذه الهوائيات تعمل بالقرب من جسم الإنسان وخاصة الرأس (على الباريه) والبطن (على الحزام) فقد تم دراسة معدل الإمتصاص النوعي (ٍSAR) الذي يوضح تأثير تلك الهوائيات على جسم الأنسان. أوضحت الدراسة أن معدل الإمتصاص النوعي أقل ما يمكن طبقا للمعدلات العالمية.
الفصل السابع
تم تحليل وتصميم ومحاكاة وتنفيذ هوائيات شريطية وحيدة القطب محفورة فائقة الإتساع الترددي (UWB) جديدة على شكل نسر وعلى شكل شعار المملكة العربية السعودية. وتم تصميم هياكل ذات حيز الفجوات الكهرومغناطيسية صغيرة على نفس شكل الهوائي الشريطي وتمت أضافتها بين عناصر مصفوفة تلك الهوائيات. حيث تم تحسين مناسب لكل من معامل الإقتران ومعامل الكسب والكفاءة. ونظرا للإتساع الترددي لهذه الهوائيات فإنه يمكن استخدامها في الحاسبات المحمولة (اللابتوب). لذلك تم دراسة تأثير تركيبها و تشغيلها داخل اللابتوب مع زوايا فتح مختلفة. وأوضحت الدراسة أن اللابتوب ساهم في تحسين معامل الإنعكاس و الإقتران للهوائيات.
الفصل الثامن
ويقدم خاتمة الرسالة واهم النتائج التي تم التوصل اليها مع تقديم مقترحات لأعمال بحثية مستقبلية بإذن الله.
وقد تم تصنيع الهوائيات المصممة بإستخدام أحدث ماكينات تكنولوجيا الليزر ذات الدقة العالية وتم قياس أدائها بإستخدام جهاز المحلل الشبكي الإتجاهي (Anritsu 37297D) بمعهد الأمير سلطان لأبحاث التقنيات المتقدمة بجامعة المللك سعود وأوضحت النتائج وجود تطابق جيدجدا بين النتائج العملية والنظرية. وقد تم قياس النموذج الإشعاعي باستخدام غرفة خالية من الإشعاعات والإنعكاسات (NSI 700S-30) بمعمل الميكروويف في قسم هندسة الإتصالات والإلكترونيات بجامعة عين شمس. وقد وجد تطابق محمود بين النتائج الرقمية والقياسات المعملية.