Σχεδίαση και Bελτιστοποίηση Πολυσυχνοτικών Στοιχειοκεραιών
Creators: name: Μίαρης, Γεώργιος Σπ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Στοιχειοκεραίες
Ορθογωνική Μέθοδος
Σχεδίαση
Βελτιστοποίηση
Antenna Arrays
Orthogonal Method
Design
Optimization

description: Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε η ανάλυση και επέκταση της Ορθογωνικής Μεθόδου για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων σχεδίασης Στοιχειοκεραιών. Μετά την παράθεση των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των γραμμικών, των επίπεδων και των στοιχειοκεραιών τριών διαστάσεων, παρατίθενται οι ιδιότητες των στοιχείων τους. Στην συνέχεια εξηγούνται ιδιαίτερα οι ιδιότητες των χοανών, περιγράφεται δε μια αριθμητική μεθοδολογία σχεδίασης χοάνης με βέλτιστα χαρακτηριστικά. Αυτή αποτελεί και μία από τις συνεισφορές της παρούσας διατριβής. Στη συνέχεια γίνεται η επεξεργασία σχεδίασης γραμμικών στοιχειοκεραιών με ή χωρίς προϋποθέσεις, ως προοίμιο της εφαρμογής των μεθόδων σε στοιχειοκεραίες δύο διαστάσεων και έχοντας την ωφέλεια πως οι προσομοιώσεις γίνονται ταχύτερα σε γραμμικές στοιχειοκεραίες. Οι προϋποθέσεις αφορούν στους μηδενισμούς του διαγράμματος ακτινοβολίας σε συγκεκριμένες διευθύνσεις, στην ελαχιστοποίηση του διαγράμματος σε συγκεκριμένους γωνιακούς τομείς, στον καθορισμό του επιπέδου συγκεκριμένων πλευρικών λοβών και στον συνδυασμό όλων των παραπάνω. Στο κεφάλαιο αναπτύσσεται και η μεθοδολογία των διαταραχών που σε συνδυασμό με την ορθογωνική μέθοδο επιτρέπουν την αλλαγή της γεωμετρίας μιας στοιχειοκεραίας. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η μέθοδος της Ορθοσύνθεσης η οποία αποτελεί μια νέα παραλλαγή της ορθογωνικής μεθόδου. Σε όλες τις παραπάνω διαδικασίες δίνονται συγκεκριμένα αναλυτικά παραδείγματα. Στη συνέχεια γίνεται εφαρμογή κάποιων εκ των προηγούμενα παρουσιασμένων μεθόδων. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφεται εφαρμογή της ορθογωνικής μεθόδου διαταραχών με προϋποθέσεις σε επίπεδες στοιχειοκεραίες με μεγάλο αριθμό στοιχείων. Η συνάρτηση κόστους και η επεξεργασία γίνεται σε μορφή μητρώων. Το διάγραμμα ακτινοβολίας δίνεται ως αναλυτική συνάρτηση ή σε μορφή μάσκας. Ένα σύνολο παραδειγμάτων δείχνει τις δυνατότητες και την ακρίβεια της μεθόδου. Μεταξύ των άλλων στα παραδείγματα παρατίθενται περιπτώσεις που αφορούν στις κεραίες δορυφόρων. Οι κεραίες αυτές χρειάζεται να έχουν, εκτός των άλλων χαρακτηριστικών και πολυσυχνοτικό χαρακτήρα. Πράγμα που αποδείχθηκε ότι έχουν με την χρήση της ορθογωνικής μεθόδου. Οι προδιαγραφές των κεραιών δόθηκαν από την ESA και τα αποτελέσματα ήταν ιδιαίτερα ικανοποιητικά. Η διατριβή ολοκληρώνεται με το τελευταίο κεφάλαιο, στο οποίο εξηγούνται οι αριθμητικές δυσκολίες της ορθογωνικής μεθόδου και περιγράφονται οι μαθηματικές μέθοδοι με τις οποίες αντιμετωπίζονται. Στα τέσσερα πρώτα κεφάλαια φαίνονται οι διαδικασίες ενώ στο τελευταίο κεφάλαιο περιγράφονται οι δυσκολίες υλοποίησής τους. Στην συνέχεια εξηγούνται ιδιαίτερα οι ιδιότητες των χοανών, περιγράφεται δε μια αριθμητική μεθοδολογία σχεδίασης χοάνης με βέλτιστα χαρακτηριστικά. Αυτή αποτελεί και μία από τις συνεισφορές της παρούσας διατριβής. Στη συνέχεια γίνεται η επεξεργασία σχεδίασης γραμμικών στοιχειοκεραιών με ή χωρίς προϋποθέσεις, ως προοίμιο της εφαρμογής των μεθόδων σε στοιχειοκεραίες δύο διαστάσεων και έχοντας την ωφέλεια πως οι προσομοιώσεις γίνονται ταχύτερα σε γραμμικές στοιχειοκεραίες. Οι προϋποθέσεις αφορούν στους μηδενισμούς του διαγράμματος ακτινοβολίας σε συγκεκριμένες διευθύνσεις, στην ελαχιστοποίηση του διαγράμματος σε συγκεκριμένους γωνιακούς τομείς, στον καθορισμό του επιπέδου συγκεκριμένων πλευρικών λοβών και στον συνδυασμό όλων των παραπάνω. Στο κεφάλαιο αναπτύσσεται και η μεθοδολογία των διαταραχών που σε συνδυασμό με την ορθογωνική μέθοδο επιτρέπουν την αλλαγή της γεωμετρίας μιας στοιχειοκεραίας. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η μέθοδος της Ορθοσύνθεσης η οποία αποτελεί μια νέα παραλλαγή της ορθογωνικής μεθόδου. Σε όλες τις παραπάνω διαδικασίες δίνονται συγκεκριμένα αναλυτικά παραδείγματα. Στη συνέχεια γίνεται εφαρμογή κάποιων εκ των προηγούμενα παρουσιασμένων μεθόδων. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφεται εφαρμογή της ορθογωνικής μεθόδου διαταραχών με προϋποθέσεις σε επίπεδες στοιχειοκεραίες με μεγάλο αριθμό στοιχείων. Η συνάρτηση κόστους και η επεξεργασία γίνεται σε μορφή μητρώων. Το διάγραμμα ακτινοβολίας δίνεται ως αναλυτική συνάρτηση ή σε μορφή μάσκας. Ένα σύνολο παραδειγμάτων δείχνει τις δυνατότητες και την ακρίβεια της μεθόδου. Μεταξύ των άλλων στα παραδείγματα παρατίθενται περιπτώσεις που αφορούν στις κεραίες δορυφόρων. Οι κεραίες αυτές χρειάζεται να έχουν, εκτός των άλλων χαρακτηριστικών και πολυσυχνοτικό χαρακτήρα. Πράγμα που αποδείχθηκε ότι έχουν με την χρήση της ορθογωνικής μεθόδου. Οι προδιαγραφές των κεραιών δόθηκαν από την ESA και τα αποτελέσματα ήταν ιδιαίτερα ικανοποιητικά. Η διατριβή ολοκληρώνεται με το τελευταίο κεφάλαιο, στο οποίο εξηγούνται οι αριθμητικές δυσκολίες της ορθογωνικής μεθόδου και περιγράφονται οι μαθηματικές μέθοδοι με τις οποίες αντιμετωπίζονται. Στα τέσσερα πρώτα κεφάλαια φαίνονται οι διαδικασίες ενώ στο τελευταίο κεφάλαιο περιγράφονται οι δυσκολίες υλοποίησής τους.
description: In this thesis the analysis and extension of the Orthogonal Method for the solving of complex antenna array design problems was introduced. After reporting of the special characteristics of linear, planar and three-dimensional antenna arrays their element properties are presented. Horn properties are specially handled, as a numerical design method of an optimal horn with desired characteristics is presented.