در شکل زیر اندازه رسانایی شکاف ها بر حسب تغییر ارتفاع استوانه ها نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود با افزایش ارتفاع استوانه ها اندازه رسانایی شکاف ها در نتیجه میزان توان تشعشع شده توسط شکاف ها افزایش پیدا می کند. زیرا میزان خطوط میدان الکتریکی چرخش یافته بر روی شکاف ها افزایش پیدا می کند.

شکل ۵-۴ : رسانایی شکاف چرخش نیافته پیشنهاد شده بر حسب ارتفاع استوانه ها ( نرمالایز شده به λ)
اندازه طول رزونانس شکاف ها با افزایش ارتفاع استوانه ها از تا تقریبا به صورت خطی افزایش پیدا می کند.

آرایه موج رونده طراحی شده با ساختار پیشنهاد شده و نتایج شبیه سازی

بعد از بدست آوردن نمودار طراحی شکل ۵-۴ یک آرایه با ۵۸ شکاف که دارای مشخصات مشابه با آن چیزی که برای شکاف اریب انجام شد طراحی شده است. با بهره گرفتن از نمودار شکل ۵-۴ و جدول طراحی ۴-۱ مشخصات شکاف ها و ارتفاع استوانه ها بدست آمده و آرایه در نرم افزار CST و HFSS شبیه سازی شده و نتایج با هم مقایسه شده است. شبیه سازی با دو نرم افزار به این دلیل بوده است که این دو نرم افزار از دو روش عددی متفاوت استفاده می کنند.

نرم افزار CST از روش Finite integration time domainدر حوزه زمان و نرم افزار HFSS از روش Finite Elementدر حوزه فرکانس در تحلیل ساخارها استفاده می کنند.شمای کلی آرایه موج رونده طراحی شده با ساختار پیشنهاد شده در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل ۵-۵. شمای کلی آرایه طراحی شده با ساختار پیشنهاد شده

پهنای باند

در شکل زیر نمودار اندازه VSWR به وسیله نرم افزار های CST و HFSS محاسبه و کشیده شده است. همانطور که دیده می شود در کل پهنای باند فرکانسی،اندازه VSWR آرایه مقدار بسیار کمی است. نتایج دو نرم افزار نشان می دهد که اندازه VSWR زیر مقدار ۱.۱ می باشد.
شکل ۵-۶. نمودار اندازه VSWR آرایه با ساختار پیشنهد شده
البته اندازه پهنای باند فرکانسی بسیار بیشتر از این مقدار می باشد،اما همانطور که در مورد آرایه طراحی شده با شکاف اریب مطرح شد، در خارج از این باند اندازه سطح لوب کناری پترن ها بالا آمده و شکل پترن از هدف طراحی دور می شود.

الگوهای تشعشعی

در شکل های ۵-۷ و ۵-۸ پترن دایرکتیویتی آنتن طراحی شده در نرم افزار CST در فرکانس مرکزی به ترتیب در مختصات دکارتی و قطبی کشیده شده است. همانطور که مشاهده می شود اندازه ماکزیمم دایرکتیویتی آنتن ۲۲.۵ dB و پهنای بیم آن ۲درجه می باشد. این در حالی است که طراحی انجام گرفته برای پهنای بیم ۱.۹ درجه بوده است. با این که طراحی برای راستای بیم اصلی ۹۷.۲ درجه بوده است، همانطور که مشاهده می شود نتایج زاویه ۹۷.۵ درجه را نشان می دهند. اندازه سطح لوب کناری تقریبا -۳۳ dB می باشد که بسیار نزدیک به مقدار طراحی است. این موضوع نشان می دهد که در نمودار طراحی شکل ۵-۴ هم مانند شکاف اریب، اثر کوپلینگ متقابل بین شکاف ها، به خوبی در نظر گرفته شده است.

شکل ۵-۷ : پترن دایرکتیویتی آرایه طراحی شده در فرکانس ۲.۸۵ GHzدر مختصات دکارتی

شکل ۵-۸ : پترن دایرکتیویتی آرایه طراحی شده در فرکانس ۲.۸۵ GHz در مختصات قطبی
پترن دایرکتیویتی پلاریزاسیون متقاطع آنتن در شکل زیر مشاهده می شود. همانطور که مشاهده می شود پیک پلاریزاسیون متقاطع که ۵۰ درجه با بیم اصلی فاصله دارد تقریبا ۲۹ dB کمتر از ماکزیمم بیم اصلی می باشد. نسبت به آرایه طراحی شده با شکاف اریب اندازه پلاریزاسیون متقاطع تقریبا ۱۳.۵ dB بهبود پیدا کرده است. این مقدار پلاریزاسیون متقاطع مقدار مناسبی در کاربرد های راداری می باشد.

شکل ۵-۹ : پلاریزاسیون متقاطع آرایه طراحی شده در فرکانسGHz 2.85
در شکل ۵-۱۰ پترن اصلی و پلاریزاسیون متقاطع آرایه طراحی شده در فرکانس مرکزی در نرم افزار HFSS کشیده شده است. همانطور که مشاهده می شود نتایج نرم افزار HFSSتطابق بسیار خوبی با نتایج نرم افزار CST دارد.
اندازه سطح لوب کناری و پلاریزاسیون متقاطع بدست آمده با نرم افزار HFSS بسیار نزدیک به مقادیر بدست آمده با نرم افزار CST می باشد.

شکل ۵-۱۰ : پترن و پلاریزاسیون متقاطعآرایه طراحی شده با نرم افزار HFSS
شکل های ۵-۱۱ تا ۵-۱۵ پترن و پلاریزاسیون متقاطع آنتن در ابتدا و انتهای باند فرکانسی را نشان می دهند. همانطور که مشاهده می شود اندازه سطح لوب کناری و پلاریزاسیون متقاطع آنتن در کل باند پایین باقی می ماند.راستای بیم اصلی باتغییر فرکانس به اندازه ۹ درجه اسکن می کند. همانطور که مشاهده می شود اندازه دایرکتیویتی آنتن با افزایش فرکانس، افزایش پیدا می کند و اندازه پهنای بیم آنتن با افزایش فرکانس کم می شود.
شکل ۵-۱۱ : پترن دایرکتیویتی آرایه طراحی شده در فرکانس ۲.۷ GHz در مختصات دکارتی

شکل ۵-۱۲: پترن دایرکتیویتی آرایه طراحی شده در فرکانس ۲.۷ GHz در مختصات قطبی

شکل ۵-۱۳ : پلاریزاسیون متقاطع آرایه طراحی شده در فرکانسGHz 2.7

شکل ۵-۱۴ : پترن دایرکتیویتی آرایه طراحی شده در فرکانس GHz3 در مختصات دکارتی

شکل ۵-۱۵: پترن دایرکتیویتی آرایه طراحی شده در فرکانس۳ GHz در مختصات قطبی

شکل ۵-۱۶ : پلاریزاسیون متقاطع آرایه طراحی شده در فرکانس ۳ GHz

آنالیز حساسیت^[۶۹] ساختار پیشنهادی

یکی از مسائل مهم قبل از ساخت یک آنتن، بدست آوردن تلرانس^[۷۰] ساخت آن می باشد. در مورد آنتن طراحی شده در این تحقیق به دلیل اینکه آنتن از آرایه ای بسیار بزرگ تشکیل شده است و تعداد پارامترهایی که در طول ساخت ممکن است تغییر کنند زیاد می باشند، آنالیز حساسیت آن بسیار مشکل است.
برای بررسی آنالیز حساسیت unit-cell شکل ۵-۳ انخاب شده است به گونه ای که ارتفاع استوانه ها ۰.۵ سانتی متر می باشد که باعث می شود رسانایی نرمالایز شده هرکدام از شکاف ها ۰.۰۴ شود. سپسارتفاع استوانه ها (h)، عرض شکاف ها (w)، و عمق شکاف در بدنه پهن موجبر (d) به صورت رندوم با یک توزیع یکنواخت با تلرانس تغیر داده شده است و نزدیک به ۲۰۰۰ رسانایی محاسبه شده است. نمودار هیستوگرام^[۷۱] این رسانایی ها در شکل زیر مشاهده می شود.نتایج نشان می دهد که اندازه واریانس رسانایی هرکدام از شکاف ها می باشد که مقدار بسیار کمی است. این موضوع نشان می دهد که با تالرانس ساخت اندازه رسانایی شکاف ها تغییر چندانی نمی کند و مشخصات آرایه مانند سطح لوب کناری و پلاریزاسیون متقاطع تقریبا در مقادیر قبلیشان باقی می مانند.برای اثبات این موضوع پارامترهای آرایه طراحی شده با ۵۸ شکاف به صورت رندوم با تالرانس تغییر داده شده است. نتایج شبیه سازی در شکل های ۵-۱۸ ، ۵-۱۹ ، ۵-۲۰ و ۵-۲۱ نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود اندازه VSWR، پهنای بیم، سطح لوب کناری، پلاریزاسیون متقاطع و راستای بیم اصلی تغییر چندانی نمی کنند. همانطور که اشاره شد، قابلیت تیونینگ مزیت دیگر این ساخار پیشنهادی می باشد.

شکل ۵-۱۷ : نمودار هیستوگرام رسانایی شکاف ها

شکل ۵-۱۸ : اندازه VSWR آرایه طراحی شده با تالرانس ۱۰۰ میکرون

شکل ۵-۱۹ : پترن دایرکتیویتی آرایه طراحی شده با تالرانس ۱۰۰ میکرون در فرکانس ۲.۸۵ GHz