بررسی تمام‌موج میدان‌های دور و نزدیک یک شناور و استخراج میدان دور از داده‌های میدان نزدیک پراکنده‌ شده در باند فرکانسی ایکس

محورهای موضوعی : مخابرات میدان و موج

فرزاد خواجه خلیلی ¹ (مرکز طراحی آنتن- شرکت موج افزار فردا، اصفهان، ایران)
رضا جوکار ² (دپارتمان مهندسی برق- موسسه آموزش عالی کیان، شاهین شهر، اصفهان، ایران)

تاریخ دریافت : 1401/06/16 تاریخ پذیرش : 1401/10/10 تاریخ انتشار : 1401/10/10

کلید واژه: شناور, سطح مقطع راداری, میدان دور, میدان نزدیک, باند ایکس,

چکیده مقاله :

در این مقاله، به تشریح میدان های دور و نزدیک یک شناور در محیط نرم افزار تمام موج فناوری شبیه سازی کامپیوتری (CST) پرداخته می شود. در همین راستا، میدان دور به کمک داده های حاصل از میدان نزدیک پراکنده شده استخراج می گردد. ابتدا به منظور تبیین روش مورد استفاده برای محاسبه میدان نزدیک پراکنده شده، یک ساختار ساده (مکعب فلزی) شبیه سازی می شود. پس از آن، با شبیه سازی تمام موج یک شناور به ابعاد 1/23×20×8/130 سانتی متر مکعب یا 3λ 103×54/1 در فرکانس 5/8 گیگاهرتز از باند ایکس (X)، میدان های دور و نزدیک آن با توجه به روش مذکور محاسبه و گزارش می شود. در ادامه، میدان دور این شناور به کمک داده های موجود از میدان نزدیک پراکنده شده، به دست می آید. مشخصه سطح مقطع راداری این شناور نیز با استفاده از حل کننده مجانبی نرم افزار CST محاسبه می گردد. بیشینه سطح مقطع راداری شناور در فرکانس 5/8 گیگاهرتز برابر با 51/2 متر مربع است. به منظور محاسبه تمامی میدان های الکتریکی دور و نزدیک، از حل کننده حوزه زمان استفاده شده است. سادگی محاسبه میدان دور از میدان نزدیک که در این مقاله ارائه شده، باعث می گردد که بتوان ساختارهای مشابه را نیز با استفاده از همین روش، مورد بررسی و تحلیل قرار داد.

چکیده انگلیسی:

In this paper, the far- and near-fields of a vessel are discussed in the full-wave CST software environ­ment. In this regard, the far-field is extracted with the help of the data obtained from the scattered near-field. First, to explain the method used to calculate the scattered near-field, a simple structure (metal cube) is simulated. Then, by simulating the full-wave of a vessel with the dimensions of 130.8×20×23.1 cm3 or 1.54×103 λ3 at 8.5 GHz from the X-band, its far- and near-fields were calculated and reported according to the mentioned method. In the following, the far-field of this vessel is obtained with the help of the available data from the scattered near-field. The characteristic of the radar cross section (RCS) of this vessel is also calculated using the Asymptotic solver of the CST software. The maximum RCS of the vessel at 8.5 GHz is equal to 2.51 m2. In order to calculate all near- and far-electric fields, the Time Domain solver has been used. The simplicity of calculating the far-field from the near-field presented in this paper makes it possible to analyze similar structures using the same method.

منابع و مأخذ:

[1] A. Yaghjian, "An overview of near-field antenna measurements", IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 34, no. 1, pp. 30-45, Jan. 1986 (doi: 10.1109/TAP.1986.1143727).

[2] P. Petre, T.K. Sarkar, "Planar near-field to far-field transformation using an equivalent magnetic current approach", IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 40, no. 11, pp. 1348-1356, Nov. 1992 (doi: 10.1109/8.202712).

[3] O. Orgeira, G. León, N.J.G. Fonseca, P. Mongelos, O. Quevedo-Teruel, "Near-field focusing multibeam geodesic lens antenna for stable aggregate gain in far-field", IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 70, no. 5, pp. 3320-3328, May 2022 (doi: 10.1109/TAP.2021.3139093).

[4] M.A. Benchana, A. Khalfallaoui, S. Taba, A. Babouri, Z. Riah, "A hybrid equivalent source-particle swarm optimization model for accurate near-field to far-field conversion", Integration, vol. 89, pp. 134-145, Mar. 2023 (doi: 10.1016/j.vlsi.2022.12.001).

[5] R.R. Alavi, R. Mirzavand, A. Kiaee, P. Mousavi, "An adaptive data acquisition technique to enhance the speed of near-field antenna measurement", IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 70, no. 7, pp. 5873-5883, July 2022 (doi: 10.1109/TAP.2022.3145452).

[6] Y. Su, Z.N. Chen, "A radical transformation-optics mapping for flat ultra-wide-angle dual-polarized stacked GRIN MTM Luneburg lens antenna", IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 67, no. 5, pp. 2961-2970, May 2019 (doi: 10.1109/TAP.2019.2900346).

[7] T.K. Sarkar, A. Taaghol, "Near-field to near/far-field transformation for arbitrary near-field geometry utilizing an equivalent electric current and MoM", IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 47, no. 3, pp. 566-573, Mar. 1999 (doi: 10.1109/8.768793).

[8] Y. Zhang, Y. Jia, X. Liu, J. Li, "Research on near far field transform algorithm based on probe compe­nsat­ion", Journal of Physics, vol. 1827, pp. 1-6, Jan. 2021 (doi: 10.1088/1742-6596/1827/1/012135).

[9] B. Yan, S.A. Saoudy, B.P. Sinha, "A low cost planar near-field/far-field antenna measurement system", Proceeding of the IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium 1997, pp. 152-155, Digest, Montreal, QC, Canada, July 1997 (doi: 10.1109/APS.1997.630109).

[10] P.M. Morse, H. Feshbach, "Methods of theoretical physics", McGraw-Hill, New York, 1953, Chapter 13.

[11] Y. Rahmat-Samii, V. Galindo, R. Mittra, "A plane-polar approach for far-field construction from near-field measurements", IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. AP-28, no. 3, pp. 216-230, Mar. 1980 (doi: 10.1109/TAP.1980.1142316).

[12] L.I. Williams, Y. Rahmat-Samii, "Novel bi-polar planar near-field measurement scanner at UCLA", Proceeding of the IEEE/APS, pp. 1446-1449, London, Ontario, Canada, June 1991 (doi: 10.1109/AP­S.1­991.175122).

[13] F. Khajeh-Khalili, M.A. Honarvar, "Novel tunable peace logo planar metamaterial unit-cell for millimeter-wave applications", ETRI Journal, vol. 40, no. 3, pp. 389-395, June 2018 (doi: 10.4218/etrij.2018-0013).

[14] F. Khajeh-Khalili, M.A. Honarvar, M. Naser-Moghadasi, M. Dolatshahi, "High‐gain, high‐isolation, and wideband millimetre‐wave closely spaced multiple‐input multiple‐output antenna with metamaterial wall and metamaterial superstrate for 5G applications", IET Microwaves, Antennas and Propagation, vol. 15, no. 4, pp. 379-388, Mar. 2021 (doi: 10.1049/mia2.12055).

[15] F. Khajeh-Khalili, M.A. Honarvar, M. Naser-Moghadasi M. Dolatshahi, "Gain enhancement and mutual coupling reduction of multiple‐intput multiple‐output antenna for millimeter-wave applications using two types of novel metamaterial structures", International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering, vol. 30, no. 1, pp. 1-9, Jan. 2020 (doi: 10.1002/mmce.22006).

[16] P. Shirvani, F. Khajeh-Khalili, M.H. Neshati, "Design investigation of a dual-band wearable antenna for tele-monitoring applications", AEU-International Journal of Electronics and Communications, vol. 138, pp. 1-8, Aug. 2021 (doi: 10.1016/j.aeue.2021.153840).

[17] W. Yeung, M. Narasimhan, M. Karthikeyan, "Evaluation of Fourier integrals using a FFT with improved accuracy and its applications", IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 33, no. 8, pp. 924-926, Aug. 1985 (doi: 10.1109/TAP.1984.1143325).

[18] C.H. Schmidt, T.F. Eibert, "Near-field to far-field transformation utilising multilevel plane wave represe­nt­ation for planar and quasi-planar measurement contours", IET Microwaves, Antennas and Propagation, vol. 4, no. 1, pp. 1829- 1836, Nov. 2010 (doi: 10.1049/iet-map.2009.0076).

[19] C. Apriono, N. Nofrizal, M.D. Firmansyah, F.Y. Zulkifli, E.T. Rahardjo, "Near-field to far-field transfo­rm­ation of cylindrical scanning antenna measurement using two dimension fast-Fourier transform", Proceeding of the IEEE/QiR, pp. 368-371, Nusa Dua, Bali, Indonesia, July 2017 (doi: 10.1109/QIR.201­7.816­8513).