از سال ۱۸۷۷م كه نخستين آنتن ساده توسط هرتز ساخته شد. نظريه طراحي آنتن ها به سرعت پيشرفت كرده است و اين پيشرفت ادامه دارد، با توجه به اينكه آنتن ها جزئي از يك سيستم مخابراتي الكترونيكي هستند، بايستي تكنولوژيست ها و مهندسين برق الكترونيك در اين زمينه دانش كافي داشته باشند. اميد است در اين مقال اندك كه در زير به اجمال عنوان فصول آن را خواهيم آورد، قدمي هر چند كوچك در اين راه برداشته باشيم .

اين پايان نامه از ۵ فصل تشكيل شده است. فصل اول در قالب طرح تحقيق به بررسي تاريخچه و نيز اهميت مساله مورد تحقيق مي پردازد. قابل ذكر است كه اهداف ويژه تحقيق در اين مساله نيز با توجه به عنوان و روش انجام اين تحقيق به جاي فرضيه ها و سوال هاي تحقيق در طرح تحقيق گنجانده شده است.
در فصل دوم به مباني مبحث آنتن ها – انواع و پارامترهاي آن پرداخته شده است . آنتن مايكروويو بوقي و مخروطي و نيز آنتن هاي آرايه اي از جمله آنتن هاي مهم مورد بحث مي باشند . جهت دهندگي آنتن ، پهناي شعاع آنتن ، مقاومت پرتو افكني آنتن ، امپدانس ورودي آنتن ، سطح موثر و طول موثر آنتن پلاريزاسيون آنتن و … نيز از جمله شاخص ترين پارامترهاي آنتن مي باشند كه در اين فصل درباره آنها سخن گفته شده است .
در فصل سوم به بحث پيرامون شبكه هاي كامپيوتري مي پردازيم . مطالب مورد بحث در اين فصل شامل توضيح مختصري در مورد سخت افزار شبكه ، نرم افزار شبكه ، پشته ي پروتكلي ۸۰۲٫۱۱ – به عنوان مهمترين شبكه ي محلي بي سيم – و نيز پشته ي پروتكلي ۸۰۲٫۱۶ – مهمترين شبكه ي بي سيم باند گسترده- مي باشند .
در فصل چهارم آنتن هاي هوشمند و كاربرد و مزيت آنها در شبكه هاي بي سيم در بخش اول اين فصل و نيز آنتن هاي آرايه فازي به طور تخصصي تر در بخش دوم اين فصل مورد بحث قرار مي گيرند .
فصل پنجم نيز نتيجه گيري كلي و پيشنهاد به ديگر پژوهندگان علاقه مند به اين موضوع را شامل مي شود . اميد كه مفيد محضر خوانندگان محترم قرار گيرد .
والسلام علي من اتبع الهدي؛ گردآورندگان. مهر ۸۵

 

فصل اول

طرح
تحقیق

طرح تحقيق

تاريخچه مختصري در باره ي موضوع تحقيق:
همانطور كه مي دانيد عنوان شبكه در برگيرنده مفهومي وسيع است كه شبكه چاه هاي آب روستايي ( قنات ها)، شبكه ي نهرها و كانال هاي آبياري مزارع، شبكه آب و فاضلاب شهري، شبكه گاز شهري، شبكه پدافند هوايي و نيز شبكه هاي كامپيوتري هر كدام به نحوي تداعي كننده مفهوم كلي اين كلمه مي باشند.
البته واضح است كه با توجه به پيشرفت چشمگير كامپيوتر و تكنولوژي هاي وابسته به آن (جمع آوري، پردازش و توزيع اطلاعات) در دنياي امروز، شبكه هاي كامپيوتري در تمامي مفاهيم كه از شبكه عنوان شد، وارد شده اند، و نرم افزار هاي كامپيوتري كارهاي مديريت، نظارت و كنترل كليه شبكه هاي ياد شده را به عهده گرفته اند. پيوند فرخنده كامپيوتر و مخابرات اتفاقي بود كه هر دو صنعت را دچار تحولات عظيم كرد. اكنون ديگر مفهوم اتاقي با يك كامپيوتر بزرگ به نام « مركز كامپيوتر» كه افراد كارهايشان را به آنجا مي آورند، به كلي منسوخ شده است. مدل قديمي كامپيوتر بزرگي كه تمام كارهاي محاسباتي سازمان را انجام مي دهد، اكنون جاي خود را به تعداد زيادي كامپيوتر كوچك متصل به هم داده است. به اين سيستم ها شبكه هاي كامپيوتري (computer netwoks) گفته مي شود.

دو كامپيوتر وقتي « به هم متصل اند» كه بتوانند با يكديگر اطلاعات رد و بدل كنند. الزامي نيست كه اين اتصال از طريق سيم هاي مسي باشد، فيبرهاي نوري، امواج مايكروويو، مادون قرمزو ماهواره هاي مخابراتي هم مي توانند عامل اين ارتباط باشند.
در اينجا پس از طرح مساله شبكه هاي بي سيم، مهمترين مساله بررسي آنتن هاي قابل استفاده در اين شبكه ها مي باشد، كه در ابتدا لازم مي دانيم تاريخچه مختصري از پيدايش آنتن را نيز در اختيار خوانندگان محترم قرار دهيم.
مبناي نظري آنتن ها بر معادلات ماكسول استوار است. جيمز كلارك ماكسول (۱۸۳۱-۱۸۷۹) در سال ۱۸۶۴ در حضور انجمن سلطنتي انگلستان نظريه خود را ارائه داد؛ مبني بر اينكه نور و امواج الكترو مغناطيسي پديده هاي فيزيكي يكساني دارند. همچنين پيش بيني كرد كه نور و اختلالات الكترو مغناطيسي را مي توان به صورت امواج رونده داراي سرعت برابر توجيه كرد. در سال ۱۸۸۲ فيزيكدان آلماني هاينريش هرتز (۱۸۹۴-۱۸۷۵) با افزايش تحقيقات در اين زمينه ادعاي ماكسول را در عمل اثبات كرد و نشان داد كه امواج الكترو مغناطيسي در فضا منتشر مي شود. هرتز، آنتن هايي از نوع دو قطبي و سهموي را نيز ساخت. مهندس برق ايتاليايي ماركوني (۱۹۳۷

-۱۸۷۴) نيز يك آنتن استوانه ميكروويو در طول موج ۲۳ سانتي متري را ساخت، ولي كارهاي بعديش براي حصول برد مخابراتي بهتر در طول موج هاي بلند تر بود. فيزيكدان روسي الكساندر پوپوف (۱۸۹۵-۱۹۰۵) نيز اهميت كشف امواج راديويي را توسط هرتز تشخيص داد و يك سال بعد، قبل از ماركوني شروع به فعاليت كرد. اغلب افتخار كاربرد اولين آنتن در اولين سيستم راديويي را در سال ۱۸۷۹ براي ارسال سيگنال از كشتي به ساحل در مسافت ۳مايل به او مي دهند. در هر حال اين ماركوني بود كه راديوي تجارتي را توسعه داد و مخابرات راديويي را در ماوراي اقيانوس اطلس ايجاد كرد. ماركوني را پدر راديوی آماتور مي شناسند. لازمه ارتباط در اين سال ها با آنتن محدود به وجود مولدهاي سيگنال بود. ساخت مولدهاي سيگنال كلايستروني و مگنتروني ( در حدود يك گيگا هرتز ) باعث شد كه آنتن هاي بوقي توسعه يابند. در طول جنگ جهاني دوم اولين كوشش ها جهت توسعه آنتن هاي مدرن براي رادار انجام گرفت، و هم اكنون آنتن هاي پيشرفته اي جهت ارتباط مايكروويوي و راداري ساخته مي شوند. كه آنتن هاي آرايه فازي از جمله ي اين آنتن ها مي باشند. كه در فصول آتي به آنها خواهيم پرداخت.

اهميت انجام تحقيق:
با توجه به پيشرفت روز افزون تكنولوژي ارتباطات و البته ارتباطات بي سيم، درجه اهميت شبكه ها، به ويژه شبكه هاي بي سيم براي عموم و البته دانشگاهيان پر واضح است. اما مطلب مورد بحث درباره اهميت انجام اين تحقيق، ميزان كارايي نتيجه اين پژوهش در مسير رشد و تعالي نيروي هوايي ارتش جمهوري اسلامي ايران است، كه در اين مقال بايستي به آن پرداخته شود.
همانطور كه مي دانيد شبكه پدافند هوايي كشور C3 از زمان شهيد بزرگوارسر لشكر منصور ستاري در مسير تمركز و هماهنگي بهينه و در واقع نهادينه كردن سيستم C4I و ورود كامپيوتر به اين عرصه، قرار گرفته است. در اين راستا بر آن شديم، كه با مطالعه در مورد شبكه هاي كامپيوتري و ملزومات آنها بستري جهت آمادگي هر چه بيشتر خود و نيز خوانندگان محترم فراهم آوريم؛ كه به توسعه و پيشرفت در شبكه پدافند هوايي كشور در آتيه نزديك انجامد. (ان شاء ا… ) زيرا كه معتقديم دست يابي به هر تكنولوژي و پيشرفت در آن، منوط به شناخت پايه اي و بنيادي آن تكنولوژي مي باشد. در اين بين با توجه به گستردگي قلمرو فضايي كشور و مخارج عظيم ارتباطات باسيم، تكنولوژي شبكه هاي بي سيم از ملزومات اين امر به نظر مي رسد؛ كه ما سعي كرده ايم به معرفي آنها بپردازيم اميد كه مقبول حق و مطلوب نظر خوانندگان قرار گيرد.
اهداف كلي تحقيق :
فراهم نمودن زمينه و استعداد بالقوه در مسير توسعه شبكه پدافند هوايي كشور، به عنوان

يك شبكه بي سيم كارا، بزرگ و متمركز از طريق ايجاد آمادگي علمي بنيادي درمورد شبكه هاي بي سيم و آنتن هاي مورد استفاده در آنها در ميان پرسنل آينده پدافند هوايي ارتش جمهوری اسلامي ايران.
هدف هاي ويژه تحقيق :
– شناخت كلي شبكه هاي كامپيوتري و به ويژه شبكه هاي بي سيم.
– شناخت انواع روش هاي مدولاسيون جهت تهيه سيستم هاي ارتباطي لازم براي طراحي يك شبكه بي سيم بزرگ و ممتركز.
– شناخت آنتن و انواع آن.
– شناخت آنتن هاي هوشمند و مزيت بكار گيري آن ها در شبكه هاي بي سيم.
روش انجام تحقيق :
با توجه به اينكه در اين پايان نامه به شناخت كلي شبكه هاي بي سيم و نيز تجزيه وتحليل ملزومات آنها از جمله آنتن هاي قابل استفاده در آنها پرداخته شده است، براي انجام اين تحقيق از

روش موردي و زمينه اي بهره گرفته شده است؛ كه نتيجه مي گيريم اين تحقيق در سطحي مياني از لحاظ سطح بندي تحقيقات، قرار گرفته است و ديدي بين حال نگر و آينده نگر از نظر زماني،بر مساله دارد.
جامعه آماري در اين مسير اساتيد محترم دانشكده مهندسي كنترل و نيز دانشكده مهندسي برق بوده اند. محيط پژوهش كتابخانه دانشكده هاي برق و كامپيوتر و نيز كتابخانه دانشكده برق دانشگاه صنعتي امير كبير و نيز كتابخانه مركزي دانشگاه هاي صنعتي شريف و تربيت مدرس بوده است.
روش گردآوري اطلاعات نيز بر پايه ترجمه متون انگليسي از كتاب هاي جديد منتشر شده در اين زمينه و نيز نمونه برداري از ميان پايان نامه هاي دانشجويان دانشگاه هاي يادشده بوده است.

فصل دوم
مبانی
آنتن
انواع و پارامترهای آن

مباني آنتن
انواع و پارامتر هاي آن

۲_۱: تاريخچه:
از آغاز تمدن بشري مخابرات اهميت اساسي را براي جوامع انسانها داشته است. كه در مراحل ابتدايي مخابرات توسط امواج صوتي از طريق صدا صورت گرفت. و سپس در مسافت طولاني تر از ابزارهاي مخابراتي نوري كه از قسمت مرئي طيف الكترومغناطيسي است، استفاده شده و تنها در تاريخ اخير بشر است كه طيف الكترومغناطيسي خارج از ناحيه مرئي براي ارتباطات راه دور از طريق امواج راديويي به كار برده شده است.
آنتن راديويي يك قطعه اساسي در هر سيستم راديويي مي باشد. يك آنتن راديويي يك ابزاري است كه امكان تشعشع يا دريافت امواج راديويي را فراهم مي سازد.

 

همانطوري كه مي دانيم يكي از بزرگترين منابع انسان طيف الكترومغناطيسي است و آنتن ها دراستفاده ازاين منبع طبيعي نقش اساسي را ايفا كرده اند.حال تاريخچه مختصري از تكنولوژي آنتن ها و بعضي از كاربردهاي آنها در زير ارائه مي شود:
مبناي نظريه آنتن ها بر معادلات ماكسول استوار است. جيمزكلارك ماكسول (۱۸۳۱-۱۸۹۷) در سال ۱۸۶۴ در حضور انجمن سلطنتي انگلستان نظريه خود را مبني بر اينكه نور و امواج الكترو مغناطيسي پديده هاي فيزيكي يكساني هستند ارائه داد.فيزيكدان آلماني هاينريش هرتز ( ۱۸۵

۷- ۱۸۹۷) در سال ۱۸۸۶ توانست صدق ادعا و پيش بيني ماكسول را مبني بر اينكه كنش ها و پديده هاي الكترو مغناطيسي مي توانند در هوا منتشر شوند را نشان دهد و همچنين وي آنتن هاي دو قطبي و حلقوي و نيز آنتن هاي سهموي استوانه اي پيچيده اي را که داراي دو قطبي هايي در امتداد خط كانوني شان بودندرا بعنوان تغذيه ساخت.مهندس برق ايتاليايي( گوگليمو ماركوني ) فيزيك استوانه سهمي ميكروويودر طول موج ۲۳ سانتي متر را براي انتقال اوليه اش ساخت، ولي كارهاي بعديش براي حصول برد مخابراتي بهتر در طول موج هاي بلندتر بود. براي اولين بار در مخابرات راديويي در ماوراي اقيانوس اطلس در سال ۱۹۰۱، آنتن فرستنده شامل يك فرستنده جرقه اي بود كه بين زمين و يك سيستم شامل ۵۰ عدد سيم قائم متصل مي شود.فيزيكدان انگليسي «الكساندر پوپوف » ( ۱۹۵۹-۱۹۰۵) نيز اهميت كشف امواج راديويي را درسال۱۸۹۷برای ارسال يك سيگنال از كشتي به ساحل درمسافت ۳ مايل نشان داد. در هر حال اين ماركوني بود كه راديوي تجارتي را توسعه داده و مي توان او را پدر راديوی آماتور دانست.
پس از سال ۱۹۲۰، با استفاده از مولدهاي سيگنال مانند لامپ « تريود دوفارست » ، ساخت آنتن هاي تشديد مانند دو قطبي نيم موج امكان يافت. قبل از جنگ دوم جهاني مولدهاي سيگنال مگنترون و كلايسترون ميكروويو( در حدود۱ گيگا هرتز) همراه با موج هاي تو خالي اختراع و توسعه يافتند. اين تحولات منجر به ابداع و ساخت آنتن هاي بوقي شد.در خلال جنگ جهاني دوم يك فعاليت وسيع طراحي، و توسعه براي ساخت سيستم هاي رادار منجر به ابداع انواع مختلف آنتن هاي بشقابي، عدسي های آرايه اي شكافي موج بري شد. حال با توجه به اين مقدمه عوامل مختلفي را كه در انتخاب بين خطوط انتقال يا آنتن ها دخالت دارند بيان می كنيم.بطور كلي خطوط

انتقال در فركانس هاي پايين و فواصل كوتاه عملي هستند، فركانس هاي بالا اغلب به علت پهناي باند موجود بكار مي روند. با افزايش فواصل و فركانس ها تلفات سيگنالي و هزينه هاي كاربردي خطوط انتقال بيشتر مي شود ودرنتيجه استفاده از آنتن ها ارجحيت مي يابد.
بطور كلي تعدادي از موارد استفاده آنتن ها بدين صورت مي باشد :
الف – درمخابرات راديو سيار شامل هواپيماها، فضاپيماها، كشتي ها يا خودروهاي زميني بكار برد.
ب – كاربرد آنتن ها در سيستم هاي راديويي سخن پراكندگي مانند راديوي خودروي متحرك سيار و كاربردهاي غير سخن پراكني مانند سيستم هاي راديو سيار ( مانند پليس، آتش نشاني، امداد،…) و راديو آماتور.
ج – استفاده از تكنولوژي راديويي بجاي استفاده از خطوط انتقال.
بعنوان مثال در آمريكا بيشتر از نصف مكالمات تلفني دور ( بين شهري) توسط ارتباطات راديويي

ميكروويو انجام مي گيرد. و با توجه به اينكه هر سال هزينه هاي دستگاه هاي راديويي كاهش يافته و اطمينان پذيري آنها بهبود مي يابد، كاربردهاي سيستم هاي راديويي ارجحيت مي يابد.
۲_۲: انواع آنتن ها از نظر كاربرد :
آنتن ها از نظر ساختار و نوع كاربرد به انواع مختلفي تقسيم مي شوند،كه درذيل به تعدادي از آنها اشاره مي شود
الف) آنتن هرتز : آنتن هرتز در فاصله اي بالا واقع شده و ممكن است بطور افقي يا عمودي باشد و براي فركانس هاي زياد به كار مي رود.
ب) آنتن ماركني : در اين نوع آنتن، انتهاي پايين مولد به زمين متصل است و سطح زمين بجاي صحفه هادي
به كار مي رود. طرز توزيع جريان و ولتاژ براي فركانس اصلي، چهل برابر طول آنتن مي باشد و اين آنتن براي
فركانس هاي كم مورد استفاده قرار مي گيرد.آنتن ماركني در بعضي موارد ممكن است براي فركانس هاي بالا به كار رود، مثل آنتن هاي ارتباطي هواپيما كه در اين حالت بدنه هواپيما بجاي زمين عمل مي كند.
پ) آنتن شلاقي : معمولي ترين آنتني است كه در عمليات تاكتيكي براي ايجاد ارتباط در ساخت هاي نسبتاً كوچک بكار مي رود. بيشتر آنتن هاي شلاقي طوري طراحي شده اند كه در زماني

كه مورد احتياج نيستند با فشار جزيي يك قسمت، داخل قسمت ديگر قرار مي گيرند. وقتي كه آنتن هاي شلاقي در باند فركانسي زياد كار مي كنند، طول آن ها معمولاً كسر كوچكي از طول موج مي باشد و در اين حالت بايد يك سيم پيچ به خاصيت القايي زيادي به كاربرده شود تا آنتن مزبور به حالت هماهنگي صحيح درآيد.
ت ) آنتن لوزي ( روبيك) : اين آنتن از چهار سيم ساخته شده است كه به شكل لوزي متصل شده اند و موازي زمين قرار گرفته اند. با قرار دادن چرخ ها روي دكل های نگهدارنده، مي توان ارتفاع آنتن را نسبت به زمين تغيير داد.منبع تغذيه در حالت فرستنده توسط خط انتقال متعادلي از يك سو ب آنتن بوجود آيد. توجه كنيد كه خط انتقال متعادل، خط انتقالي است كه امپدانس در بازوي آن نسبت به زمين برابر باشد.در فضاي آزاد حداكثر پرتو افكني آنتن در امتداد قطر بزرگ لوزي صورت مي گيرد و پلاريزسيون آن افقي است.اين آنتن به علت سادگي طرح در فرستنده ها و گيرنده ها كاربرد زيادي داشته و به منظور ايجاد ارتباط در مسافت هاي زياد و كار فركانس هاي بالا به حد زيادي مورد استفاده قرار مي گيرد.همچنين اين آنتن در ارتباطات منطقه به كار مي رود. زيرا در باند وسيعي به كار رفته و نصب و نگهداري آن ساده تر از آنتن هاي ديگر مي باشد عيب اصلي آن اين است كه احتياج به يك زمين وسيع دارد.
ث) آنتن V معكوس : اين آنتن از دكل نارسانا و دو رشته سيم مطابق شكل (۲-۱) شده است.

شكل۲٫۱:آنتنVمعكوس
خط انتقال بين نقطه A و زمين وصل مي شود. انتهاي آنتن( نقطه C) را به وسيله مقاومت متصل مي کنند. تعداد R نزديک امپدانس مشخصه خط ABC برگزيده مي شود تا مانع از هر گونه بازتاب موج و در نتيجه، روي سيم آنتن ABC موج پيش رونده بوجود مي آيد. در اين آنتن، اندازه زاويه αداراي اهميت است و بسته به کاربرد، بايد به گونه اي ويژه برگزيده شود، در صورتي که اين آنتن بالاي صفحه رساناي کاملي قرار گرفته باشد، جهت جريان هاي تصوير، عکس جريان هاي آنتن خواهد بود حداکثر پرتو در امتداد زمين، داراي پلاريزاسيون عمودي، براي انتشار از راه يونسفر مناسب نيستندو تنها به عنوان آنتن گيرنده امواج زميني و يا سطحي در بخش پايين نوار فرکانس بالا، مورد استفاده قرار مي گيرند.
چون اين آنتن ها در مجاورت زمين، داراي شعاع هاي فرعي بي شماري با پلاريزاسيون افقي ن

يز هستند، امواج ناخواسته رسيده از جهت هاي ديگري دريافت مي کنند که داراي پلاريزاسيون عمودي و يا افقي هستند که اين مساله از نکات منفي اين امر است.
ج) آنتن ماکروويو: اصول اصلي کار اين آنتن ها، کار کردن آنها در ناحيه ماکروويو (۱۰۰-۳۰۰MHZ) مي باشد. خاصيت ماکروويو نزديکي آنها در طيف فرکانسي به امواج نوري مي باشد. بيم اين نوع آنتن ها بعضا توسط منعکس کننده شلجمي تمرکز مي يابد.
دو نوع از آنتن هاي ماکروويو عبارت اند از آنتن بوقي شکل و آنتن مخروطي:
ج_۱) آنتن بوقي شکل( شيپوري) HORN ANTENNA:

 

آنتن هاي شيپوري در شکل هاي مختلفي وجود دارند که سه نوع از متداول ترين آنها در اينجا نشان داده شده است. شيپور بخشي فقط در يک جهت وسيع شده و شبيه به منعکس کننده سهموي جعبه قوسي است. شيپور هرمي در دو جهت وسعت پيدا نموده و داراي شکل يک هرم ناقص است.
شيپور مخروطي (دايره اي) نيز شبيه به اين بوده که به موج بر دايره اي ختم خواهد شد اگر زاويه درشکل بزرگ باشد شيپور کم عمقي خواهيم داشت که در نتيجه موجي که شيپور را ترک مي کند، کروي شده و پرتو تشعشعي جهت دار نخواهد شد.اين نتيجه را در مورد دو زاويه باز شدن شيپور هرمي نيز مي توان اعمال نمود. از طرفی اگر زاويه خيلي کوچک شده باشد، در نتيجه دهنه شيپور و جهت داري آن هر دو صدمه مي بينند.

سه نوع آنتن بوقي داراي هندسه مستطيلي در شکل (۲٫۲) نشان داده شده است.

شكل ۲_۲ : آنتن هاي بوقي مستطيلي. الف- بوق قطاعي صفحه H ؛ ب – بوق قطاعي صفحه E ؛ ج- بوق هرمي.
يک موج مستطيلي که ديواره پهنش به طور افقي قرار دارد، اين بوق ها را تغذيه مي کند. اگر در ساختار بوق، بعد ديواره پهن موج انبساط و گسترش يابد، ولي ديواره باريکش بدون تغير و ثابت بماند، آنتن بوقي قطاعي صفحه Hناميده مي شود. از سوي ديگر، اگر بوق تنها بعد صفحه E را گسترش دهد، آن را آنتن بوقي قطاعي صفحه Eمي نامند. هنگامي که هر دو بعد موجي گسترش يابد، به آنتن بوقي هرمي موسوم است.
اکثر آنتن هاي بوقي از طريق موج برها تغذيه مي شوند، اما در عين حال مي توان از مبدل هاي خطوط کواکسيال به موج نيز استفاده کرد. پلاريزاسيون آنتن هاي بوقي به صورت خطي يا دوار است. بوق ها داراي بهره بالا، نسبت موج ايستاي (VSWR) پايين، پهناي باند نسبتا وسيع و وزن کم هستند و ساخت آن ها نيز نسبتا آسان است آنتن هاي بوقي يا به تنهايي مورد استفاده قرار مي گيرندو يا به عنوان تغذيه کننده آنتن هاي بشقابي به کار مي روند.
ج_۲) آنتن مخروطي CONE ANTENNA:
با افزايش سيم يک قطبي ساده مي توان پهناي باند آنرا افزايش داد. اين اصل را مي توان براي افزايش پهناي باند با استفاده از سيم هايي که شکل مخروطي دارند بکار برد.
_ آنتن مخروطي نا محدود: اگر سيم هادي آنتن دو قطبي از دو سطح هادي مخروطي بي نهايت تشکيل شده باشند، به طوريکه رئوس مخروط ها با فاصله بسيار کمي از محل تغذيه آنتن باشند، آنرا آنتن مخروطي نامحدود مي گويند. چون ابعاد آنتن بي نهايت است؛ از ديد منبع، اين آنتن مانند يک خط انتقال بي نهايت مي باشد، يعني در اين حالت جريان روي سطح هادي هاي مخروطي به صورت شعاعي جاري مي شود و توليد امواج الکترو مغناطيسي با مد TEM مي کند.
اگر بجاي يكي از مخروط ها يک صفحه هادي کامل مسطح گذاشته شود، نوع تک قطبي آنتن مخروطي بدست مي آيد. در عمل ايجاد مخروط نامحدود غير عملي است و لذا اين نوع آنتن به صورت آنتن مخروطي محدود بکار مي رود. که در شکل(۲٫۳) نشان داده شده است.
_آنتن ديسک و مخروط ( مخروط ناقص): اگر يکي از مخروط ها در آنتن دو مخروطي مح

 

دود توسط يک صفحه زمين به شکل يک ديسک جايگزين شود،ساختاري به شکل يک آنتن ديسک مخروط يا آنتن تک مخروطي پديد مي آيد.

شكل ۲٫۳ : الف- آنتن دو مخروطي نا محدود ؛ ب- آنتن دو مخروطي محدود
آنتن ديسک و مخروط همانند يک دو قطبي قائم براي پلاريزاسيون قائم و پوشش تقريبا يکنواخت در کليه زواياي سمت ، يعني پرتو همه جهتي بکار مي رود. اين آنتن در يک محدوده وسيع از فرکانس ها يعني
چندين اوکتاو عملکرد رضايت بخشي داشته و پرتو تشعشعي و خواص امپدانسي قابل قبولي را حفظ مي کند.

شكل۲٫۴: الف- پرتو تشعشعي يك آنتن دو مخروطي نامحدود ؛ ب- آنتن ديسك و مخروط
مخروط و ديسک مي تواند از ورق هاي توپر فلزي يا سيم هاي شعاعي ساخته شود.
به طورايده آل پرتو تشعشعي بين صفحه زمين و مخروط همانند آنتن دو مخروطي نامحدود مي باشد. اين پرتو همه جهتي براي کاربردهاي سخن پراکني مناسب است.
چ) آنتن آستيني: ساختار کلي اين آنتن ها به اين شکل است که در آن يک آنتن لوله اي هادي دور يک عنصر تشعشع کننده به کار مي رود. چون آنتن دو قطبي حساسيت زيادي به فرکانس دارد و پهناي باندش کمتر از يک اوکتاو مي باشد، افزودن يک آستين به يک دو قطبي حساسيت زيادي به فرکانس دارد و پهناي باندشان به بيشتر از يک اوکتاو مي رسد.
اين آنتن ها درابتدا براي ارتباطات دو جانبه کشتي با ساحل، ساحل با کشتي، زمين به هوا، هوا به زمين و انتشارات ارتباط جمعي بکار گرفته مي شد. اين آنتن همه جهته مي باشد و توانايي عمليات در محدوده وسيعي از فرکانس در باند فرکانسي را دارد.
ح) آنتن حلزوني:شکل(۲٫۵) يک آنتن حلزوني هم زاويه مي باشد.

امپدانس، پرتو تشعشعي و پلاريزاسيون اين آنتن در طيف وسيعي از فرکانس تقريبا ثابت مي باشد.

شكل ۲٫۵ : آنتن حلزوني
محل تغذيه تقريبا وسط مي باشد و بزرگترين شعاع و ثابت ها در مشخصات آنتن تاثير دارد. معادله لبه هاي اين آنتن به صورت زير است؛:a ضریب گسترش

پرتو تشعشعي آنتن حلزوني هم زاويه تقريبا به صورت cosθ مي باشد که حول z عمود بر صفحه آنتن است و لذا پهناي شعاع نيم توان آن حدود ۹۰ درجه است.پلاريزاسيون ميدان تشعشعي آن تحت زاويه وسيعي حدود ۷۰ درجه مي باشد.
اين آنتن ها خود به دو بخش تقسيم مي شوند:
۱- آنتن هاي حلزوني مستقل از فرکانس

۲- آنتن هاي متناوب لگاريتمي
ذ) آنتن هاي آرايه اي ARRAY ANTENNA : براي توليد يک پرتو جهت دار مي توان چندين آنتن را در رديف و آن ها را تغذيه نمود. چنين ترکيبي را آنتن ها ي آرايه اي مي گويند. چندين آنتن کوچک را مي توان در يک آرايه به کاربرد و پرتو يک آنتن بزرگ را بدست آورد. گر چه مشکل بزرگی و حجم آنتن از بين مي رود، ولي مساله تغذيه آنتن هاي کوچک مطرح مي گردد. براي رفع اين مشکل ، فن آوري نيمه هادي ها تا حدودي کارایی دارد. از مزيت هاي عمده اين آنتن ساخت ارزان آن بوده و همچنين اسکن يا مرور کردن يک شعاع اصلي به صورت الکترونيکي ميسر مي شود. اين

شعشعي را در فضا چرخاند.
اين نوع آنتن را آرايه فازي مي گوئيم.از جمله کاربردهاي آرايه فازي در رادار مي باشد. آرايه ها ترکيبات مختلف هندسي دارند.
ابتدایي ترين آنها آرايه خطي است که در آن مراکز عناصر آرايه بر روي يک خط راست قرار دارد؛ اين عناصر ممکن است به فواصل مساوي يا غير مساوي قرار گرفته باشد. اگر مراکز عناصر آرايه در يک صفحه قرار گرفته باشند آنها را آرايه صفحه اي مي گويند.آنتن آرماني،آنتني است که همه تواني را که از منبع تغذيه به آن مي رسد، در جهات مورد نظر با پلاريزاسيون دلخواه در فضا پخش کند. آنتن هاي عملي به صورت آرماني عمل نمي کنند.
۲-۳ ‍: پارامترهاي آنتن :
براي اندازه گيري و مقايسه کيفيت عملکرد آن ها، پارامترهايي مانند پرتو افکني، ضريب جهت دهندگي، شعاع اصلي و فرعي، پهناي شعاع، مقاومت پرتو افکني، امپدانس ورودي، بازده پرتو افکني، پهناي نوار فرکانس و مانند آنها را تعريف مي کنيم.
نمودار پرتو افکني آنتن ها:
نمودار پرتو افکني آنتن ها، يکي از مهمترين پارامترهاي آنتن ها به شمار مي آيد و بسياري از پارامترهاي مهم ديگر به آن ارتباط دارند . اين نمودار چگونگي پخش توان الکترومغناطيسي را در همه نقاط ، در فاصله ثابتي(معمولادور از آنتن) نشان مي دهد.
دستگاه مختصات نمايش نمودار پرتو افکني:
امواج منتشر شده در همه آنتن ها عملي در فواصل دور از آنها، تقريبا امواج کروي هستند. اين امر بدين معنا است که شدت ميدان هاي آنتها، با توان اول فاصله کاهش مي يابد و تاخير فاز آنها با r متناسب است.
به همين دليل دستگاه مختصات کروي مناسب ترين دستگاه مختصات براي ترسيم نمودار پرتو افکني آنتن ها مي باشد. به منظور آساني کار، آنتن را در مرکز مختصات قرار مي دهيم و هر نقطه دلخواه p در فضا را با مختصات ) , (r,برابر شکل (۲٫۶) مشخص مي کنيم.

شكل ۲٫۶: دستگاه مختصات كروي.

براي مقايسه دستگاه مختصات مستطيلي(x,y,z) نيز در شکل نشان داده شده است. ملاحظه مي کنيد که r فاصله نقطه p از مرکز مختصات است و θزاويه بين خط OP محور z مي باشد. تصوير نقطه p بر روي صفحه xy را با نقطه p΄ نشان داده ايم. زاويه ، زاويه خطOP΄ از محور x

مي باشد. تبديل مختصات کروي به مستطيلي و بر عکس، در مواردي، در حل مسائل آنتن ها لازم مي شود که با استفاده از اصول هندسي، به آساني انجام پذير خواهد بود.
نمودار پرتو افکني سه بعدي و دو بعدي :
آنتني را در نظر بگيريد که در مرکز مختصات کروي قرار دارد. اکنون سطحي کروي به شعاع ثابت rرا پيرامون مرکز مختصات در نظر بگيريد و فرض کنيد هدف ما، اندازه گيري و يا محاسبه مقدار ( قدر مطلق) ميدان الکتريکي موج منتشر شده از آنتن، در هر نقطه بر روي سطح کروي باشد از

آنجا که بيشتر آنتن ها امواج را به طور يکنواخت در فضا پخش مي کنند؛ مقدار ميدان الکتريکي E، تابعي از , خواهد بود.
) , E(نمودار پرتو افکني ميدان الکتريکي آنتن ناميده مي شود. به همين ترتيب، مي توان به جاي مقدارE در هر نقطه بر روي سطح کره، ميانگين زماني چگالي توان موج را اندازه گيري و ترسيم کرد و تابع
) P( که به اين ترتيب بدست مي آيد، نمودار پرتو افکني توان آنتن ناميده مي شود. نمودار پرتو افکني هر آنتن، نموداري سه بعدي است که در شکل (۲٫۷)نشان داده شده است.

شكل۲٫۷ : نمونه نمودار پرتو افكني سه بعدي.

همانطور که در شکل مشاهده مي شود، انجام هر گونه محاسبه از روي اين نمودارها دشوار است. از آنجايي که نمودار پرتو افکني بيشتر آنتن هاي عملي از تفاوت هايي برخوردار هستند؛ معمولا نمودار پرتو افکني را در صفحات ويژه به صورت نمودار هاي دو بعدي ترسيم مي کنند. در صورتيکه θرا براي مقدار انتخاب کنيم، صفحه yz بدست مي آيدکه در آن نمودار پرتو افکني فقط تابعي از θمي باشد. نمودار پرتو افکني آنتن هاي عملي معمولا در اين صفحات اصلي داراي تقارن هستند. اين دو صفحه اصلي به ترتيب صفحات افقي و عمودي ناميده مي شوند و نمودارهاي پرتو افکني در اين دو صفحه نيز به همين نام ها معروف هستند.

اين نمودارها تنها يک متغير هستند که در دستگاه مختصات قطبي و يا مستطيلي به آساني ترسيم پذير مي باشند در شکل( ۲٫۸ ) نمودارپرتو افکني افقي ميدان الکتريکي يک آنتن نشان داده شده است.

شکل ۲٫۸: نمودار پرتو افکني ميدان الکتريکي يک آنتن.
الف) مختصات قطبي ب) مختصات مستطيلي

در اين شکل مي بينید که حداکثر ميدان در زاويه اتفاق مي افتد. از آنجا که معمولا مقادير نسبي ميدان در نمودار پرتو افکني هستند، همه مقادير ميدان را نسبت به مقدار حداکثر، هنجار می کنيم. به این ترتيب، نمودار پرتو افکني هنجار شده و يا نسبتي به دست مي آيد که حداکثر آن برابر واحد است. بزرگترين شعاع نمودار شعاع اصلي ناميده مي شود. با افزايش زاويه مقدار شعاع اصلي کم مي شود تا به صفر مي رسد، دوباره مقدار نسبي ميدان رو به افزايش مي گذارد تا به ماکزيمم جديدي رسيده و سپس صفر مي شود. اين شعاع را شعاع پهلويي مي نامند. به همين ترتيب ماکزيمم هاي ديگري موجود است و شعاع هاي ديگري وجود دارند که شعاع هاي فرعي آنتن ناميده مي شوند. در اين نمودار يک شعاع اصلي دو شعاع پهلويي و سه شعاع فرعي ديگر ديدهقطبي، وضعيت کلي شعاع هاي مختلف را با روشني بيشتري نشان مي دهد و در مختصات مستطيلي جزئيات نمودار با دقت بيشتري ديده مي شود.
نمودار پرتو افکني درفضاي آزاد و در مجاورت زمين :
نمودار پرتو افکني معمولا براي آنتن در فضاي آزاد داده مي شوند و فرض بر اين است که استفاده کننده از آنتن، اثر بازتاب زمين و غيره را بسته به شرايط نصب آنتن به شمار می آورد و نمودار پرتو افکني اين اثر را در نظر دارد. در برخي کاربردها مانند آنتن کشتي و يا هواپيما، نمودارهاي پرتو افکني با توجه به انعکاس ها از سطوح فلزي موجود مانند عرشه کشتي و يا بال هاي هواپيما و مانند آنها تعيين مي شود. بهر حال لازم است در هر نمودار پرتو افکني شرايط موجود در اندازه گيري و يا محاسبه آن به روشني قيد شود.
نمودار پرتو افکني آنتن فرستنده و گيرنده:
نمودار پرتو افکني آنتن فرستنده، شيوه توزيع ميدان ويا چگالي توان منتشرشده ازآنتن را در فاصله معيني
در جهات مختلف نشان مي دهد.به همين ترتيب نمودار پرتوافکني آنتن گيرنده با شدت ميدان الکتريکي ويا توان دريافتي آنتن از موجي با شدت ميدان و يا توان واحدي برابرمي باشد،که از جهت معيني به سوي آنتن مي تابد.
.
شکل۲٫۹: ترتيب آنتن ها در تعيين نمودار پرتو افکني
براي اندازه گيري نمودار پرتو افکني آنتن مورد آزمايش در حالت فرستنده آنتن را با منبع تغذيه اي با ولتاژ v تحريک مي کنيم و جريان آنتن کوچک تر تعيين کننده مقدار ميدان الکتريکي موج آنتن در آن نقطه است، اندازه گيري مي کنيم. اکنون اگر محل منبع ولتاژ v آمپرترA را تعويض کنيم، نمودار پرتو افکني آنتن مورد آزمايش را به صورت گيرنده اندازه گيري مي کنيم. مقادير نسبت g/v متناسب با مقدار ميدان ايجاد شده در هر نقطه اندازه گيري در دو حالت مختلف است ،که آنتن مورد آزمايش به صورت فرستنده و گيرنده عمل مي کند.
جهت دهندگي آنتن ها:
براي بدست آوردن نمودار پر تو افکني آنتن، شدت ميدان و يا چگالي ميانگين زماني، توان را بر روي سطح کره بزرگي به مرکز آنتن اندازه گيري مي کنيم. اکنون فرض کنيد که اين اندازه گيري در همه نقاط بر روي سطح کروي مقدار ثابتي را بدست دهد. چنين آنتني را آنتن داراي پخش يکسان و يا فاقد جهت دهندگي می ناميم. ساخت چنين آنتني در عمل خالی از اشکال نیست واز اهمیت

چندانی هم برخوردار نمی باشد. در بيشتر کاربردها، آنتن هايي که توان را در جهت معين و مورد نظر پخش کنند، يعني داراي جهت دهندگي باشند،مطلوب هستند. براي مثال، در مورد رادار که پيدا کردن دقيق موقعيت هدفي مورد نظر است، از آنتني با شعاع باريک استفاده مي شود. در مورد يک فرستنده راديويي که در مرکز شهر قرار دارد، آنتني مورد استفاده قرار مي دهيم که در صفحه افقي، پرتو زياد و تقریبا يکنواختي داشته باشد، اما در جهت عمود بر صفحه افق پرتو آن اندک باشد. به طو رخلاصه آنتن جهت

دهنده، آنتني است که در برخي جهات بيشتر از جهات ديگر توان منتشر مي کند.
پهناي شعاع و پهناي شعاع نيم توان:
نمودار پرتو افکني آنتن هایي که نسبت طول موج کوچک هستند، غالبا تنها داراي يک شعاع اصلي است که زاويه و يا پهناي گسترده اي را در بر مي گيرد. اما آنتن هاي بزرگ، نسبت به طول موج، غالبا داراي يک شعاع اصلي با پهناي کوچک هستند که توان پرتو افکني در آن محدوده زياد است و زاويه با پهناي کوچکي دارد. همچنين اين آنتن ها داراي تعدادي شعاع هاي فرعي هستند که

از نظر توان پرتوافکني در آن نواحي، کوچک هستند. نمودار پرتوافکني هنجار شده آنتني عملي ،در صفحه اي ويژه، در شکل نشان داده شده است. باريکي و يا پهناي شعاع اصلي از ويژگي هاي مهم هر آنتن به شمار مي آيد، که آن را به طور کمي با مشخصه (پهناي شعاع)،مشخص می کنیم. برای پهنای شعاع معمولترین تعریف، پهناي شعاع نیم توان است. در اين تعريف، زاويه بين دو نقطه شعاع را که شدت تواني برابر نصف شدت حد اکثر توان دارند، معين مي کنيم و آن را پهناي شعاع نيم توان مي ناميم. نظر به اينکه توان آنتن در دو انتهاي اين دو نقطه، ۳ دسي بل از حداکثر توان آنتن کمتر است، پهناي شعاع نيم توان را پهناي شعاع ۳ دسي بل هم مي نامند.
در برخي موارد، زاويه بين دو نقطه با توان توان ماکزيمم را که ،۱۰ دسي بل از توان ماکزيمم پايين تر است، به عنوان تعريف پهنای شعاع بکار مي برند، که پهناي شعاع ۱۰ دسي بل ناميده مي شود.

شكل ۲٫۱۰: نمودار پرتو افكني يك آنتن عملي.
شعاع نيم توان، در کاربرد هايي مانند فرستنده-گيرنده، جهت يابي و رادار بسیار معمول است. شعاع ۱۰ دسي بل در کاربردهايي مانند محاسبات به اشتباه انداختن رادار و جلو گيري از آن بکار گرفته مي شود. پهناي صفر تا صفر که به ندرت مورد استفاده قرار مي گيرد از چند نظر داراي اشکالاتي است. يکي اينکه برخي از نمودارهاي پرتو افکني، اصولا صفر ندارند. ديگر اينکه تعيين

نقاط کور از راه اندازه گيري کاري دشوار است و سرانجام، صفر تا صفر سرعت کاهش توان با زاويه را نشان نمي دهد و مشخص نمي کند که شعاع در چه زوايايي داراي توان کافي براي عملکرد رضايت بخش است.
شعاع هاي فرعي آنتن ها:
نمودار پرتو افکني افزون بر شعاع اصلي داراي تعدادي شعاع فرعي است. دو شعاع فرعي در دو سوي شعاع اصلي را که از ديگر شعاع هاي فرعي آنتن بزرگتر هستند، شعاع هاي ( پهلوي شعا

ع اصلي) مي نامند. شعاع فرعي که در مقابل شعاع اصلي واقع مي شود شعاع عقبي ناميده مي شود. شعاع هاي فرعي در آنتن های فرستنده، سبب به هدر رفتن توان پرتو افکني در جهات غير لازم مي شود و در آنتن هاي گيرنده، موجب دريافت نشانه ها و نویز از جهات نا خواسته مي شود. براي مثال، در آنتن رادار، هدف های بزرگ و يا نزديك ناخواسته كه در جهت شعاع هاي فرعي قرار مي گيرند، ممكن است بر روي صفحه رادار ظاهر شوند و رادار را به اشتباه بيندازند. همچنين انعكاس شعاع هاي فرعي از زمين كار تشخيص هدف هاي كوچك در فاصله دور را دچار مشكلاتي مي كند.
مقاومت پرتو افكني آنتن:
در مدارهايي كه آنتن را تغذيه مي كنند، معمولا براي آنتن مدار معادلي را در نظر مي گيريم. در اين مدار معادل، توان پرتو افكني را به صورت توان مصرفي در يك مقاومت فرض مي كنيم. اندازه اين مقاومت كه مقاومت پر تو افكني ناميده مي شود، به گونه اي برگزيده مي شود كه جريان آنتن در عبور از آن ‏ تواني برابر كل توان پرتو افكني آنتن را جذب كند. بنابراين:

كل توان پرتو افكني آنتن، جريان موثر و ماكزيمم زماني جريان ورودي آنتن است.توجه كنيد كه جريان موثر،و ماكزيمم زماني جريان، در طول آنتن متغير است و به اين دليل برابر قرارداد براي جريان مقدار ورودي در نظر گرفته مي شود. در برخي موارد نيز حداكثر جريان در طول آنتن را براي محاسبه مقاومت پرتوافكني بكار مي گيرند.در اين صورت جريان بكار گرفته شده بايد به طور دقيق مشخص شود. مقاومت پرتو افكني آنتن هاي عملي بین كمتر از يك اهم تا چند اهم متغير است مقادير كوچكتر مربوط به آنتن هاي فركانس هاي بسيار پايين است.
امپدانس ورودي آنتن :
مدار معادل شكل (۲٫۱۱) براي آنتن هايي با طول معيني است كه در حال تشديد باشند. براي طول هاي ديگر بايد امپدانس ورودي را در نظر گرفت كه بخش حقيقي آن، همان مقاومت هاي

نشان داده شده در شكل (۲٫۱۱) است؛ و بخش موهومي آن، بسته به طول آنتن راكتانس خازني و يا القايي است. براي آنتن هاي خطي كوتاه تر از نصف طول موج، راكتانس خازني و براي طول هاي بزرگتر از نصف طول موج، راكتانس القايي است. اگر راكتانس ورودي آنتن بزرگ باشد براي برقرار كردن جرياني معين، بايد ولتاژ منبع تغذيه را بالا برد. دانستن امپدانس ورودي آنتن از نظر تغذيه و تطبيق آنتن با خط تغذيه داراي اهميت بسياري است.

شكل۲٫۱۱: مدار معادل آنتن از نظر پرتو و تلفات
سطح موثر يا سطح گيرنده آنتن ها:
با اينكه هم در آنتن فرستنده و هم در آنتن گيرنده، تابع جهت دهندگي، چگونگي پرتو افكني و دريافت امواج را معين مي كند، گاهي براي تعيين توان آنتن گيرنده، از سطح موثر و يا سطح گيرنده آنتن استفاده مي شود. براي تعريف سطح موثر فرض كنيد فرستنده اي كه در فاصله دوري قرار گرفته است توان پرتو افكني P وات بر متر مربع، درمحل يك آنتن گيرنده ايجاد كند و كل توان دريافتي آنتن گيرنده در حالت پلاريزاسيون مناسب و تطابق كامل آن با بار،w وات باشد. در اين صورت، سطح موثر آنتن گيرنده به صورت رابطه زير تعريف مي شود: همانگونه كه انتظار مي رود سطح موثر با سطح فيزيكي آنتن ارتباط دارد، اما الزاما با آن برابر نيست. در آنتن هايي كه ضريب جهت دهندگي بزرگ دارند، سطح موثر در حدود سطح فيزيكي است. در آنتن هايي كه ضريب جهت دهندگي بسيار كوچك دارند، سطح موثر از سطح فيزيكي بسيار بزرگتر است. اين نكته بدين معناست كه اين آنتن ها مي توانند توان پرتو تابيده شده بر روي سطحي بزرگتر از سطح فيزيكي خود را جذب كنند. براي روشن كردن اين مطلب آنتن گيرنده اي كه برابر شكل (۲٫۱۲الف) به باري متصل است در نظر بگيريد. مدار معادل تونن اين آنتن نيز در شكل(۲٫۱۲ب)نشان داده شده است.

شكل۲٫۱۲: آنتن متصل به بار و مدار معادل تونن آن؛ الف: آنتن ب: مدار معادل
V مقدار موثر ولتاژ در آنتن است. امپدانس آنتن در حالت مدار بار ( امپدانس معادل تونن)و امپدانس بار در محل اتصال به آنتن است.
طول موثر آنتن:
طول موثر براي همه آنتن ها تعريف مي شود ومعياري از موثر بودن آنتن در حالت فرستنده و يا گيرنده است. براي تعريف طول موثر در مورد آنتن فرستنده يك آنتن خطي به طول ,L برابر شكل (۲٫۱۳) در نظر بگيريد.

شكل۲٫۱۳:آنتن خطي به طول در اين شكل جريان ورودي در منطقه تغذيه z=0 برابر در نظر گرفته شده است و در انتهاي آن صفر مي شود. طول موثر اين آنتن به عنوان آنتن فرستنده برابر طول يك آنتن خطي فرضي است كه جريان همه نقاط آن باشد و در صفحه افق ( صفحه عمود بر طول آنتن در z=0) شدت ميدان آن و آنتن اصلي برابر باشند. به اين منظور لازم است رابطه زير بر قرار باشد:

و یا؛

براي تعريف طول موثر در آنتن گيرنده Leff,rec، فرض كنيد كه آنتن در يك ميدان الكترومغناطيسي با ميدان الكتريكي E ولت بر متر، در جهت طول آنتن قراردارد و در آن ولتاژ بار القا مي شود. طول موثر براي گيرنده را به صورت زير تعريف مي كنيم.

پهناي نوار فركانس آنتن ها:
غالب آنتن ها مانند ديگر وسايل مخابراتي تنها روي پهناي نوار فركانس محدودي، به گونه اي رضايت بخش كار مي كنند كه پهناي نوار آنها ناميده مي شود. مفهوم پهناي نوار فركانس را در تقويت كننده هاي الكترونيكي ديده ايم. مثلا يك تقويت كننده صوتي با كيفيت خوب كه همه فركانس هاي از ۲۰ هرتز تا ۲۰ كيلو هرتز را تقويت مي كند، به گونه اي كه ضريب تقويت در كناره باند، تنها ۳ دسي بل كمتر از ضريب تقويت در وسط نوار باشد، پهناي نوار فركانس ۳ دسي بل برابر ۹۸/۱۹ كيلو هرتز دارد.

آنتن فرستنده تلويزيون سياه و سفيد بايد پهناي نواري در حدود ۵/۵ مگاهرتز داشته باشد، زيرا نشانه هاي صوتي و تصويري وجود، نوار فركانسي در اين حدود را اشغال مي كنند. به همين ترتيب، آنتن گيرنده تلويزيون بايد پهناي نوار فركانس گسترده تري داشته باشد تا بتواند همه كانال هاي موجود را دريافت كند.
غالبا براي مشخص كردن پهناي نوار فركانس آنتن ها، اختلاف حداكثر و حداقل فركانس كار آنتن ها را بر فركانس مياني باند تقسيم مي كنند. و به صورت درصد نمايش مي دهند. براي مثال، يك آنتن VHF كه براي كار از فركانس ۱۹۵تا ۲۰۵ مگاهرتز طراحي شده است. داراي پهناي نوار فركانس ۵% مي باشد كه پهناي نسبتا كوچكي به شمار مي آيد.

در بسياري از كاربردها، نياز به پهناي نوار گسترده تري وجود دارد.

در اين موارد معمولا نسبت بالاترين به پايين ترين فركانس كار را براي مشخص كردن پهناي نوار فركانس بكار مي برند. با طراحي درست، آنتن هايي با پهناي نوار فركانس بكار مي برند. با طراحي درست، آنتن هايي با پهناي نوار فركانس ۲۰ به ۱ به آساني قابل ساخت است و حتي پهناي نوار ۱۰۰ به ۱ نيز امكان پذير است پارامترهاي اين آنتن ها، با فركانس تغيير نمي كنند و به همين دليل، آنها را آنتن مستقل از فركانس مي نامند.

آنتن ها داراي پارامتر هاي بسياري هستند كه هر يك از آنها در پهناي نوار فركانس، داراي تغييراتي مي باشند به همين دليل، لازم است قيد شود كه ضريب جهت دهندگي و يا نمودار پرتو افكني مشخص مي كنند، به اين معني كه در پهناي باند اين پارامترها تغييرات محدودي داشته باشند. پهناي نوار ۳ دسي بل در تقويت كننده هاي الكتريكي مورد استفاده قرار مي گيرد در آنتن ها نيز معمولي مي باشد.
پلاريزاسيون آنتن ها:
منظور از پلاريزاسيون، جهت ميدان الكتريكي موج است كه توسط آنتن منتشر مي شود و يكي از پارامتر هاي آنتن به شمار مي آيد. ساده ترين پلاريزاسيون، خطي است كه در هر نقطه مكان هندسي نوك بردار ميدان الكتريكي موج در زمان هاي مختلف، در امتداد خط مستقيمي مي باشند. پلاريزاسيون هاي مهم ديگر، دايره اي و بيضوي هستند كه در آن ها و بردار ميدان الكتريكي به ترتيب درامتداد خطي واقع مي باشند كه مركز دايره و يا بيضي را به نقطه اي بر روي محيط آن ها وصل مي كند و با سرعت w ( فركانس زاويه اي موج) در گردش است.

پلاريزاسيون خطي:
پلاريزاسيون خطي، معمولترين نوع پلاريزاسيون است. آنتن هاي خطي و روزنه اي، به طور طبيعي اين نوع پلاريزاسيون را ايجاد مي كند.
در آنتن هاي خطي، جهت ميدان الكتريكي ايجاد شده در صفحه اي كه از وسط آنتن و عمود بر آن مي گذرد، در امتداد طول آنتن است. بنابراين آنتن هاي خطي كه عمود بر سطح زمين نصب مي شوند، داراي پلاريزاسيون خطي موازي هستند. گزينش بين پلاريزاسيون خطي عمودي و موازي، گاهي به علت ضرورت، گاهي بر اساس امتيازات فني و برخي اوقات هم صرفا به منظور رعايت استاندارد، معمول است.

براي مثال فركانس هاي بسيار پايين، از آنتن هاي خطي استفاده مي شود كه نسبت به طول موج، بسيار كوچك هستند و نسبت به طول موج در ارتفاع اندكي از زمين قرار مي گيرند. در اين موارد، استفاده از پلاريزاسيون خطي مواز ي غير ممكن است و بايد از پلاريزاسيون خطي عمودي استفاده شود.
دليل اين امر با توجه به جهت تصاوير جريان ها در سطح هادي زمين روشن مي شود كه در فصل اول مورد بحث قرار گرفت. در آنتن موازي با سطح زمين، جريان تصوير در جهت عكس جريان آنتن است و چون فاصله بين آنتن و تصوير نسبت به طول موج كوچك است، امواج ناشي از آنتن تصوير يكديگر را حذف مي كنند و توان قابل ملاحظه اي منتشر نمي شود.
در آنتن خطي عمودي، جريان آنتن و تصوير هم جهت هستند و ميدان هاي آنها با هم جمع مي شوند. به اين دليل، در همه آنتن هاي داراي فركانس هاي كمتر از ۱۵۰۰كيلو هرتز يعني آنتن هاي امواج بسيار بلند و متوسط از پلاريزاسيون خطي عمودي استفاده مي شود.
از سوي ديگر، در اين محدوده فركانس، پلاريزاسيون موازي داراي ويژگي هاي انتشار بهتر است وتلفات كمتري در زمين دارد. با توجه به اين نكته، در بيشتر كشورهاي جهان در اين نوار فركانس، پلاريزاسيون نواري برگزيده است.در فركانس هاي ميكرو موج ( بالاتر از ۱ گيگا هرتز)، اختلاف قابل ملاحظه اي بين ويژگي هاي انتشار دو پلاريزاسيون خطي وجود ندارد و هر دوپلاريزاسيون مورد استفاده قرار گرفته اند. توجه داشته باشيد كه آنتن هاي فرستنده و گيرنده بايد داراي پلاريزاسيون يكسان باشند.
پلاريزاسيون دایره ای :
اگر دو آنتن خطي يكسان عمود بر يكديگر قرار دهيم و آنها را با ولتاژهاي برابر كه ۹۰ درجه با هم اختلاف فاز دارند تغذيه كنيم موج حاصل، داراي پلاريزاسيون دايره اي خواهد بود. بديهي است كه با گزينش ۹۰ درجه اختلاف فاز به صورت تاخيري و يا تقدمي، دو جهت دوران به دست مي آيد و پلاريزاسيون هاي به دست آمده، راست گرد و چپ گرد ناميده مي شوند.در سيستم هاي

مخابراتي كه موج از يونسفر مي گذرد مانند ماهواره هاي مخابراتي، پلاريزاسيون دايره اي بكار مي رود. دليل اين امر اين است كه راستاي ميدان الكتريكي امواج داراي پلاريزاسيون خطي، ضمن عبور از يونسفر تا اندازه اي مي چرخد. اين چرخش كه به چرخش فارادي معروف است به وضعيت يونسفر بستگي دارد، كه به آساني قابل پيش بيني نيست. بنابراين، آنتن گيرنده با پلاريزاسيون خطي كه تنها مي تواند امواج داراي پلاريزاسيون خطي در جهت معيني را دريافت كند، دچار

مشكلاتي مي شود. استفاده از آنتن هاي فرستنده و گيرنده داراي پلاريزاسيون دايره اي، اين مشكل را از ميان بر مي دارد.در رادارهاي ميكرو موج نيز به منظور كاهش دادن اثرات انعكاس از قطره هاي باران، پلاريزاسيون دايره اي استفاده مي شود. در اين موارد، امواج منعكس شده از قطره هاي باران كه كروي شكل هستند داراي پلاريزاسيون دايره اي با گردش در جهت عكس موج تابش خواهند بود.اين انعكاس ها توسط آنتن هاي رادار قابل دريافت نمي باشند. اما انعكاس از هدف ها كه غالبا كروي شكل نمي باشد، هر دو پلاريزاسيون راست گرد و چپ گرد را دارا خواهد بود و توسط آنتن دريافت مي شود.
پلاريزاسيون بيضوي:
در صورتي كه دو ولتاژ اعمال شده به دو آنتن خطي يكسان عمود بر هم مساوي نباشند، يا اختلاف فاز آنها ۹۰ درجه نباشد، پلاريزاسيون موج حاصل بيضوي خواهد بود. اين پلاريزاسيون، كاربرد عملي مهمي ندارد.
در عمل ابداع توليد شده داراي پلاريزاسيون دايره اي به علت ضرايب تضعيف و يا ضرايب انعكاس نا برابر براي دو مولفه موازي و عمود ميدان، غالبا به صورت پلاريزاسيون بيضوي در مي آيند. اين امر به هنگام انتشار موج در مجاورت زمين و يا يونسفر و انعكاس موج اجسام، روي مي دهد.
ساختمان مكانيكي آنتن ها:
در اين جا ساختمان آنتن ها از نظر اندازه، نصب، تغذيه، رساناهاو نا رساناها ي مورد استفاده و محافظت آنتن عليه عوامل جوي مورد بررسي قرار مي گيرد.
اندازه آنتن :
اندازه فيزيكي آنتن هاي گوناگون، از يكديگر متفاوتند. مثلا آنتن هاي فرستنده نوار فركانس خيلي پايين بسيار بزرگ هستند و روي دكل هايي به ارتفاع نزديك به ۳۰۰ متر نصب مي شوند و مسافتي نزديك به ۵ كيلومتر مربع را اشغال مي كنند. در مقابل، يك آنتن خطي نيم موج در نوار ميكرو موج، طول نزديك به ۵/۱ سانتي متر دارد. تقسيم بندي آنتن ها، بر اساس اندازه الكتريكي آنها انجام مي

شود، اندازه الكتريكي هر آنتن، برابر نسبت اندازه حقيقي آنتن به طول موج در فركانس عمل آن است. به منظور متمركز كردن توان پرتو افكني در شعاع كوچك، امروزه از آنتن هايي استفاده مي شود كه در بعد اصلي، طولي نزديك به ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ طول موج دارند كه از نظر الكتريكي آنتن بزرگ به شمار مي آيند. آنتن هايي كه در هر بعد اصلي طولي، بسيار كمتر از نيم موج طول دارند، از نظر الكتريكي به شمار مي آيند.
نصب آنتن ها:
آنتن براي اينكه به خوبي عمل كند، بايد درفضاي آزاد و دور از اجسام بزرگ رسانا كه توان پرتو افكني آنتن را پراكنده مي كنند نصب مي شود. به اين منظور معمولا از دكل ها، برج ها و يا پايه هايي استفاده مي شود تا آنتن از زمين كه جسمي رسانا، است. فاصله لازم را داشته باشد. آنتن ها نوار فركانس بسيار پايين، به علت اندازه فيزيكي بسيار بزرگ، برروي دكل هاي قوي ومرتفع نصب مي شوند.وضعيت نصب اينگونه آنتن

در شكل ۲٫۱۴نشان داده شده است.

شكل۲٫۱۴: وضعيت آنتن فركانس ۳۰ كيلو هرتز.
ارتفاع دكل ها، ۳۵۰ متر و فاصله آنها از يكديگر،۷۵۰ متر است. دكل ها با سيم هاي مهار محكم شده اند. سيم هاي عمودي ، بخش فعال آنتن و سيم هاي افقي، كلاه آنتن، به شمار مي آيند كه به صورت خازني عمل مي كنند و جريان بخش فعال آنتن را در طول آن، تقريبا يكنواخت مي كنند. آنتن هاي فرستنده راديويي موج متوسط، ساختمان همانندي دارند، اما از نظر اندازه فيزيكي كوچكتر هستند. در اين ايستگاه هاي فرستنده، گاهي دكل هاي عمودي بلند( حدود ۱۰۰ متر ارتفاع) به عنوان آنتن، مورد استفاده مي گيرند.
آنتن هاي VHFو UHFبه علت اندازه و وزن اندك، بر روي پايه هاي باريك و بلند نصب مي شوند.

آنتن هاي ميكروموج، به علت داشتن وزن بيشتر و فشار زياد بر آن ها بر روي دكل هاي قوي و كوتاه، در نقاط مرتفع ساخته مي شوند تا با توجه به خميدگي زمين، داراي برد كافي باشند.
خطوط انتقال و موج برها براي تغذيه آنتن ها:
خطوط انتقال يا موج برها، براي اتصال آنتن به فرستنده و يا گيرنده بكار گرفته مي شود. در بسياري از موارد، اين اتصال از راه وسايل تطبيق دهنده امپدانس صورت مي گيرد. به گونه اي كه حداكثر توان ممكن از منبع تغذيه به آنتن و سپس منتشر مي شود. در نوار فركانس بسيار پايين تا حدود ۳۰ كيلو هرتز دكل آنتن و زمين بخشي از مدار آنتن را تشكيل مي دهد. در محل هايي كه مقاومت زمين زياد است با خواباندن سيم هادي در زمين اين مقاومت را كاهش مي دهند. خط تغذيه اين گونه آنتن ها، خط دو سيمي و معمولي است. يك سيم به پايه دكل كه از زمين عايق بندي شده است و ديگري به زمين متصل مي شود. در آنتن هاي فركانس متوسط هم به همین ترتيب عمل مي شود. در آنتن هاي امواج كوتاه، ۳ مگاهرتز تا ۳۰ مگاهرتز، آنتن قطعه اي سيم عايق بندي شده از دكل ها مي باشد كه از راه اتصال آن به خط دو سيمي، تغذيه مي شود. براي تغذيه آنتن هاي فركانس فركانس هاي بالاتر VHFو UHF تا حدود ۱ گيگا هرتز، به منظور كاهش دادن تلفات پرتو افكني از خطوط هم محور استفاده مي شود. موج برها به علت بزرگي، سنگيني و بهاي بيشتر، در اين فركانس ها به ندرت مورد استفاده قرار مي گيرند. تغذيه آنتن هاي فركانس هاي بالاتر از ۱گيگا هرتز به وسيله خطوط هم محور و يا موج برها صورت مي گيرد.
تلفات موج برها در اين فركانس ها چندين مرتبه كمتر از تلفات خطوط انتقال هم محور است و به همين دليل براي طول هاي زياد، حتما از موج برها استفاده مي شود.
رسانا و نارساناهاي مورد استفاده در ساختن آنتن ها:
در ساخت آنتن ها، از فلزات داراي ضرايب رسانايي زياد مانند مس و آلومينيوم استفاده مي شود. در فركانس هاي راديويي بالاتر، جريان ها به پوسته خارجي سيم ها محدود مي شوند به همين دليل، در ساخت آنتن ها خطي، غالبا لوله هاي تو خالي بكار گرفته مي شوند. در مواردي كه س

يم هاي آنتن ها بايد كشش مكانيكي زيادي تحمل كنند، براي استحكام بيشتر، از هسته فولادي استفاده مي شودكه داراي روكشي از مس است كه جريان آنتن را تحمل مي كند. در فركانس هاي تا حدود ۵۰۰ كيلو هرتز، براي كاهش مقاومت اهمي، سيم هاي افشان و يا چند رشته اي عايق شده از يكديگر، مورد استفاده قرار مي گيرند. كاهش مقاومت اهمي در اين حالت، به علت افزايش سطح خارجي مي باشد كه جريان را حمل مي كنند.
افزون بر مقاومت اهمي و تلفات حرارتي ناشي از آن، استحكام مكانيكي، وزن مجاز، و گاهي هم كورونا (corona) عوامل تعيين كننده قطر سيم آنتن مي باشند. پديده كورونا، تخليه الكتريكي در

هوا، به علت شدت ميدان الكتريكي زياد است. با گزينش قطر بزرگتر براي سيم آنتن، شدت ميدان الكتريكي در سطح رسانا كاهش مي يابد و مانع كورونا و تلفات توان مي شود. در گزينش اندازه سيم هاي مهار نيز، افزون بر استحكام مكانيكي كه گاهي پديده كورونا عامل تعيين كننده مي باشد اين پديده ممكن است به علت ولتاژهاي زياد القا شده در اين سيم ها بروز كند. براي عايق بندي بخش هاي رساناي آنتن ها از دكل ها و از عايق هاي مختلف استفاده مي شود. در آنتن هاي خطي كه سيم ها تحت نيروهاي كششي زياد هستند، از رسانا هاي شيشه اي و يا سراميك استفاده مي شود. در موارديكه نيروهاي كششي زياد موجود نباشد، از نارساناهاي پلاستيكي مانند پلي استرين استفاده مي شود. به منظور جلوگيري از برقرار شدن جريان هاي القايي زياد، در سيم هاي مهار بلند كه ممكن است پرتوهاي ناخواسته اي بوجود آورند، سيم مهار را از بخش هاي كوتاه، با حد اكثر طول در حدود يك هشتم طول موج مي سازند و با استفاده از عايق ها، اين بخش ها را به طور متوالي به هم متصل مي كنند.
( شكل ۲٫۱۴) در اين شرايط، چون جريان در دو انتهاي هر بخش برابر صفر مي شود، جريان القايي در اين بخش ها محدود شده و سبب پرتو افكني قابل ملاحظه نمي شود.
محافظت آنتن در برابر عوامل جوي :
چون آنتن ها در فضاي باز نصب مي شوند، بايد برابر عوامل جوي مانند باد، باران، برف،يخ، رعد و برق و گاهي زنگ و يا هواي داراي نمك، مقاومت کنند. براي حفاظت عليه فشار زياد و وزن برف و يخ آنتن ها بايد استحكام مكانيكي كافي داشته باشند.
به همين منظور دكل ها را با سيم هاي مهار، محكم نگه مي دارند. در آنتن هاي نوار فركانس پايين كه خيلي بزرگ هستند و وزن برف روي سيم ها، مقادير قابل ملاحظه دارد، در مواقع لازم با عبور

دادن جرياني با فركانس ۵۰ هرتز، يخ ها را ذوب مي كنند.
آنتن های بشقابي، فركانس ميكرو موج را جهت حفاظت در برابر عوامل جوي توسط گنبد و يا سر پوش راديويي مي پوشانند. نارساناهايي كه در ساخت سرپوش راديويي بكار گرفته مي شوند داراي تلفات اندكي هستند و بر انتشار امواج اثر قابل ملاحظه اي ندارند. آنتن هاي ميكرو موج كه روي هواپيما ها نصب مي شوند براي حفاظت آيروديناميكي حتما به سرپوش راديويي مجهز هستند.
آنتن ها كه داراي ارتفاع بسيار زياد هستند، با خطرات ناشي از رعد و برق رو به رو هستند و لازم

است به نوعي برقگير مجهز شوند كه مانع برخورد رعد و برق به آنتن شود. اين برقگيرها در بالاترين نقطه آنتن قرار مي گيرند و به وسيله سيمي به زمين متصل مي شوند. براي از ميان برداشتن اين اشكال از سيم زمين چند بخشي كه توسط عايق ها به هم متصل مي شوند، استفاده مي شود. در اين صورت براي برقراركردن مسير براي جريان هايي ناشي از رعد و برق بر روي هر عايق شاخك جرقه زني فراهم مي كند تا مسيري براي تخليه جريان هاي داراي ولتاژ زياد ناشي از رعد و برق ايجاد كند.

فصل سوم شبکه های کامپیوتری

شبکه های کامپیوتری
شبکه های بی سیم

در اين بخش با توجه به توضيحاتی که در طرح تحقيق در مورد شبکه ها ارائه شد به تفصيل به بحث ﭘيرامون شبکه های کاﻣﭙيوتری مي ﭘردازيم و سپس در مورد شبکه های بي سيم مطالبي را ارائه مي دهيم واستاندارد های موجود در اين زمينه را مورد بررسی قرار مي دهيم .

۲-۱:سخت افزار شبکه
قابل به ذکر است که هيچ طبقه بندی ﭘذيرفته شده ای که در برگيرنده تمام انواع شبکه های کاﻣﭙيوتری باشد وجود ندارد ولی در اين ميان می توان به دو عامل مهم توجه کرد : تکنولوژی انتقال و اندازة شبکه .
امروزه دو تکنولوژی انتقال بيش از همه گسترش يافته و فراگير هستند :
۱٫ ارتباطات ﭘخشی (broadcast )
2. ارتباطات همتا به همتا(peer-to-peer)
2-1-1: شبکه های ﭘخشي(broadcast network):
دارای يک کانال هستند که بين همة کاﻣﭙيوترهای شبکه به اشتراک گذاشته شده است . هريک از کاﻣﭙيوترها مي توانند ﭘيام های خود در بسته (packet) های کوچک مخابره کنند ، تمام کاﻣﭙيوترهای ديگر اين ﭘيام ها را دريافت خواهند کرد . آدرس کاﻣﭙيوتری که اين بسته در حقيقت برای وی ارسال شده ، در بخشي از ﭘيام نوشته مي شود . هر کاﻣﭙيوتری به محض دريافت بسته ، آدرس گيرنده را چک مي کند ، اگر ﭘيام برای او باشد آن را ﭘردازش مي کند ولی اگر ﭘيام متعلق به ديگری باشد به سادگي آن را ناديده می گيرد.

در شبکه های ﭘخشي با تعبية يک کد خاص در فيلد آدرس (address field) مي توان يک ﭘيام را به تمام کاﻣﭙيوترها ارسال کرد . چنين ﭘيامی را همة کاﻣﭙيوترها متعلق به خود تلقی کرده وآن را می خوانند . به اين تکنيک ﭘخش (broadcasting)گفته می شود . در برخی از سيستم های ﭘخشی امکان ارسال ﭘيام به دسته ای از کاﻣﭙيوترها نيز وجود دارد که به آن ﭘخش گروهی (multicasting) می گويند . بدين منظور معمولا از يک بيت خاص در فيلد آدرس استفاده می شود ، همة آن هايی که اين بيت درآن ها وجود دارد عضو گروه محسوب شده و ﭘيام را مي گيرند .
۲-۱-۲: شبکه های همتا به همتا (peer-to-peer network):

در اين شبکه ها بين تک تک کاﻣﭙيوترها مسير ارتباطی مستقل وجود دارد . البته وقتی يک بسته از کاﻣﭙيوتری به کاﻣﭙيوتر ديگر برود احتمالا سر راه خود از چند ماشين بينا بينی نيز عبور خواهد کرد . معمولا در اين قبيل شبکه ها مسيرهای متعددی بين دو کاﻣﭙيوتر خاص می توان برقرارکرد که از نظر طول مسير با هم تفاوت دارند ويافتن کوتاهترين مسير يکی از مسائل مهم در اين شبکه هاست . به عنوان يک قاعده کلی (البته با استثناهای متعدد)شبکه های کوچک ، متمرکز ومحلی ازنوع ﭘخشی هستند وشبکه های بزرگ وگسترده از نوع همتا به همتا . به ارتباط همتا به همتا گاهی ﭘخش تکی (unicasting) نيز گفته می شود .
روش ديگر طبقه بندی شبکه ها اندازة شبکه است :
۲-۱-۳:شبکه های شخصی (personal area network):
ارتباط بين ماوس ، کی بورد ، چاﭘگر ، PDA و کاﻣﭙيوتر از اين نوع است .
۲-۱-۴:شبکه های محلی (local area network):
شبکه های محلی (LAN) ، شبکه ای خصوصی واقع در يک ساختمان يا مجتمع که حداکثر ابعاد آن يکی دو کيلومتر باشد . از اين نوع شبکه ها معمولا برای متصل کردن کاﻣﭙيوترهای يک شرکت وبه اشتراک گذاشتن منابع (مانند چاﭘگر) يا مبادلة اطلاعات استفاده می شود . يک شبکة LAN سه مشخصه اصلی دارد که آن را از ساير انواع شبکه متمايز می کند :
۱٫ اندازه
۲٫ تکنولوژی انتقال اطلاعات
۳٫ توﭘولوژی (topology)
اندازة LAN بسيار محدود است بگونه اي که زمان انتقال سيگنال ها در آن (حتی در بد ترين شرايط ) بسيار کم و از قبل قابل ﭘيش بينی است . دانستن اين محدوديت برای طراحی شبکه بسيار مهم واساسی است و باعث ساده تر شدن مديريت شبکه نيز می شود .

تکنولوژی انتقال اطلاعات در LAN به دو صورت بی سيم وباسيم است . سرعت انتقال اطلاعات در LAN معمولا با واحد مگا بيت بر ثانيه (Mbps) ياگيگا بيت بر ثانيه اندازه گيری می شود ، تاخير انتشار در آن کم (در حد ميکرو ثانيه) وخطا در آن بسيار کم است .
توﭘولوژي های مختلفی برای شبکه های محلی ﭘخشی وجود دارد :
۱٫ شبکه های ﭘخشی باس (bus network) : شبکه ای با کابل کشی خطی در هر لحظه فقط يکی از کاﻣﭙيوترها مجاز به استفاده از خط و ارسال اطلاعات است و تمام ماشين های ديگر بايستی در اين مدت از ارسال هرگونه اطلاعات خودداری کنند . در اين قبيل شبکه ها بايستی

مکانيزمی برای حل اختلافات (زمانی که دو کاﻣﭙيوتر همزمان شروع به ارسال می کنند )وجود داشته باشد . يکی از اين مکانيزم ها IEEE 802.3 نام دارد که به اترنت (Ethernet) نيز معروف است .
۲٫ شبکه های ﭘخشی حلقوی (Ring network) : در اين نوع شبکه هر بيت اطلاعات بصورت مستقل وبدون اينکه بخواهد منتظر ساير بيت های بسته ای که به آن تعلق دارد شود ، در شبکه منتشر می شود . در اين شبکه هم بايستی مکانيزمی برای حل اختلافات بين کاﻣﭙيوترهای متخاصم وجود داشته باشد.اغلب اين مکانيزم ها به نوعی نوبتبندی متکی هستند.يکی ازاين مکانيزم هاIEEE802.5 است.

۲-۱-۵:شبکة شهری(Mtropolitan Area Network):
شبکة شهری (MAN) ، شبکه ای است که يک شهر را ﭘوشش می دهد . شبکه های تلويزيون کابلی بهترين نمونة MAN هستند . اولين شبکه های تلويزيون کابلی در نقاط کور شهرها راه اندازی شدند . بدين ترتيب که يک آنتن مرکزی و بزرگ در محلی که فرستندة اصلی را می ديد نصب واز اين آنتن کابل هايی به مشترکان محروم از برنامه هاي تلويزيونی کشيده مي شد.
با شروع گرايش عمومی به اينترنت،گردانندگان اين شبکه ها بزودی دريافتند که با تغيير مختصردرسيستم های خود می توانند از قسمت های بلااستفادة ﭘهنای باند برای سرويس های دو طرفه اينترنتی بهره ببرند . از اين لحظه بود که شبکه های تلويزيون کابلی تبديل به شبکه های شهری (MAN) شدند .
۲-۱-۶:شبکة گسترده (Wide Area Network):
شبکةگسترده يا WAN گسترة جغرافيايی بزرگي (مانند يک کشور يا قاره )دارد . در اين شبکه کاﻣﭙيوترهايی هستندکه برنامه های کاربردی روی آن ها اجرامي شودومعمولابه آن ها ميزبان(HOST) می گويند. اين کاﻣﭙيوترها توسط زيرشبکه های مخابراتی (communication subnet)يا به طورمختصر،زيرشبکه بهم متصل می شوند. ميزبان ها متعلق به افراد هستند درحاليکه زيرشبکه ها اغلب به شرکت های مخابرات تعلق دارد . وظيفة زير شبکه ها انتقال ﭘيام از يک ميزبان به ميزبان ديگر است . جداکردن اين دو بخش ( ميزبان ها و زيرشبکه ها ) طراحی شبکه های WAN را تا حد زيادی ساده می کنند .
در اغلب شبکه های گسترده زير شبکه از دو قسمت تشکيل می شود : خطوط انتقال(transmission lines)و تجهيزات سوئيچينگ (switching element) . خطوط انتقال وظيفة رد و بدل کردن اطلاعات را بر عهده دارند و می توان برای ايجاد آن ها از سيم مسی ، فيبر نوری يا حتی امواج راديويي استفاده کرد . تجهيزات سوئيچينگ کاﻣﭙيوترهای خاص هستند که ارتباط بين خطوط انتقال را برقرار می کنند . وقتی داده ها از يک خط وارد می شود اين کاﻣﭙيوتر بايستی مسير خروجی آن را مشخص کند . اين کاﻣﭙيوترهای سوئيچينگ به نام های مختلفی خوانده می شوند که می توان از معروفترين آن ها به مسير ياب (router) اشاره کرد .
در اين مدل معمولا هر کاﻣﭙيوتر ميزبان در يک شبکة محلی قرار دارد که از طريق يک مسيرياب به قسمتهای ديگر متصل مي شوند ( البته در مواردی ميزبان می تواند مستقيما نيز به مسيرياب وصل باشد) . به مجموعة خطوط مخابراتی و مسيرياب ها ( منهای کاﻣﭙيوترهای ميزبان ) زير شبکه گ

فته می شود .
در بسياری از WAN ها تعداد زيادی خطوط انتقال وجود دارد ، که هر کدام يک جفت مسير ياب را به هم وصل می کنند . اگر دو مسير ياب که اتصال فيزيکی مستقيم ندارند ، بخواهند با يکديگر ارتباط برقرار کنند بايد اين کار بصورت غير مستقيم (از طريق مسير ياب های ديگر ) انجام دهند . وقتی يک بستة داده در مسير خود ( از مسير ياب مبدا به مسير ياب مقصد) از چند مسيرياب بينا بينی عبور می کند ، بصورت کامل دريافت و ذخيره شده وﭘس از آزاد شدن خط خروجی به سمت مقصد فرستاده می شود . زير شبکه هايی که بر اساس اين قاعده عمل می کنند به زير شبکة ذخ

يره–ارسال (STORE- AND- FORWARD)يا سوئيچ شده (PACKET –SWITCH D) معروفند .
تصميم گيری دربارة مسير ارسال بسته ها امری داخلی است . يعنی هر مسير ياب خود دربارة آن تصميم می گيرد . مسيرياب ها برای تصميم گيری دربارة مسير بسته ها از الگوريتم های مسير يابی (routing algoritm) استفاده می کنند . تمام شبکه های WAN از نوع سوئيچ بسته نيستند (مانند سيستم های ماهواره ای) . در اين سيستم ها هر router آنتنی دارد که از طريق آن اطلاعات را به ماهواره می فرستد يا اطلاعات ارسالی از آن را دريافت می کند . تمام مسيرياب های اين مجموعه می توانند به ماهواره گوش کنند (وحتی برخی از آن ها به اطلاعات ارسالی از مسيرياب های همسايه نيز گوش می کنند ). البته شبکه هايی هم وجود دارند که فقط برخی از مسير ياب های آن و نه همة آنها ارتباط ماهواره ای دارند. شبکه های ماهواره ای ذاتا از نوع ﭘخشی هستند واغلب درجاهايی به کار می روند که اين طريقة ﭘخش اهميت داشته باشد .
۲-۱-۷:شبکة بی سيم (wireless network):
مخابرات ديجيتال بی سيم ايدة جديدی نيست . کد مورسی که فيزيکدان ايتاليايی گاگليمومارکوني در سال۱۹۰۱از يک کشتی به ساحل مخابره کردرامی توان اولين ﭘيام ديجيتال بی سيم محسوب کرد . سيستم های جديد مخابرات بی سيم کارايی بهتری دارند اما ايدة اصلی در واقع همان است . در ساده ترين صورت شبکه های بی سيم را می توان به سه دسته تقسيم کرد :
۱٫ ارتباطات بين سيستمی
۲٫ LANهای بی سيم
۳٫ WAN های بی سيم
-ارتباطات بين سيستمی (System interconjection) : يعنی برقراری ارتباط بين قطعات داخلی يک کاﻣﭙيوتربا استفاده از امواج راديويی کوتاه برد . اين شبکة بی سيم با برد کوتاه بلوتوث (Bluetooth) نام دارد که قطعات کاﻣﭙيوتراعم از مانيتور، صفحه کليد، ماوس ، چاﭘگر، کيس و …. را بدون استفاده از سيم به هم وصل می کند .
ارتباط بين سيستمی اساسا بر الگوی اصلی-ﭘيرو (master- slave)مبتنی است . در اين سيستم کاﻣﭙيوتر اصلی است وبا وسايل جانبی بعنوان رعايای خود صحبت می کند که به رعايا می گويد از چه آدرسی استفاده کنند، کی حرف بزنند ، چه مدت حرف بزنند، روی چه فرکانسی صحبت

کنند ومانند آن .
-LAN بی سيم : نوع ديگر ارتباطات بی سيم شبکة محلی بی سيم (LANبی سيم) است . در اين سيستم هر کاﻣﭙيوتر يک مودم راديويی ويک آنتن داردکه به وسيلة آن با کاﻣﭙيوترهای ديگر ارتباط برقرار می کند . در اغلب اين سيستم ها يک آنتن مرکزی روی ﭘشت بام وجود دارد که ارتباط بين کاﻣﭙيوترها تسهيل می کند ، اما اگر شبکة به اندازة کافی کوچک باشد آن ها می توانند م

ستقيما با هم حرف بزنند . اين نوع شبکه در دفاتر کوچک ، خانه ها و جاهايی که کابل کشی مشکل است به سرعت در حال گسترش است .
-WANبی سيم: نوع سوم ارتباطات بی سيم سيستم های WAN بی سيم است . شبکة راديويی به کار رفته در سيستم های تلفن همراه از اين نوع است . اين سيستم ها اکنون نسل سوم خود را ﭘشت سر می گذارند . نسل اول آنالوگ و فقط برای صدا از آن استفاده می شد ، نسل دوم با اينکه ديجيتال شده بود ولی باز هم فقط از صدا ﭘشتيبانی می کرد . نسل سوم نيز ديجيتال است واينک همزمان از صدا و دنيا ﭘشتيبانی می کند . WANهای بی سيم اساسا تفاوتی با LAN بی سيم ندارند و فقط برد آن ها بيشتر والبته نرخ انتقال داده ها کمتر است . LAN های بی سيم می توانند داده ها را با سرعت هايی در حد Mbps 50 (در محدودةچند ده متر) منتقل می کنند . نرخ انتقال داده ها در WANهای بی سيم به زحمت به Mbps 1 می رسد . ولی برد آنها بجای متر با کيلومتر سنجيده می شود .
علاوه براين شبکه های کم سرعت اکنون WANهای بی سيم ﭘرظرفيت در دست توسعه است . دسترسی ﭘرسرعت به اينترنت از منزل ودفتر کار بدون استفاده از خطوط تلفن از اولين کابردهای اين شبکه هاست . لازم به ذکر است تقريبا تمام شبکه های بی سيم بايد در جايی به يک شبکة معمولی متصل شوند . به عنوان مثال LAN کابلی داخل يک هواﭘيما را در نظر بگيريد که به وسيلة يک مسير ياب با دنيای خارج ارتباط برقرار می کند .
۲-۱-۸:شبکة شبکه ها (internetwork):
شبکه های متعددی بانرم افزارها وسخت افزارهای بسيار مختلف در سراسر دنيا وجود دارد و بسيار ﭘيش می آيد که کاربری از يک شبکه بخواهد با کابران شبکه های ديگر ارتباط بر قرار می کند . برای انجام اين خواسته بايستی شبکه های مختلف (که بعضا با هم نا سازگارهستند ) با وسايلی بنام دروازه (gateway)که می تواند سخت افزاری يا نرم افزاری باشد به هم متصل شده وداده ها از فرمتی به فرمت ديگر تبديل شود . به مجموعه ای از اين شبکه های بهم ﭘيوسته شبکة شبکه ها (internetwork يا internet) گفته می شود . متداولترين شکل شبکه های عبارتست است از تعدادی LAN که با ارتباطات WANبه هم متصل می شوند .

۲-۲: نرم افزار شبکه
برای کاهش ﭘيچيدگی های طراحی اغلب شبکه ها بصورت مجموعه ای از چند لايه (layer) يا سطح (level) که هر کدام روی ديگری قرار می گيرند طراحی می شوند.

تعداد لايه ها , نام هر لايه, محتوای آن وکاری که هر لايه انجام می دهد از شبکه ای به شبکة ديگرمتفاوت است. وظيفة هر لايه ارائة سرويس های خاص به لايه های خاص بالاتر و ﭘنهان کردن جزئيات کار از ديد آن ها است. دراين مفهوم هرلايه يک ماشين مجازی (virtual machine) است که سرويس های خاصی را در اختيار لايه های بالاتر قرار می دهند .
لايه n يک ماشين هميشه با لاية n ماشين ديگر حرف می زند . قواعد و قراردادهای اين ارتباط را ﭘروتکل لاية n (layer n protocol) می نامند. در ساده ترين حالت, ﭘروتکل عبارتست از قراردادهای توافق شده بين دو طرف برای برقراری و ﭘيشبرد يک ارتباط . البته اغلب افراد مفهوم سرويس و ﭘروتکل را با هم اشتباه می گيرند . اما درک تفاوت بين اين دو بقدری مهم است که جا دارد بازهم برآن تاکيد کنيم . سرويس (service)عبارتست از مجموعه ای از عملکرد های ﭘايه که يک لايه در اختيار لاية بالاتر قرار می دهد . سرويس فقط می گويد که لايه چه کارهايی می تواند برای کاربر خود انجام دهد ولی هيچ چيز دربارة چگونگي آن نمی گويد . سرويس در واقع به واسطه بين دو لايه مربوط می شود که در آن لاية ﭘائين تر ارائه دهندة سرويس و لاية بالاتر مصرف کنندة سرويس است . اما ﭘروتکل عبارتست ازمجموعة قواعد حاکم بر فرمت , مفهوم و نحوة تبادل بسته ها و

ﭘيام ها بين دو لاية همتا . در واقع اين ﭘروتکل است سرويس های تعريف شده در هر لايه را ﭘياده سازی و ﭘيام های مبادله شده بين دو لايه همتا (در دو کاﻣﭙيوترمختلف ) را کنترل می کند .
مطلبی که نبايد در اين جا بيفتد مفهوم واژة همتا است . به اجزايی که دريک لايه هستند همتا (peer) گفته می شود . اين همتاها می توانند ﭘروسس های نرم افزاری, وسائل سخت افزاری ويا حتی دو انسان باشند . به عبارت ديگر اين همتاها هستند که با استفاده از ﭘروتکل با هم رابطه برقرار می کنند .
در حقيقت داده ها هرگز مستقيما از لاية n يک ماشين به لاية n ماشين ديگر منتقل نمی شوند . بلکه هر لايه داده ها (واطلاعات کنترلی) را به لاية زيرين خود می دهدتا به ﭘائين ترين لايه برسد . در زير ﭘائين ترين لايه(لايه ۱) رسانة فيزيکی (physical medium)قرار دارد که داده ها راجابجا می کند . در شکل(۱،۲)

ارتباط مجازی لايه ها با خط چين و ارتباط واقعی وفيزيکی با خط ممتد نشان داده شده است .

شکل ۱،۲: لايه ها و پروتکل ها و واسطه ها
بين هر زوج از لايه های مجاور واسط (interface)قرار دارد . واسط مشخص می کند که هر لايه چه سرويس ها و عملکردهای ﭘايه ای در اختيار لاية بالاترمی گذارد . به مجموعة لايه ها و ﭘروتکل ها معماری شبکه(network architecture) می گويند . مشخصه های يک معماری بايد آنچنان دقيق و جامع باشد که طراح شبکه بتواند نرم افزارها وسخت افزارهای لازم برای کارکرد صحيح آن را فراهم آورد . جزئيات ﭘياده سازی و مشخصات واسطه ها هرگز جزءِ معماری شبکه نيست , چون

آن ها بايد در دل ماشين مخفی باشند (و از خارج ديده نشوند)حتی لازم نيست واسطه ها در تمام ماشين های يک شبکه يکسان باشند , مشروط به اينکه تمام اين ماشين ها بتوانند از تمام ﭘروتکل ها استفاده کنند . به مجموعة ﭘروتکل هايی که در يک سيستم خاص به کار می روند (يک ﭘروتکل در هر لايه) . ﭘشتة ﭘروتکل(protocol stack) گفته می شود .
شايد يک مثال بتواند در روشن شدن مفهوم ارتباط چند لايه کمک کند . بدين منظور نحوة ارتباط در يک شبکة ﭘنج لايه (شکل ۲،۲) را تشريح خواهيم کرد . برنامه ای که در لاية ۵ اجرا می

شود يک ﭘيام (M) توليد کرده و برای مثال به لاية ۴ می دهد . لاية ۴ يک سرآيند H (Header) به اين ﭘيام اضافه وآنرا به لاية ۳ تحويل می دهد . سرآيند حاوی اطلاعات کنترلی بين لايه های متناظر است . برای مثال لاية ۴ می تواند به هر ﭘيام يک عدد ترتيبی نسبت بدهد , تا اگر لايه های ﭘايينتر آنها را بدون نظم وترتيب ارسال کردند لاية متناظر در سمت مقابل بتواند آنها را بترتيب صحيح

بازيابی کند . در برخی از لايه ها اين سرآيند حاوی اندازة بسته , زمان ارسال واطلاعاتی از اين قبيل است .

شکل ۲٫۲:انتقال اطلاعات در يک شبکه ۵ لايه
در بسياری از شبکه ها اندازة ﭘيام درلاية ۴ هيچ ندارند ولی (تقريبا هميشه ) اين محدوديت در لاية ۳ وجود دارد . در نتيجه لاية ۳ بايد ﭘيام را به قطعات کوچکتر بشکند و به هر قطعه يک سرآيند لاية ۳ اضافه کند . در اين مثال ﭘيام M به دو قطعه M1 و M2 شکسته است .