مبانی آنتن

پیشگفتار:

از سال 1877م که نخستین آنتن ساده توسط هرتز ساخته شد. نظریه طراحی آنتن ها به سرعت پیشرفت کرده است و این پیشرفت ادامه دارد، با توجه به اینکه آنتن ها جزئی از یک سیستم مخابراتی الکترونیکی هستند، بایستی تکنولوژیست ها و مهندسین برق الکترونیک در این زمینه دانش کافی داشته باشند. امید است در این مقال اندک که در زیر به اجمال عنوان فصول آن را خواهیم آورد، قدمی هر چند کوچک در این راه برداشته باشیم .

این پروژه از 5 فصل تشکیل شده است. فصل اول در قالب طرح تحقیق به بررسی تاریخچه و نیز اهمیت مساله مورد تحقیق می پردازد. قابل ذکر است که اهداف ویژه تحقیق در این مساله نیز با توجه به عنوان و روش انجام این تحقیق به جای فرضیه ها و سوال های تحقیق در طرح تحقیق گنجانده شده است.

در فصل دوم به مبانی مبحث آنتن ها – انواع و پارامترهای آن پرداخته شده است . آنتن مایکروویو بوقی و مخروطی و نیز آنتن های آرایه ای از جمله آنتن های مهم مورد بحث می باشند . جهت دهندگی آنتن ، پهنای شعاع آنتن ، مقاومت پرتو افکنی آنتن ، امپدانس ورودی آنتن ، سطح موثر و طول موثر آنتن پلاریزاسیون آنتن و ... نیز از جمله شاخص ترین پارامترهای آنتن می باشند که در این فصل درباره آنها سخن گفته شده است .

در فصل سوم به بحث پیرامون شبکه های کامپیوتری می پردازیم . مطالب مورد بحث در این فصل شامل توضیح مختصری در مورد سخت افزار شبکه ، نرم افزار شبکه ، پشته ی پروتکلی 802.11 - به عنوان مهمترین شبکه ی محلی بی سیم - و نیز پشته ی پروتکلی 802.16 - مهمترین شبکه ی بی سیم باند گسترده- می باشند .

در فصل چهارم آنتن های هوشمند و کاربرد و مزیت آنها در شبکه های بی سیم در بخش اول این فصل و نیز آنتن های آرایه فازی به طور تخصصی تر در بخش دوم این فصل مورد بحث قرار می گیرند .

فصل پنجم نیز نتیجه گیری کلی و پیشنهاد به دیگر پژوهندگان علاقه مند به این موضوع را شامل می شود . امید که مفید محضر خوانندگان محترم قرار گیرد.

فهرست مطالب:

عنوان صفحه

پیشگفتار 1

فصل اول 3

طرح تحقیق 3

تاریخچه مختصری در باره ی موضوع تحقیق 4

اهمیت انجام تحقیق 6

اهداف کلی تحقیق 6

هدف های ویژه تحقیق 6

روش انجام تحقیق 7

فصل دوم 8

مبانی آنتن انواع و پارامترهای آن 8

2_1: تاریخچه 9

2_2: انواع آنتن ها از نظر کاربرد 11

الف) آنتن هرتز 11

ب) آنتن مارکنی 11

پ) آنتن شلاقی 12

ت ) آنتن لوزی ( روبیک) 12

ث) آنتن V معکوس 12

ج) آنتن ماکروویو 13

چ) آنتن آستینی 16

ح) آنتن حلزونی 16

ذ) آنتن های آرایه ای ARRAY ANTENNA 17

2-3 : پارامترهای آنتن 18

نمودار پرتو افکنی آنتن ها 18

دستگاه مختصات نمایش نمودار پرتو افکنی 18

نمودار پرتو افکنی سه بعدی و دو بعدی 19

نمودار پرتو افکنی درفضای آزاد و در مجاورت زمین 22

نمودار پرتو افکنی آنتن فرستنده و گیرنده 22

جهت دهندگی آنتن ها 23

پهنای شعاع و پهنای شعاع نیم توان 23

شعاع های فرعی آنتن ها 24

مقاومت پرتو افکنی آنتن 25

امپدانس ورودی آنتن 25

سطح موثر یا سطح گیرنده آنتن ها 26

طول موثر آنتن 27

پهنای نوار فرکانس آنتن ها 27

پلاریزاسیون آنتن ها 28

پلاریزاسیون خطی 29

پلاریزاسیون دایره ای 30

پلاریزاسیون بیضوی 30

ساختمان مکانیکی آنتن ها 31

اندازه آنتن 31

نصب آنتن ها 31

خطوط انتقال و موج برها برای تغذیه آنتن ها 32

رسانا و نارساناهای مورد استفاده در ساختن آنتن ها 33

محافظت آنتن در برابر عوامل جوی 34

فصل سوم 35

شبکه های کامپیوتری شبکه های بی سیم 35

2-1:سخت افزار شبکه 36

2-1-1: شبکه های ﭘخشی(broadcast network) 37

2-1-2: شبکه های همتا به همتا (peer-to-peer network) 37

2-1-3:شبکه های شخصی (personal area network) 37

2-1-4:شبکه های محلی (local area network) 37

2-1-5:شبکة شهری(Mtropolitan Area Network) 39

2-1-6:شبکة گسترده (Wide Area Network) 39

2-1-7:شبکة بی سیم (wireless network) 41

2-1-8:شبکة شبکه ها (internetwork) 42

2-2: نرم افزار شبکه 42

2-2-1:لایة فیزیکی (Physical layer) 46

2-2-2: زیر لایة نظارت بر دسترسی به رسانة انتقال ( MAC) 46

2-2-3:لایة شبکه 47

2-2-4:لایة انتقال(Transport layer) 47

2-2-5:لایة کاربرد (Application layer) 47

2-3: شبکه های محلی بی سیم (802.11) 48

2-3-1: ﭘشتة ﭘروتکل 802.11 49

2-3-2: لایة فیزیکی در 802.11 49

2-4: شبکه های بی سیم باند گسترده 51

2-4-1: لایة فیزیکی در 802.16 52

فصل چهارم 55

آنتن های هوشمند 55

بخش اول 56

آنتن های هوشمند در شبکه های بی سیم 56

تداخل هم کانال 57

اثرات محوشدگی 57

4_الف_1: جوانب تکنولوژی سیستم آنتن هوشمند 60

4- الف - 2: مدلهای کانال 62

4-الف-2-1:مدل لی Lee s Model 62

4-الف- 2-2: A Model of Discreteiy Didposed , Uniform set Of Evenly

Spread scatterers 63

4- الف-2-3: مدل ماکروسل (Macro cell Model) 64

4-الف-2-4: مدل باند عریض میکروسل (Macrocell Wide Band Model) 65

3-الف-2-5: Gaussian Wide – sene stionary ,uncorrelated scattering

(GWSSUS)model 65

3-الف-2-6: مدل زاویه دریافت گاوسی (Gaussian angle of) 66

4-الف-2-7-: مدل کانال با بردار متغیر زمانی (Time –varying-vector channel model)

4-الف-2-8: مدل شهری واقعی(typical urban (tu/model)) 67

4-الف-2-9: مدل شهری بد(Bad urban (Bu) model) 68

4_الف_3:آرایه های هوشمند:آنتن و بهره های مختلف 68

انواع آنتن های هوشمند 70

4-الف-4:ردیابی وتکنیک های بیم آرایه سوئیچ شده 74

4-الف –5: راهبردهای شکل دهی بیم ثابت 75

4- الف – 6: پردازش آرایه از طریق شکل دهی بیم 76

4 الف 6- 1: الگوریتم های پایه شکل دهی سیگنال 77

4- الف-6-2: ترکیب های آرایه ای تنظیمی 80

4-الف –6-3: ترکیب آرایه پرتو سوئیچ شده 81

مثال 1-4 85

4-الف-7: نکات نتیجه گیری شده 88

بخش دوم 89

آنتن های آرایه فازی 89

4-ب-1:تاریخچه 89

4-ب-2: انواع آرایه ها 89

4-ب-2-1: آرایه های خطی (Linear Array) 90

4-ب-2-2:آرایه های مسطح (Planar Array) 90

4-ب-3: ویژگی های آرایه فازی 92

4-ب-3-1: تکنولوژی شیفت دهنده فاز 92

4-ب-3-2:تکنولوژی شیفت دهنده فاز دی الکتریک ولتاژ متغیر 93

فصل پنجم 95

نتیجه و ﭘیشنهاد 96

منابع 97

شبکه های کامپیوتری

مقدمه

همانطور که می دانید امروزه در تمامی نقاط کره خاکی ما فعالیت های عظیم صنعتی و اقتصادی در دست انجام است و کارخانه ها و مراکز تولیدی، صنعتی با در نظر گرفتن نیروی کار و وجود مواد اولیه مورد نیازشان ، گاهی به صورت شبانه روزی نیز فعالیت می کنند.

در این میان مهمترین مسئله ای که صاحبان صنایع و کارخانجات و یا موسسات خدماتی به آن توجه خاصی مبذول می دارند همانا بهینه سازی فعالیت ها و اعمالشان است تا بتوانند با به کار بردن حداقل مواد اولیه و قطعات و نیروی مورد نیاز، بالاترین کیفیت محصولات یا خدمات را ارائه نمایند. در حالت دیگر، اشخاص صاحب سرمایه و گروه هایی که در مراحل اولیه ورود به این نوع فعالیت ها هستند، نیاز دارند که تصویری با معنی از آنچه می خواهند بر رویش سرمایه گذاری کنند و نیز میزان مطلوبیت (بازدهی) آن فعالیت خاص به دست آورند. و یا به طور اختصار ، نیاز به داشتن شناخت کلی از چرخه (Input-Process-Output) فعالیت مورد نظرشان دارند.

فهرست مطالب:

مقدمه

توضیحاتی در مورد شبکه های کامپیوتری

مدل OSI و توضیح وظایف لایه های آن

توضیحاتی در مورد شبکه محلی (LAN) و هم بندی های معروف

توضیحاتی در مورد شبیه سازی

نرم افزار Arena و توضیحات کلی در مورد ساختمان کاری آن

توضیحاتی کوتاه در مورد قطعات مختلف موجود در ماژول Basic Process

مدل سازی از LAN و توضیحات مرحله ای از روند انجام کار

نتایج حاصل از شبیه سازی

منابع و مأخذ

شبکه های بی سیم

چکیده:

شبکه های بی سیم در محدوده ی شخصی برای انتقال اطلاعات در فاصله های نسبتآ کوتاه در حدود 10 متر استفاده می شوند. بر خلاف شبکه های بی سیم محلی، ارتباط روی WPAN ها نیاز به تجهیزات زیر ساختی کمی دارد و یا اصلآ به چنین تجهیزاتی نیاز ندارد. این خصوصیت راه حل هایی ساده، کارآ از نظر مصرف انرژی و ارزان برای پیاده سازی روی محدوده ی وسیعی از دستگاه ها را فراهم می کند.

در این پروژه به مطالعه ی استانداردهای IEEE 802.11 (WIFI) پرداخته ایم. نرخ ارسال در این استاندارد 1مگا بیت تا 54 مگا بیت می باشد که به عنوان یک تکنولوژی شبکه‌ پرسرعت است که بطور وسیعی در خانه‌ها، مدارس، کافه‌ها، هتل‌ها و سایر مکان‌های عمومی مانند کنگره‌ها و فرودگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد استاندارد IEEE 802.11 در June 1997 برای WLAN ها منتشر شد.

این استاندارد شبیه استاندارد 802.3 روی Ethernet نودهای شبکه بیسم نیز توسط آدرس MAC حک شده روی کارت های شبکه آدرس دهی می شوند. در این استاندارد فقط درباره ی دو لایه ی PHY و MAC صحبت شده است. شرکت های بزرگ و معتبری همچون مایکروسافت ، اینتل سیسکو وای بی با شعار کنترل بی سیم آسان و با هدف ایجاد ارتباط بی سیم با اطمینان، با قیمت پایین و مصرف توان کم برای کاربرد های کنترلی بر طبق استاندارد های جهانی به شدت مشغول کار بر روی تکنولوژی wifi هستند .تمرکز اصلی مطالعات در این پروژه بر استانداردهای IEE 802.11 و امنیت شبکه های بیسیم است .

فهرست مطالب

- فصل اول

ـ مقدمه................................................................................................................................. 2

1-1 تشریح مقدماتی شبکه های بی سیم و کابلی........................................................................................................ 2

1-1-1- عوامل مقایسه............................................................................................................................................. 3

2-1-1- نصب و راه اندازی ................................................................................................................................... 3

3-1-1- هزینه ......................................................................................................................................................... 3

4-1-1- قابلیت اطمینان.......................................................................................................................................... 4

5-1-1- کارائی........................................................................................................................................................ 4

6-1-1- امنیت ........................................................................................................................................................ 4

2-1 مبانی شبکه های بیسیم......................................................................................................................................... 5

3-1 انواع شبکه های بی سیم...................................................................................................................................... 6

4-1 شبکه‌های بی‌سیم، کاربردها، مزایا و ابعاد............................................................................................................ 8

5-1 روش های ارتباطی بی سیم ................................................................................................................................ 9

1-5-1- شبکه های بی سیم Indoor .................................................................................................................. 9

2-5-1- شبکه های بی سیم Outdoor .............................................................................................................. 9

3-5-1- انواع ارتباط ............................................................................................................................................. 10

4-5-1- Point To point .............................................................................................................................. 10

5-5-1- Point To Multi Point ................................................................................................................. 10

6-5-1- Mesh .................................................................................................................................................... 10

6-1 ارتباط بی سیم بین دو نقطه .............................................................................................................................. 10

1-6-1- توان خروجی Access Point ........................................................................................................... 10

2-6-1- میزان حساسیت Access Point ........................................................................................................ 10

3-6-1- توان آنتن ................................................................................................................................................. 10

7-1 عناصر فعال شبکه‌های محلی بی‌سیم.................................................................................................................. 11

1-7-1- ایستگاه بی سیم........................................................................................................................................ 11

2-7-1- نقطه ی دسترسی...................................................................................................................................... 11

3-7-1- برد و سطح پوشش.................................................................................................................................. 12

فصل دوم :‌

ـ مقدمه................................................................................................................................ 15

1-2Wi-fi چیست؟.......................................................................................................................................... 15

2-2 چرا WiFi را بکار گیریم؟ ............................................................................................................................... 16

3-2 معماری شبکه‌های محلی بی‌سیم......................................................................................................................... 17

1-3-2- همبندی‌های 802.11............................................................................................................................... 17

2-3-2- خدمات ایستگاهی................................................................................................................................... 20

3-3-2- خدمات توزیع........................................................................................................................................... 21

4-3-2- دسترسی به رسانه................................................................................................................................... 22

5-3-2- لایه فیزیکی.............................................................................................................................................. 23

6-3-2- ویژگی‌های سیگنال‌های طیف گسترده..................................................................................................... 24

7-3-2- سیگنال‌های طیف گسترده با جهش فرکانسی......................................................................................... 25

8-3-2- سیگنال‌های طیف گسترده با توالی مستقیم............................................................................................. 26

9-3-2- استفاده مجدد از فرکانس......................................................................................................................... 28

10-3-2- آنتن‌ها..................................................................................................................................................... 29

11-3-2- نتیجه...................................................................................................................................................... 30

4-2 شبکه های اطلاعاتی............................................................................................................................................ 31

2-4-1- لایه های11 . 802.................................................................................................. 32

5-2 Wi-fi چگونه کار می کند؟.............................................................................................................................. 35

1-5-2- فقط کامپیوتر خود را روشن کنید ........................................................................................................... 37

6-2 802.11 IEEE............................................................................................................................................... 37

1-6-2- پذیرش استاندارد های WLAN از سوی کاربران.................................................................................. 42

2-6-2- پل بین شبکه‌ای........................................................................................................................................ 44

3-6-2- پدیده چند مسیری................................................................................................................................... 44

4-6-2- 802.11a ............................................................................................................................................. 45

5-6-2- افزایش پهنای باند.................................................................................................................................... 48

6-6-2- طیف فرکانسی تمیزتر.............................................................................................................................. 49

7-6-2- کانال‌های غیرپوشا802.11g................................................................................................................. 49

8-6-2- کارایی و مشخصات استاندارد 802.11g............................................................................................. 50

9-6-2- نرخ انتقال داده در 802.11g ............................................................................................................. 50

10-6-2- برد ومسافت در 802.11g ............................................................................................................... 50

11-6-2- استاندارد 802.11e........................................................................................................................... 54

7-2 کاربرد های wifi................................................................................................................................................ 54

8-2 دلایل رشد wifi................................................................................................................................................. 55

9-2 نقاط ضغف wifi................................................................................................................................................ 56

فصل سوم

ـ مقدمه ............................................................................................................................... 58

1-3 امنیت شبکه بی سیم ..................................................................................................... 58

1-1-3- Rouge Access Point Problem............................................................................................... 58

2-1-3- کلمه عبور پیش‌فرض مدیر سیستم(administrator) را روی نقاط دسترسی و مسیریاب‌های بی‌سیم تغییر دهید. 60

3-1-3- فعال‌سازی قابلیت WPA/WEP............................................................................................................ 61

4-1-3- تغییر SSID پیش فرض......................................................................................................................... 61

5-1-3- قابلیت پالایش آدرس MAC را روی نقاط دسترسی و مسیریاب‌های بی‌سیم فعال کنید....................... 62

6-1-3- قابلیت همه‌پخشی SSID را روی نقاط دسترسی و مسیریاب‌های بی‌سیم غیرفعال کنید...................... 63

2-3 چهار مشکل امنیتی مهم شبکه های بی سیم 802.11 ..................................................................................... 64

1-2-3- دسترسی آسان.......................................................................................................................................... 65

2-2-3- نقاط دسترسی نامطلوب........................................................................................................................... 67

3-2-3- استفاده غیرمجاز از سرویس.................................................................................................................... 70

4-2-3- محدودیت های سرویس و کارایی............................................................................................................ 71

3-3 سه روش امنیتی در شبکه های بی سیم ............................................................................................................ 72

1-3-3- WEP(Wired Equivalent Privacy ) ....................................................................................... 72

2-3-3- SSID (Service Set Identifier ).............................................................................................. 73

3-3-3- MAC (Media Access Control ) ............................................................................................. 73

4-3-3- امن سازی شبکه های بیسیم.................................................................................................................... 73

5-3-3- طراحی شبکه........................................................................................................................................... 73

6-3-3- جداسازی توسط مکانیزم های جداسازی................................................................................................ 74

7-3-3- محافظت در برابر ضعف های ساده......................................................................................................... 76

8-3-3- کنترل در برابر حملات DoS................................................................................................................. 77

9-3-3- رمزنگاری شبکه بیسیم............................................................................................................................. 77

10-3-3- Wired equivalent privacy (WEP)..................................................................................... 78

11-3-3- محکم سازی AP ها.............................................................................................................................. 78

4-3 قابلیت‌ها و ابعاد امنیتی استاندارد 802.11 ............................................................................................... 78

1-4-3- Authentication............................................................................................................................. 80

2-4-3- Confidentiality............................................................................................................................. 80

3-4-3- Integrity........................................................................................................................................... 80

4-4-3- Authentication............................................................................................................................... 80

فصل چهارم

ـ مقدمه ........................................................................................................................................................................... 83

1-4 تکنولوژی رادیوییWIFI ..................................................................................................................................... 83

2-4 شبکه Walkie_Talkie ................................................................................................................................... 84

3-4 به‌کارگیری وای‌فای در صنعت تلفن همراه ............................................................................................................. 85

1-3-4- اشاره........................................................................................................................................................... 85

2-3-4- پهنای باند پشتیبان ....................................................................................................................................... 86

4-4 آنچه شما نیاز دارید برای ساختن یک شبکه بیسیم................................................................................................... 89

5-4 ترکیب سیستم Wi-Fi با رایانه............................................................................................................................... 90

1-5-4- وای‌فای را به دستگاه خود اضافه کنید.......................................................................................................... 91

2-5-4- اشاره ........................................................................................................................................................ 91

3-5-4- مشخصات................................................................................................................................................... 93

6-4 به شبکه های WiFi باز وصل نشوید...................................................................................................................... 93

1-6-4- به تجهیزات آدرس (IP) ایستا اختصاص دهید............................................................................................. 95

2-6-4- قابلیت فایروال را روی تمام کامپیوترها و مسیریاب‌ها فعال کنید.................................................................... 96

3-6-4- مسیریاب‌ها و نقاط دسترسی را در مکان‌های امن قرار دهید.......................................................................... 96

4-6-4- در فواصل زمانی طولانی که از شبکه استفاده نمی‌کنید تجهیزات را خاموش کنید........................................... 98

7-4 آگاهی و درک ریسک ها و خطرات WIFI........................................................................................................... 99

1-7-4- نرم افزار .................................................................................................................................................... 100

2-7-4- سخت افزار................................................................................................................................................ 102

استفاده از تکنولوژی MIMO جهت افزایش سرعت WiFi زیر دریا................................................................................. 103

فصل پنجم

ـ مقدمه .............................................................................................................................. 105

1-5 اینتل قرار است چیپ‌ست Wi-Fi tri-mode بسازد..................................................................................... 105

2-5 قاب عکس وای‌فای ........................................................................................................................................... 107

1-2-5- اشاره ...................................................................................................................................................... 107

3-5 بررسی مادربرد جدید ASUS مدل P5E3 Deluxe/Wifi........................................................................ 107

4-5 تراشه‌هایی با قابلیت ریزموج برای ارتباطات بی سیم....................................................................................... 109

1-4-5- پتانسیل بالا ............................................................................................................................................. 110

2-4-5- به جلو راندن خط مقدم فناوری ............................................................................................................ 110

فصل ششم

ـ مقدمه .............................................................................................................................. 114

1-6 اشاره......................................................................................................................... 114

2-6 مروری بر پیاده‌سازی‌ شبکه‌های WiMax........................................................................................................ 115

3-6 پیاده سازی WiMAX ................................................................................................................................... 119

4-6 آیا وای مکس با وای فای رقابت خواهد کرد.................................................................................................... 121

ضمائم

1-7 واژه نامه شبکه های بیسیم 124