Tablica antenowa: projektowanie, działanie, typy i zastosowania

Antena to wyspecjalizowane urządzenie, które może emitować pewną ilość energii w określonym kierunku w celu uzyskania lepszej transmisji wyjściowej. Aby uzyskać bardziej wydajną moc wyjściową, dodaje się do niej kilka dodatkowych elementów antenowych, które są znane jako macierze antenowe. Pojedyncza antena ma dobrą kierunkowość, ale nieco zawodzi w transmisji sygnału do odbiornika ze stratami, dlatego stosuje się układ anten. Tak więc w tak wielu zastosowaniach potrzebujemy anteny z wyjątkowo wysoką charakterystyką kierunkową, którą można poprawić, zwiększając rozmiar elektryczny anteny. Zwiększenie wymiaru anteny bez zwiększania rozmiaru poszczególnych elementów polega na uformowaniu elementów szyku antenowego. W tym artykule omówiono przegląd układ anten – typy i ich działanie z aplikacjami.

Co to jest macierz antenowa?

Definicja tablicy antenowej to; grupa anten, które są ustawione tak, aby tworzyły pojedynczą antenę do generowania wzorców promieniowania, ale nie są generowane przez pojedyncze anteny. Tak więc zestaw anten będzie współpracował ze sobą, aby nadawać lub odbierać sygnały radiowe. Projektowanie i konserwacja tej anteny jest opłacalna, ponieważ każda antena jest mniejsza. Schemat układu anten pokazano poniżej.

W przypadku układu anten podczas konfiguracji należy podać odpowiednie odstępy i fazę. Kiedy anteny przesyłały sygnał na bardzo duże odległości, musiały mieć wysoki zysk kierunkowy, ponieważ sygnał odkształca się i zniekształca podczas transmisji z jednego końca na drugi. Chociaż pojedyncza antena nadaje z dobrą kierunkowością, nie przesyła sygnału z nadajnika do odbiornika bez strat. To jest główny powód, dla którego warto korzystać z anteny.

Projekt anteny macierzowej

Szyk antenowy jest projektowany przez rozmieszczenie kilku anten w celu utworzenia jednego systemu zapewniającego wysoki zysk kierunkowy. Anteny w szyku muszą być odpowiednio rozmieszczone i we właściwej fazie, tak aby niezależny udział każdej anteny w układzie w tym samym kierunku został zsumowany, podczas gdy został zniesiony w spoczynku we wszystkich innych kierunkach. Taki układ poprawia kierunkowość systemu. Kiedy wszystkie anteny w systemie są ustawione w linii prostej, nazywa się to liniowym układem antenowym.

Działanie tablicy antenowej

Szyk antenowy to zestaw różnych elementów antenowych. Ogólnie rzecz biorąc, tablica wieloelementowa wykorzystuje półfalową antenę dipolową. Ta antena ma dookólną charakterystykę promieniowania, więc fale są emitowane pod szerokim kątem. Aby zwiększyć zdolność tych anten do emisji, zwłaszcza w jednym kierunku, anteny te są po prostu ułożone w formie szyku z odpowiednimi odstępami. Macierze te są jednocześnie wzbudzane poprzez dostarczanie prądu odpowiednią fazą.

Ogólnie rzecz biorąc, w układzie anten prądy w różnych elementach anteny są zgodne w fazie, jeśli osiągają najwyższą wartość podczas przepływu w podobnym kierunku w tym samym czasie. Tak więc, gdy elementy anteny zostaną zasilone odpowiednią fazą z każdego elementu układu, fale sferyczne nakładają się z powodu zakłóceń i generują falę radiową. Tutaj w systemie interferencja może być konstruktywna (lub) destrukcyjna i całkowicie zależy od fal emitowanych przez elementy.

W rezultacie, jeśli fale emitowane z elementów anteny są w fazie, są one pożytecznie dodawane, tak że zwiększa się moc promieniowania. Natomiast jeśli fale emitowane przez poszczególne elementy nie są w fazie, to są one dodawane destrukcyjnie, aby wzajemnie się znosić. Może to więc spowodować zmniejszenie mocy promieniowanej.

W ten sposób emitowane promieniowanie z elementów układu jest w fazie i sumuje się, aby zapewnić wiązkę kierunkową o maksymalnej sile, dzięki czemu może przemieszczać się na bardzo duże odległości. Zatem charakterystyka promieniowania zapewniana przez układ anten ma główny płat, który określa silną wiązkę w jednym kierunku. Kiedy liczba elementów w szyku wzrasta, główny listek staje się węższy, a mniejsze boczne listki określają wzrost zysku zapewnianego przez antenę.

Typy anten macierzowych

Anteny macierzowe są podzielone na cztery typy anten burtowych, końcowych, współliniowych i pasożytniczych, z których każdy typ jest omówiony poniżej.

Sieć anten szerokopasmowych

Układ anteny burtowej pokazano poniżej, gdzie różne identyczne elementy są rozmieszczone równolegle wzdłuż linii osi anteny. W tego typu układzie elementy są ułożone poziomo w równoważnej odległości od siebie, a każdy element jest zasilany prądem o podobnej fazie i wielkości.

Ilekroć elementy w tym układzie są zasilane, wówczas maksymalne promieniowanie będzie emitowane z burty, co oznacza normalny kierunek do osi układu, podczas gdy pewna ilość promieniowania będzie emitowana z innych kierunków. Zapewnia więc dwukierunkowy wzór promieniowania, ponieważ promieniuje w obu kierunkach wzdłuż burty. Dlatego w tym układzie kierunek promieniowania jest wspólny dla osi układu i płaszczyzny położenia elementu. Charakterystyka promieniowania szerokopasmowego układu antenowego jest pokazana poniżej.

Charakterystyka promieniowania anteny burtowej jest pionowa, ponieważ ustawienie elementu jest poziome.

Jeśli chcemy zmienić wzór promieniowania z dwukierunkowego na jednokierunkowy, wówczas podobny układ musi być ustawiony w odległości λ/4 za tym układem antenowym i wzbudzać układ replik za pomocą prądu o przewodzie fazowym 90°. Zwykle liczba elementów w tym układzie zależy od dostępnej przestrzeni z potrzebą kosztu i szerokości wiązki, podczas gdy długość macierzy przyjmuje się od 2 λ do 10 λ. Ogólnie rzecz biorąc, te układy antenowe są używane w zagranicznych systemach nadawczych.

Układ anten końcowych

Układ anten typu end-fire jest taki sam jak elementy w układzie burtowym, jednak główną różnicą między tymi dwoma konfiguracjami jest sposób wzbudzenia. W tym układzie elementy są generalnie zasilane w przeciwfazie o 180°, podczas gdy w układzie burtowym każdy element jest zasilany prądem o podobnej fazie. W tym układzie maksymalne promieniowanie jest osiągane wzdłuż osi matrycy.

Tak więc, aby uzyskać jednokierunkową charakterystykę promieniowania, ten całkowicie identyczny układ elementów jest po prostu zasilany prądem o równoważnej amplitudzie, jednak faza zmienia się w sposób ciągły wzdłuż linii. Można więc stwierdzić, że układ typu end-fire generuje jednokierunkowy wzór promieniowania przy największym promieniowaniu przechodzącym przez oś układu anten.

Na powyższym wykresie charakterystyki promieniowania główna odległość między elementami w tym układzie jest zwykle rozumiana jako λ/4 (lub) 3λ/4. Dlatego macierze te są najczęściej używane w komunikacji punkt-punkt i są odpowiednie dla zakresów wysokich, średnich i niskich częstotliwości.

Tablica współliniowa

W układzie współliniowym elementy anteny są po prostu ułożone w jednej linii od jednego końca do drugiego, co oznacza jeden po drugim. Tak więc ten układ może mieć orientację poziomą lub pionową. Tablica współliniowa z układem poziomym jest pokazana poniżej.

Do wszystkich elementów anteny wzbudzenie jest zapewniane przez prądy o tej samej fazie i wielkości dla wszystkich elementów. Podobnie jak w przypadku układu szerokopasmowego, zapewnia to również promieniowanie w kierunku normalnym do osi układu antenowego. Zatem charakterystyka promieniowania układu współliniowego jest w pewnym stopniu związana z układem anten burtowych.

Ten układ po prostu zapewnia najwyższy zysk, gdy elementy są rozmieszczone w odległości od 0,3 do 0,5λ, ale może to powodować problemy konstrukcyjne, a także problemy z zasilaniem w szyku antenowym. Tak więc elementy są ułożone bliżej siebie.

Wzór promieniowania w układzie współliniowym pokazano powyżej. Należy tutaj zauważyć, że wraz ze wzrostem długości tablicy wzrasta również kierunkowość. Generalnie stosuje się dwuelementową macierz kolinearną, ponieważ obsługuje pracę wielopasmową, ale czasami niektóre aplikacje wykorzystują kombinację tablic szerokokątnych, końcowych i kolinearnych, ponieważ zwiększa to kierunkowość i wzmocnienie do bardzo wysokiego zakresu.

Tablica pasożytnicza

Wieloelementowe macierze, takie jak pasożytnicze elementy antenowe, są rozmieszczone pasożytniczo, co zapewnia maksymalny zysk kierunkowy bez zasilania każdego elementu szyku. Ten rodzaj układu po prostu pomaga w radzeniu sobie z problemem linii zasilającej, ponieważ nie zapewnia bezpośredniego wzbudzenia każdego elementu szyku antenowego. Układ anteny pasożytniczej pokazano poniżej.

Elementy, które nie są zasilane bezpośrednio, są znane jako elementy pasożytnicze i po prostu czerpią swoją moc z emitowanego promieniowania przez element napędzany, który jest obecny w pobliżu. W rezultacie elementy pasożytnicze są aktywowane przez sprzężenie elektromagnetyczne, ponieważ element napędowy znajduje się w pobliżu.

Pasożytnicze elementy układu antenowego nie są bezpośrednio wzbudzane, ale polegają na wzbudzeniu dostarczanym w kierunku elementu napędowego. Tak więc prąd indukowany w elemencie pasożytniczym powodowany przez element napędzany jest określony przez odległość między tymi dwoma elementami i ich strojenie.

W ten sposób wytwarzany jest jednokierunkowy wzór promieniowania z odległością separacji „λ/4” i różnicą fazową 90° między elementami napędowymi i pasożytniczymi. Zatem wzór promieniowania tego układu jest po prostu tworzony przez reflektor umieszczony za elementem sterującym, który zawiera fale odbite wstecz w kierunku fali do przodu. Częstotliwość zasięgu dla tego typu zestawów anten wynosi od 100 do 1000 MHz.

Co to jest wzmocnienie anteny?

Zysk anteny można zdefiniować jako stosunek natężenia w określonym kierunku do natężenia otrzymanego promieniowania, jeżeli podobną moc wypromieniowuje pojedynczy promiennik izotropowy.

Jaki jest cel zestawu anten?

Zadaniem zestawu anten jest nadawanie/odbiór fal radiowych poprzez pracę jako pojedyncza antena.

Jaki jest dobry zysk anteny?

dobro zysk anteny wynosi 3 dB, 6 dB itd.

Co to jest tablica w antenie?

Układ w antenie to grupa anten połączonych w jedną antenę.

Jaki jest współczynnik tablicy w układzie antenowym?

Współczynnik układu antenowego jest funkcją pozycji anteny w układzie i zastosowanych obciążników. Czynnik ten może więc znacząco zmienić właściwości kierunkowe danego elementu anteny. Tak więc zjawisko to obserwuje się głównie po połączeniu anten.

Zalety i wady

Zalety układu antenowego zawierać następujące.

• Siła sygnału wzrasta bardzo silnie.
• Można osiągnąć wysoką kierunkowość.
• Rozmiar mniejszych płatów jest drastycznie zmniejszony.
• Uzyskanie wysokiego stosunku S/N jest możliwe.
• Można uzyskać duże zyski.
• Ilość strat mocy jest zmniejszona.
• Osiągnięcie lepszych wyników jest możliwe.
• Konstrukcja tablicy antenowej po prostu wspiera lepszą wydajność anteny.

Wady układu antenowego obejmują następujące elementy.

• Macierze antenowe są drogie.
• Straty rezystancyjne zostaną zwiększone.
• Wymaga dużej konserwacji.
• Montaż jest trudny.
• Zajmuje ogromną przestrzeń zewnętrzną.

Aplikacje

Zastosowania tablic antenowych obejmują następujące elementy.

• Zestaw anten jest bardzo pomocny w zwiększeniu ogólnego wzmocnienia, zwiększeniu SINR (stosunek sygnału do zakłóceń plus szum), eliminacji zakłóceń, zapewnieniu różnorodności odbioru, przesuwaniu zestawu w określonym kierunku, mierzeniu kierunku nadejścia sygnałów przychodzących itp.
• Układ antenowy jest używany w bezprzewodowych, wojskowych radar , oraz łączności satelitarnej .
• Są one wykorzystywane w ramach obserwacji astronomicznych.
• Mają one zastosowanie głównie w komunikacji na duże odległości, a także w komunikacji mobilnej.
• Są one używane wszędzie tam, gdzie wymagana jest wysoka siła sygnału do transmisji i odbioru na duże odległości.

Tak jest przegląd anteny tablice – praca z aplikacjami. Układ antenowy wykorzystuje po prostu kilka anten do przechwytywania i przesyłania sygnałów w różnych kierunkach. Tak więc układ anten jest używany głównie w celu zwiększenia jakości i zasięgu naszego sygnału. Oto pytanie do ciebie, jaka jest funkcja anteny?