Антената е специализирано устройство, което може да излъчва известно количество енергия в определена посока за по-добро изходно предаване. За по-ефективен изход към него се добавят още няколко антенни елемента, които са известни като антенни решетки. Една антена има добра насоченост, но до известна степен се проваля в предаването на сигнала към приемника със загуби, така че се използва антенна решетка. Така че в толкова много приложения имаме нужда антени с изключително високи характеристики на насочване, които могат да бъдат подобрени чрез увеличаване на електрическия размер на антената. Увеличаването на размера на антената без увеличаване на размера на отделните елементи означава формирането на елементи на антенна решетка. Тази статия обсъжда преглед на антенна решетка – видове и работата им с приложения.
Какво е антенна решетка?
Определението за антенна решетка е; група от антени, които са подредени така, че да образуват една антена за генериране на диаграми на излъчване, но не генерирани от отделни антени. Така че набор от антени ще работят заедно, за да предават или приемат радиосигнали. Проектирането и поддръжката на тази антена са рентабилни, тъй като всяка антена е по-малка. Диаграмата на антенната решетка е показана по-долу.
За антенната решетка по време на конфигурирането трябва да се даде правилното разстояние и фаза. След като антените предават сигнал на много голямо разстояние, тогава е необходимо те да притежават голямо усилване на насочването, тъй като сигналът се деформира и изкривява, докато предава от единия край до другия. Въпреки че една антена предава с добра насоченост, тя не успява да предаде сигнал от предавател към приемник без загуби. Така че това е основната причина да използвате антенната решетка.
Дизайн на антенна решетка
Антенната решетка е проектирана чрез подреждане на няколко антени, за да се направи една система, която да осигури високо усилване на насочване. Антените в масива трябва да бъдат разположени правилно и в правилната фаза, така че независимият принос на всяка антена в рамките на подредбата в същата посока да се сумира, докато да се анулира във всички други посоки. Този вид подреждане подобрява насочеността на системата. След като всички антени в една система са подредени в права линия, тя е известна като линейна антенна решетка.
Антенна решетка работи
Антенната решетка е набор от различни антенни елементи. По принцип многоелементната решетка използва полувълнова диполна антена. Тази антена има всепосочен модел на излъчване, така че вълните се излъчват над широк ъгъл. За да се подобри способността на тези антени да излъчват особено в една посока, тези антени просто се подреждат във формата на решетка с подходящо разстояние. Тези масиви се възбуждат едновременно чрез осигуряване на ток от правилната фаза.
Обикновено в масив от антени токовете в различните антенни елементи са във фаза, ако достигнат най-високата стойност при протичане в подобна посока по едно и също време. По този начин, след като елементите на антената се захранват с правилната фаза от всеки елемент на масива, сферичните вълни се наслагват поради смущения и генерират радиовълна. Тук в системата смущението може да бъде или конструктивно (или) разрушително и изцяло зависи от излъчваните от елементите вълни.
В резултат на това, ако излъчваните вълни от антенните елементи са във фаза, те се добавят полезно, така че да се увеличи излъчената мощност. Докато, ако вълните, излъчвани от отделните елементи, не са във фаза, тогава те се добавят деструктивно, за да се компенсират една друга. Така че това може да доведе до намаляване на излъчената мощност.
По този начин излъчваните лъчения от елементите на масива са във фаза и се сумират, за да осигурят насочен лъч с максимална сила, така че да може да пътува на много дълги разстояния. По този начин диаграмата на излъчване, осигурена от антенна решетка, има основен лоб, който определя силен лъч в една посока. Когато броят на елементите в масива се увеличи, главният лоб става по-тесен, а по-малките странични лобове определят увеличаване на усилването, осигурено от антената.
Видове антенни решетки
Антенните решетки се класифицират в четири типа антенна решетка с широка страна, крайна стрелба, колинеарна и паразитна антенна решетка, като всеки тип е разгледан по-долу.
Широка антенна решетка
Разположението на широката антенна решетка е показано по-долу, където различни идентични елементи са успоредно разположени по дължината на оста на антената. При този тип подредба елементите са подредени хоризонтално на еквивалентно разстояние един от друг и всеки елемент се захранва от ток с подобна фаза и величина.
Всеки път, когато елементите в тази подредба са под напрежение, максималната радиация ще се излъчва от широката страна, което означава нормалната посока към оста на масива, докато известно количество радиация ще се излъчва от другите посоки. Така че осигурява двупосочен модел на излъчване, тъй като излъчва в двете посоки по дължината на борда. Следователно, в тази подредба, принципът на посоката на излъчване е общ за оста на масива и равнината на позицията на елемента. Диаграмата на излъчване на широката антенна решетка е показана по-долу.
Диаграмата на излъчване на широката антенна решетка е вертикална, тъй като подравняването на елемента е хоризонтално.
Ако искаме да променим диаграмата на излъчване от двупосочна на еднопосочна, тогава подобна решетка трябва да се подреди на разстояние λ/4 зад тази антенна решетка и да възбуди репликата на решетка чрез ток с фазов проводник от 90°. Обикновено броят на елементите в тази подредба зависи от наличното пространство с необходимостта от цена и ширина на лъча, докато дължината на масива се приема между 2 λ до 10 λ. Обикновено тези антенни решетки се използват в задгранични системи за излъчване.
Крайна антена
Разположението на антенната решетка с крайно насочване е същото като елементите в широкостранното разположение, но основната разлика между тези две конфигурации е начинът на възбуждане. При тази подредба елементите обикновено се захранват извън фаза със 180°, докато при широка подредба всеки елемент се захранва с ток от подобна фаза. При това разположение максималното излъчване се постига по оста на решетка.
По този начин, за да се получи еднопосочен модел на излъчване, тази пълна идентична подредба на елементите просто се захранва с еквивалентен амплитуден ток, но фазата се променя непрекъснато по линията. И така, може да се каже, че антенната решетка генерира еднопосочен модел на излъчване чрез най-високата радиация, протичаща през оста на антенната решетка.
В горната диаграма на диаграмата на излъчване основното разстояние между елементите в тази подредба обикновено се разбира като λ/4 (или) 3λ/4. Така че тези масиви се използват най-често в комуникация от точка до точка и са подходящи за високи, средни и нискочестотни диапазони.
Колинеарен масив
В колинеарна решетка елементите на антената са просто подредени в една линия от единия до другия край, което означава един след друг. Така че тази подредба може да бъде хоризонтална или вертикална ориентация. Колинеарният масив с хоризонтално разположение е показан по-долу.
Към всички антенни елементи възбуждането се осигурява от токове с еднаква фаза и големина към всички елементи. Подобно на широката решетка, това също осигурява излъчване в нормална посока към оста на антенната решетка. По този начин диаграмата на излъчване на колинеарната решетка е донякъде свързана с широката антенна решетка.
Тази подредба просто предлага най-голямото усилване, когато елементите са разположени на разстояние от 0,3 до 0,5λ, но това може да причини конструктивни проблеми, както и проблеми със захранването в антенната решетка. Така елементите са разположени по-близо един до друг.
Радиационният модел на колинеарната решетка е показан по-горе. Тук трябва да се отбележи, че с увеличаване на дължината на решетката насочеността също се увеличава. Като цяло обикновено се използва двуелементна колинеарна решетка, тъй като поддържа многолентова работа, но понякога някои приложения използват комбинация от широкостранични, крайни и колинеарни решетки, тъй като това подобрява насочеността и усилването до много висок диапазон.
Паразитен масив
Многоелементните решетки като паразитни антенни елементи са подредени паразитно, което осигурява максимално насочено усилване без захранване на всеки елемент на решетка. Този вид подреждане просто помага при справянето с проблема с захранващата линия, като не осигурява директно възбуждане на всеки елемент на антенната решетка. Разположението на паразитната антена е показано по-долу.
Елементите, които не се захранват директно, са известни като паразитни елементи и те просто черпят енергията си от излъчваната радиация от задвижвания елемент, който присъства наблизо. В резултат на това паразитните елементи се активират чрез електромагнитно свързване, тъй като задвижващият елемент е наблизо.
Паразитните елементи на антенната решетка не се възбуждат директно, но разчитат на възбуждането, подадено към задвижващия елемент. И така, индуцираният ток в паразитния елемент, причинен от задвижвания елемент, се определя от разстоянието между тези два елемента и тяхната настройка.
По този начин се създава еднопосочен модел на излъчване с разстояние на разделяне „λ/4“ и 90° фазова разлика между управляващите и паразитните елементи. По този начин моделът на излъчване на този масив е просто създаден от рефлектор, разположен след задвижващия елемент, който включва обратно отразени вълни към предната вълна. Честотата на обхвата на тези видове антенни решетки варира от 100 – 1000 MHz.
Какво е усилване на антената?
Коефициентът на усилване на антенната решетка може да се определи като съотношението на интензитета в определена посока към интензитета на полученото лъчение, ако подобна мощност се излъчва от единичен изотропен радиатор.
Каква е целта на антенната решетка?
Целта на антенната решетка е да предава/приема радиовълни, като работи като една антена.
Какво е добро усилване на антената?
Доброто усилване на антената е 3 dB, 6 dB и т.н.
Какво е решетка в антена?
Решетката в антената е група от антени, които са свързани, за да образуват една антена.
Какъв е коефициентът на антенна решетка?
Факторът на антенната решетка е функция на позициите на антената в решетка и използваните тегла. Така че този фактор може значително да промени свойствата на насоченост на конкретния антенен елемент. Така че това явление се наблюдава главно след като антените са свързани заедно.
Предимства и недостатъци
Предимства на антенната решетка включват следното.
- Силата на сигнала нараства много силно.
- Може да се постигне висока насоченост.
- Размерът на малките лобове е драстично намален.
- Получаването на високо съотношение S/N е възможно.
- Могат да се постигнат големи печалби.
- Количеството загуба на енергия е намалено.
- Постигането на по-добри резултати е възможно.
- Дизайнът на антенната решетка просто поддържа по-доброто представяне на антената.
Недостатъците на антенната решетка включват следното.
- Антенните решетки са скъпи.
- Резистивните загуби ще се увеличат.
- Изисква висока поддръжка.
- Монтажът е труден.
- Заема огромно външно пространство.
Приложения
Приложенията за антенна решетка включват следното.
- Антенната решетка е много полезна за увеличаване на общото усилване, увеличаване на SINR (съотношение сигнал към смущение плюс шум), премахване на смущенията, осигуряване на многообразно приемане, преместване на решетка в определена посока, измерване на посоката на пристигането на входящите сигнали и т.н.
- Антенната решетка се използва в безжични, военни радар , и сателитни комуникации .
- Те се използват в рамките на астрономическите наблюдения.
- Те са приложими най-вече в комуникациите на дълги разстояния, както и в мобилните комуникации.
- Те се използват навсякъде, където се изисква висока сила на сигнала за предаване и приемане на дълги разстояния.
По този начин, това е преглед на антената масиви – работа с приложения. Една антенна решетка просто използва няколко антени за улавяне и предаване на сигнали в различни посоки. Така че антенната решетка се използва главно за увеличаване на качеството и обхвата на нашия сигнал. Ето един въпрос към вас, каква е функцията на антената?
