Antenne Array: Design, arbejde, typer og dets applikationer

En antenne er en specialiseret enhed, der kan udstråle en vis mængde energi i en bestemt retning for bedre udgangstransmission. For mere effektiv output tilføjes et par flere antenneelementer til det, som er kendt som Antenne arrays. En enkelt antenne har god retningsbestemmelse, men fejler noget i signaltransmissionen til modtageren med tab, så der bruges en antenneopstilling. Så i så mange applikationer har vi brug for antenner med ekstremt høje direktivegenskaber, som kan forbedres ved at øge antennens elektriske størrelse. At øge antennens dimension uden at øge størrelsen af ​​de enkelte elementer er at danne antenne array-elementer. Denne artikel diskuterer et overblik over antenne array – typer og deres arbejde med applikationer.

Hvad er en Antenne Array?

En antenne array definition er; en gruppe af antenner, der er arrangeret til at danne en enkelt antenne for at generere strålingsmønstre, men ikke genereret af individuelle antenner. Så et sæt antenner vil arbejde sammen for at sende eller modtage radiosignaler. Designet og vedligeholdelsen af ​​denne antenne er omkostningseffektivt, da hver antenne er mindre. Antennearraydiagrammet er vist nedenfor.

For antennearrayet skal der angives korrekt afstand og fase under konfigurationen. Når først antenner sender et signal til en meget lang afstand, krævede det, at de skulle have høj direktivforstærkning, da signalet deformeres og forvrænges, mens de transmitterede fra den ene ende til den anden. Selvom en enkelt antenne transmitterer med en god retningsevne, kan den ikke transmittere et signal fra sender til modtager uden tab. Så dette er hovedårsagen til at bruge antennearrayet.

Array antenne design

Et antennearray er designet ved at arrangere flere antenner for at lave et enkelt system for at give høj direktivforstærkning. Antenner i arrayet skal placeres korrekt og i den korrekte fase, så det uafhængige bidrag fra hver antenne i arrangementet i samme retning bliver lagt sammen, mens det bliver annulleret i hvile alle andre retninger. Denne form for arrangement forbedrer systemets retningsbestemmelse. Når alle antennerne i et system er arrangeret i en lige linje, er det kendt som et lineært antennearray.

Antennearray virker

Et antennearray er et sæt af forskellige antenneelementer. Generelt bruger et multi-element array en halvbølge dipolantenne. Denne antenne har et omnidirektionelt strålingsmønster, så bølgerne udsendes over en vidvinkel. For at forbedre disse antenners evne til at udsende især i en enkelt retning, er disse antenner simpelthen arrangeret i arrayform med passende mellemrum. Disse arrays exciteres samtidigt ved at levere strøm ved korrekt fase.

Generelt i et array af antenner er strømmene inden for de forskellige antenneelementer i fase, hvis den opnår den højeste værdi ved at flyde gennem en lignende retning på samme tid. Således, når antenneelementerne er tilført den korrekte fase fra hvert element i arrayet, overlejres de sfæriske bølger på grund af interferens og genererer en radiobølge. Her i systemet kan interferensen enten være konstruktiv (eller) destruktiv og afhænger fuldstændig af de udstrålede bølger fra elementerne.

Som et resultat, hvis de udsendte bølger fra antenneelementerne er i fase, tilføjes de nyttigt, så det øger den udstrålede effekt. Hvorimod, hvis bølgerne udsendt fra de enkelte elementer ikke er i fase, så tilføjes de destruktivt for at udligne hinanden. Så dette kan forårsage en reduktion i den udstrålede effekt.

På denne måde er de udsendte strålinger fra array-elementerne i fase og lægges sammen for at give en retningsstråle, der har maksimal styrke, så den kan rejse meget lange afstande. Således har strålingsmønsteret tilvejebragt af et antennearray en hovedlob, der specificerer en stærk stråle i en enkelt retning. Når antallet af elementer i arrayet øges, bliver hovedloben smallere, og mindre sidesløjfer angiver en stigning i forstærkningen fra antennen.

Array-antennetyper

Array-antenner er klassificeret i fire typer bredside-, end-fire-, collinear- og parasitantennearray, hvor hver type er diskuteret nedenfor.

Bredsideantennearray

Bredsideantennearrayarrangementet er vist nedenfor, hvor forskellige identiske elementer er anbragt parallelt langs antenneakselinjen. I denne type arrangement er elementerne arrangeret vandret arrangeret i en tilsvarende afstand til hinanden, og hvert element fødes af en strøm af lignende fase og størrelse.

Når elementerne i dette arrangement aktiveres, vil maksimal stråling blive udsendt fra bredsiden, hvilket betyder den normale retning til array-aksen, hvorimod en vis mængde stråling vil blive udsendt fra de andre retninger. Så det giver et tovejs strålingsmønster, fordi det udstråler i begge retninger langs bredsiden. Derfor er princippet om strålingsretning i dette arrangement fælles for arrayaksen og elementets positionsplan. Strålingsmønsteret for bredsideantennearrayet er vist nedenfor.

Strålingsmønsteret for bredsideantennearrayet er lodret, fordi elementets justering er vandret.

Hvis vi ønsker at ændre strålingsmønsteret fra tovejs til ensrettet, skal et lignende array arrangeres i λ/4-afstand bag denne antenne-array og excitere replika-arrayet gennem en strøm med en 90° faseledning. Normalt afhænger antallet af elementer i dette arrangement af tilgængelig plads med behovet for omkostninger og strålebredde, mens arraylængden tages mellem 2 λ til 10 λ. Generelt bruges disse antennesystemer i oversøiske udsendelsessystemer.

End-Fire Antenne Array

Et end-fire antennearrayarrangement er det samme som elementer i bredsidearrangementet, men hovedforskellen mellem disse to konfigurationer er excitationsmåden. I dette arrangement fødes elementerne generelt ud af fase med 180°, hvorimod hvert element i bredsidearrangement tilføres strømmen af ​​en lignende fase. I dette arrangement opnås den maksimale stråling langs array-aksen.

For således at få et ensrettet strålingsmønster bliver dette fuldstændigt identiske elementarrangement simpelthen aktiveret med ækvivalent amplitudestrøm, men fasen ændres kontinuerligt langs linjen. Så det kan fastslås, at et end-fire-array genererer et ensrettet strålingsmønster ved at den højeste stråling forekommer gennem antennearrayets akse.

I ovenstående strålingsmønsterdiagram forstås hovedafstanden mellem elementerne i dette arrangement normalt som λ/4 (eller) 3λ/4. Så disse arrays bruges oftest i punkt-til-punkt kommunikation og er velegnede til høj-, mellem- og lavfrekvensområder.

Collinear Array

I et collineært array er antenneelementer simpelthen arrangeret i en enkelt linje fra den ene ende til den anden, hvilket betyder den ene efter den anden. Så dette arrangement kan være enten vandret eller lodret. Det collineære array med et vandret arrangement er vist nedenfor.

Til alle antenneelementerne leveres excitationen af ​​strømme af samme fase og størrelse til alle elementerne. I lighed med et bredside-array giver dette også stråling i normal retning til antenne-array-aksen. Således er strålingsmønsteret for det collineære array noget relateret til bredsideantennearrayet.

Dette arrangement giver simpelthen den højeste forstærkning, når elementerne er placeret med en afstand på 0,3 til 0,5λ, men dette kan forårsage konstruktionsmæssige såvel som fodringsproblemer i antennearrayet. Så elementerne er arrangeret tættere på hinanden.

Det collineære array-strålingsmønster er vist ovenfor. Det skal her bemærkes, at med en stigning i længden af ​​arrayet øges retningsvirkningen også. Generelt bruges to-elements collinear array generelt, fordi det understøtter multi-band drift, men nogle gange bruger nogle applikationer en kombination af bredside, end-fire og collinear arrays, fordi dette forbedrer retningsevnen og forstærkningen til et meget højt område.

Parasitisk Array

Multi-element arrays som parasitiske antenneelementer er arrangeret parasitisk, hvilket giver maksimal retningsbestemt forstærkning uden at fodre hvert array-element. Denne form for arrangement hjælper simpelthen med at håndtere fødeledningsproblemet ved ikke at give direkte excitation til hvert antennearray-element. Det parasitære antennearrangement er vist nedenfor.

De elementer, der ikke tilføres direkte, er kendt som parasitiske elementer, og de trækker simpelthen deres kraft fra den udsendte stråling fra det drevne element, der er til stede i nærheden. Som et resultat aktiveres parasitiske elementer ved elektromagnetisk kobling, da drivelementet er i nærheden.

Antennearrayets parasitiske elementer er ikke direkte exciterede, men de er afhængige af excitationen, der leveres mod drivelementet. Så den inducerede strøm i det parasitære element forårsaget af det drevne element bestemmes af afstanden mellem disse to elementer og deres tuning.

Således produceres et ensrettet strålingsmønster med en 'λ/4'-separationsafstand & 90° faseforskel mellem de drivende såvel som parasitiske elementer. Således skabes strålingsmønsteret af dette array simpelthen af ​​en reflektor, der er arrangeret efter drivelementet, som omfatter tilbagereflekterede bølger mod den fremadrettede bølge. Områdets frekvens for disse typer antenner spænder fra 100 – 1000 MHz.

Hvad er Antenna Array Gain?

Antennearrayforstærkningen kan defineres som forholdet mellem intensiteten i en specificeret retning og intensiteten af ​​opnået stråling, hvis en lignende effekt udstråles med en enkelt isotrop radiator.

Hvad er formålet med et antennearray?

Formålet med et antennearray er at sende/modtage radiobølger ved at fungere som en enkelt antenne.

Hvad er en god antenneforstærkning?

Den gode antenneforstærkning er 3 dB, 6dB osv.

Hvad er et array i en antenne?

Arrayet i en antenne er en gruppe antenner, der er forbundet til at danne en enkelt antenne.

Hvad er array-faktoren for en antenne array?

En antenne array faktor er en funktion af antennens positioner i arrayet og de anvendte vægte. Så denne faktor kan væsentligt ændre retningsegenskaberne for det bestemte antenneelement. Så dette fænomen observeres hovedsageligt, når antenner er forbundet med hinanden.

Fordele og ulemper

Antenne array fordele omfatte følgende.

• Styrken af ​​signalet stiger meget kraftigt.
• Høj retningsbestemmelse kan opnås.
• De mindre lappers størrelse reduceres drastisk.
• Det er muligt at opnå et højt S/N-forhold.
• Der kan opnås store gevinster.
• Mængden af ​​strømspild reduceres.
• Det er muligt at opnå bedre resultater.
• Antenne-array-designet understøtter simpelthen antennens bedre ydeevne.

Ulemper med antennearray omfatter følgende.

• Antennesystemer er dyre.
• De resistive tab vil blive øget.
• Det kræver høj vedligeholdelse.
• Montering er vanskelig.
• Det optager et stort ydre rum.

Ansøgninger

Antenne array-applikationer inkluderer følgende.

• Et antennearray er meget nyttigt til at øge den samlede forstærkning, øge SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), udelukke interferens, give diversitetsmodtagelse, flytte arrayet i en bestemt retning, måle ankomsten af ​​indgående signals retning osv.
• Antennearrayet bruges i trådløse, militære radar , og satellitkommunikation .
• Disse bruges inden for observation af astronomiske.
• Disse er for det meste anvendelige i langdistancekommunikation og også mobilkommunikation.
• Disse bruges overalt, hvor der kræves høj signalstyrke til langdistancetransmission og -modtagelse.

Dette er således en oversigt over antenne arrays – arbejde med applikationer. Et antennearray bruger simpelthen flere antenner til at fange og transmittere signaler i forskellige retninger. Så antenne array bruges hovedsageligt til at øge kvaliteten og rækkevidden af ​​vores signal. Her er et spørgsmål til dig, hvad er funktionen af ​​en antenne?