O antenă este un dispozitiv specializat care poate radia o anumită cantitate de energie într-o anumită direcție pentru o mai bună transmisie de ieșire. Pentru o ieșire mai eficientă, i se mai adaugă câteva elemente de antenă care sunt cunoscute sub numele de rețele de antenă. O singură antenă are o directivitate bună, dar eșuează oarecum în transmiterea semnalului către receptor cu pierderi, așa că este utilizată o matrice de antene. Deci, în atât de multe aplicații, avem nevoie antene cu caracteristici directive extrem de ridicate care pot fi îmbunătățite prin creșterea dimensiunii electrice a antenei. A mări dimensiunea antenei fără a crește dimensiunea elementelor individuale înseamnă a forma elemente de matrice de antene. Acest articol discută o prezentare generală a matrice de antene – tipuri și lucrul lor cu aplicații.
Ce este o matrice de antene?
O definiție de matrice de antene este; un grup de antene care sunt aranjate pentru a forma o singură antenă pentru a genera modele de radiație, dar nu sunt generate de antene individuale. Deci un set de antene va lucra împreună pentru a transmite sau a primi semnale radio. Proiectarea și întreținerea acestei antene sunt rentabile, deoarece fiecare antenă este mai mică. Diagrama matricei de antene este prezentată mai jos.
Pentru matricea de antene, în timpul configurării trebuie date distanța și faza corespunzătoare. Odată ce antenele transmit un semnal la o distanță foarte lungă, era necesar ca acestea să aibă un câștig directiv ridicat, deoarece semnalul se deformează și se distorsionează în timp ce transmite de la un capăt la altul. Deși, o singură antenă transmite cu o directivitate bună, nu reușește să transmită un semnal de la emițător la receptor fără pierderi. Deci acesta este motivul principal pentru a utiliza matricea de antene.
Design antenă matrice
O matrice de antene este proiectată prin aranjarea mai multor antene pentru a face un singur sistem pentru a oferi un câștig directiv ridicat. Antenele din cadrul matricei trebuie să fie distanțate corespunzător și în faza adecvată, astfel încât contribuția independentă a fiecărei antene din aranjament în aceeași direcție să fie adăugată, în timp ce este anulată în rest toate celelalte direcții. Acest tip de aranjament îmbunătățește directivitatea sistemului. Odată ce toate antenele dintr-un sistem sunt aranjate într-o linie dreaptă, aceasta este cunoscută ca o matrice de antene liniară.
Antena Array Funcționează
O matrice de antene este un set de diferite elemente de antenă. În general, o matrice cu mai multe elemente utilizează o antenă dipol cu jumătate de undă. Această antenă are un model de radiație omnidirecțional, astfel încât undele sunt emise deasupra unui unghi larg. Pentru a îmbunătăți capacitatea acestor antene de a emite în special într-o singură direcție, aceste antene sunt pur și simplu aranjate sub formă de matrice, cu o distanță adecvată. Aceste rețele sunt excitate simultan prin furnizarea de curent printr-o fază adecvată.
În general, într-o serie de antene, curenții din diferitele elemente ale antenei sunt în fază dacă atinge cea mai mare valoare la curgerea într-o direcție similară în același timp. Astfel, odată ce elementele antenei sunt alimentate cu faza adecvată din fiecare element al matricei, undele sferice sunt suprapuse din cauza interferenței și generează o undă radio. Aici, în sistem, interferența poate fi fie constructivă (sau) distructivă și depinde complet de undele radiate de elemente.
Ca urmare, dacă undele emise de elementele antenei sunt în fază, acestea sunt adăugate util, astfel încât să mărească puterea radiată. În timp ce, dacă undele emise de elementele individuale nu sunt în fază, atunci ele sunt adăugate în mod distructiv pentru a se anula reciproc. Deci, acest lucru poate provoca o reducere a puterii radiate.
Astfel, radiațiile emise de elementele matricei sunt în fază și se adună pentru a oferi un fascicul direcțional care are putere maximă, astfel încât să poată parcurge distanțe foarte mari. Astfel, modelul de radiație furnizat de o rețea de antene are un lob principal care specifică un fascicul puternic într-o singură direcție. Când numărul de elemente din matrice este crescut, lobul principal devine mai îngust și lobii laterali mai mici specifică o creștere a câștigului furnizat de antenă.
Tipuri de antene matrice
Antenele de tip matrice sunt clasificate în patru tipuri de matrice de antene laterale, terminale, coliniare și parazitare, unde fiecare tip este discutat mai jos.
Matrice de antene Broadside
Aranjamentul matricei antenei laterale este prezentat mai jos, unde diferite elemente identice sunt dispuse paralel de-a lungul liniei axei antenei. În acest tip de aranjament, elementele sunt aranjate orizontal la o distanță echivalentă unul față de celălalt și fiecare element este alimentat de un curent de fază și magnitudine similare.
Ori de câte ori elementele din acest aranjament sunt energizate, atunci radiația maximă va fi emisă din partea largă, ceea ce înseamnă direcția normală către axa matricei, în timp ce o anumită cantitate de radiație va fi emisă din celelalte direcții. Așadar, oferă un model de radiație bidirecțional, deoarece radiază în ambele direcții de-a lungul marginii. Prin urmare, în acest aranjament, principiul direcției de radiație este comun pentru axa matricei și planul poziției elementului. Modelul de radiație al rețelei de antene laterale este prezentat mai jos.
Modelul de radiație al rețelei de antene laterale este vertical, deoarece alinierea elementului este orizontală.
Dacă dorim să schimbăm modelul de radiație de la bidirecțional la unidirecțional, atunci o matrice similară trebuie să se aranjeze la distanță λ/4 în spatele acestui tablou de antene și să excite matricea replică printr-un curent cu o fază de 90°. De obicei, numărul de elemente din acest aranjament depinde de spațiul disponibil cu necesitatea costului și a lățimii fasciculului, în timp ce lungimea matricei este luată între 2 λ și 10 λ. În general, aceste rețele de antene sunt utilizate în sistemele de radiodifuziune de peste mări.
Matrice de antene End-Fire
Un aranjament de matrice de antene cu foc final este același cu elementele din aranjamentul lateral, însă principala diferență între aceste două configurații este modul de excitare. În acest aranjament, elementele sunt în general alimentate defazate cu 180°, în timp ce în aranjament lat, fiecare element este alimentat cu curentul unei faze similare. În acest aranjament, radiația maximă este atinsă de-a lungul axei matricei.
Astfel, pentru a obține un model de radiație unidirecțională, acest aranjament complet de elemente identice este pur și simplu alimentat cu un curent de amplitudine echivalentă, cu toate acestea, faza se schimbă continuu de-a lungul liniei. Deci, se poate afirma că o rețea de foc final generează un model de radiație unidirecțională prin radiația cea mai mare care apare prin axa rețelei de antene.
În diagrama modelului de radiație de mai sus, distanța principală dintre elementele din acest aranjament este în mod normal înțeleasă ca λ/4 (sau) 3λ/4. Prin urmare, aceste matrice sunt utilizate cel mai frecvent în comunicarea punct la punct și sunt adecvate pentru intervalele de frecvență înaltă, medie și joasă.
Matrice coliniară
Într-o matrice coliniară, elementele antenei sunt pur și simplu aranjate într-o singură linie de la un capăt la altul, ceea ce înseamnă unul după altul. Deci, acest aranjament poate fi orizontal sau vertical. Matricea coliniară cu un aranjament orizontal este prezentată mai jos.
Pentru toate elementele antenei, excitația este furnizată de curenți de aceeași fază și magnitudine tuturor elementelor. Similar cu o rețea de tip broadside, aceasta oferă, de asemenea, radiație în direcția normală către axa rețelei de antene. Astfel, modelul de radiație al rețelei coliniare este oarecum legat de rețeaua de antene laterale.
Acest aranjament oferă pur și simplu cel mai mare câștig ori de câte ori elementele sunt distanțate la o distanță de 0,3 până la 0,5λ, dar acest lucru poate cauza probleme de construcție, precum și de alimentare în cadrul rețelei de antene. Deci, elementele sunt aranjate mai aproape unele de altele.
Modelul de radiație al matricei coliniare este prezentat mai sus. Este de remarcat aici că, odată cu creșterea lungimii matricei, și directivitatea crește. În general, matricea coliniară cu două elemente este utilizată în general, deoarece acceptă operarea multi-bandă, dar uneori, unele aplicații utilizează o combinație de rețele de tip broadside, end-fire și coliniare, deoarece acest lucru îmbunătățește directivitatea și câștigul la o gamă foarte mare.
Parazit Array
Rețelele cu mai multe elemente, cum ar fi elementele de antenă parazită, sunt aranjate parazit, ceea ce oferă un câștig direcțional maxim fără a alimenta fiecare element de matrice. Acest tip de aranjament pur și simplu ajută la rezolvarea problemei liniei de alimentare, prin faptul că nu oferă excitație directă fiecărui element al matricei de antene. Aranjamentul antenei parazitare este prezentat mai jos.
Elementele care nu sunt alimentate direct sunt cunoscute ca elemente parazite și pur și simplu își trag puterea din radiația emisă de elementul condus care este prezent în apropiere. Ca rezultat, elementele parazite sunt activate prin cuplare electromagnetică, deoarece elementul de antrenare este în apropiere.
Elementele parazite ale rețelei de antene nu sunt excitate direct, dar se bazează pe excitația transmisă către elementul de antrenare. Deci, curentul indus în elementul parazit cauzat de elementul antrenat este determinat de distanța dintre aceste două elemente și de reglarea lor.
Astfel, se produce un model de radiație unidirecțională cu o distanță de separare „λ/4” și o diferență de fază de 90° între elementele de conducere și cele parazite. Astfel, modelul de radiație al acestei rețele este pur și simplu creat de un reflector dispus după elementul de antrenare, care include unde reflectate înapoi către unda înainte. Gama de frecvență pentru aceste tipuri de rețele de antene variază de la 100 la 1000 MHz.
Ce este Antenna Array Gain?
Câștigul matricei de antene poate fi definit ca raportul dintre intensitatea într-o direcție specificată și intensitatea radiației obținute dacă o putere similară este radiată cu un singur radiator izotrop.
Care este scopul unei rețele de antene?
Scopul unei rețele de antene este de a transmite/primi unde radio lucrând ca o singură antenă.
Care este un câștig bun de antenă?
Binele recepție semnal este de 3 dB, 6 dB etc.
Ce este o matrice într-o antenă?
Matricea dintr-o antenă este un grup de antene care sunt conectate pentru a forma o singură antenă.
Care este factorul de rețea al unei rețele de antene?
Un factor de matrice de antene este o funcție a pozițiilor antenei în cadrul matricei și a greutăților utilizate. Deci, acest factor poate schimba în mod semnificativ proprietățile de directivitate ale anumitor element de antenă. Deci, acest fenomen este observat în principal odată ce antenele sunt conectate între ele.
Avantaje și dezavantaje
Avantajele matricei de antene includ următoarele.
- Puterea semnalului crește foarte puternic.
- Se poate obține o directivitate ridicată.
- Dimensiunea lobilor minori este redusă drastic.
- Este posibilă obținerea unui raport S/N ridicat.
- Se pot obține câștiguri mari.
- Cantitatea risipei de energie este redusă.
- Este posibil să obțineți rezultate mai bune.
- Designul matricei de antene susține pur și simplu o performanță mai bună a antenei.
Dezavantajele matricei de antene includ următoarele.
- Rețelele de antene sunt scumpe.
- Pierderile rezistive vor fi crescute.
- Necesită întreținere ridicată.
- Montarea este dificilă.
- Ocupă un spațiu exterior imens.
Aplicații
Aplicațiile de matrice de antene includ următoarele.
- O matrice de antene este foarte utilă pentru creșterea câștigului general, creșterea SINR (semnal la interferență plus raportul de zgomot), anularea interferențelor, furnizarea de recepție diversitate, mutarea matricei într-o anumită direcție, măsurarea direcției de sosire a semnalelor de intrare etc.
- Matricea de antene este utilizată în wireless, militar radar , și comunicații prin satelit .
- Acestea sunt utilizate în cadrul observației astronomice.
- Acestea sunt aplicabile în principal în comunicațiile la distanță lungă și, de asemenea, în comunicațiile mobile.
- Acestea sunt utilizate oriunde este necesară o putere mare a semnalului pentru transmisia și recepția pe distanțe lungi.
Astfel, aceasta este o privire de ansamblu asupra antenei matrice – lucrul cu aplicații. O matrice de antene folosește pur și simplu mai multe antene pentru a capta și transmite semnale în direcții diferite. Deci, matricea de antene este folosită în principal pentru a crește calitatea și raza de acțiune a semnalului nostru. Iată o întrebare pentru tine, care este funcția unei antene?
