Antenne Array: Design, arbeid, typer og dens applikasjoner

En antenne er en spesialisert enhet som kan utstråle en viss mengde energi i en bestemt retning for bedre utgangsoverføring. For mer effektiv utgang legges det til noen flere antenneelementer som er kjent som Antenne-arrays. En enkelt antenne har god retningsevne, men svikter noe i signaloverføringen til mottakeren med tap, så det brukes en antennegruppe. Så i så mange applikasjoner trenger vi antenner med ekstremt høye direktivegenskaper som kan forbedres ved å øke antennens elektriske størrelse. Å øke antennens dimensjon uten å øke størrelsen på de enkelte elementene er å danne antennegruppeelementer. Denne artikkelen diskuterer en oversikt over antenne array – typer og deres arbeid med applikasjoner.

Hva er en antennegruppe?

En antennegruppedefinisjon er; en gruppe antenner som er arrangert for å danne en enkelt antenne for å generere strålingsmønstre, men som ikke genereres av individuelle antenner. Så et sett med antenner vil fungere sammen for å sende eller motta radiosignaler. Utformingen og vedlikeholdet av denne antennen er kostnadseffektiv ettersom hver antenne er mindre. Antennearraydiagrammet er vist nedenfor.

For antennegruppen må riktig avstand og fase oppgis under konfigurering. Når antenner sender et signal til en veldig lang avstand, krevde det at de måtte ha høy direktivforsterkning da signalet deformeres og forvrenges mens de sender fra den ene enden til den andre. Selv om en enkelt antenne sender med god retningsevne, klarer den ikke å overføre et signal fra sender til mottaker uten tap. Så dette er hovedgrunnen til å bruke antennegruppen.

Array-antennedesign

En antennegruppe er designet ved å arrangere flere antenner for å lage et enkelt system for å gi høy direktivforsterkning. Antenner i arrayet må plasseres riktig og i riktig fase, slik at det uavhengige bidraget fra hver antenne i arrangementet i samme retning blir lagt sammen mens det blir kansellert i hvile alle andre retninger. Denne typen ordninger forbedrer systemets direktivitet. Når alle antennene i et system er ordnet i en rett linje, er det kjent som en lineær antennegruppe.

Antennearray fungerer

En antennegruppe er et sett med forskjellige antenneelementer. Generelt bruker en multi-elementarray en halvbølge dipolantenne. Denne antennen har et rundstrålende strålingsmønster slik at bølgene sendes ut over en vidvinkel. For å forbedre disse antennenes evne til å sende ut spesielt i en enkelt retning, er disse antennene ganske enkelt arrangert i arrayform med riktig avstand. Disse arrayene blir samtidig begeistret ved å gi strøm med riktig fase.

Vanligvis i en rekke antenner er strømmene i de forskjellige antenneelementene i fase hvis den oppnår den høyeste verdien ved å strømme gjennom en lignende retning på samme tid. Så snart antenneelementene er matet med riktig fase fra hvert element i arrayet, blir de sfæriske bølgene overlagret på grunn av interferens og genererer en radiobølge. Her i systemet kan interferensen enten være konstruktiv (eller) destruktiv og er helt avhengig av de utstrålede bølgene fra elementene.

Som et resultat, hvis de utsendte bølgene fra antenneelementene er i fase, blir de lagt til nyttig, slik at det øker den utstrålte effekten. Mens, hvis bølgene som sendes ut fra de individuelle elementene ikke er i fase, blir de lagt til destruktivt for å oppheve hverandre. Så dette kan føre til en reduksjon i utstrålt kraft.

Slik er de utsendte strålingene fra array-elementene i fase og legger seg opp for å gi en retningsstråle som har maksimal styrke slik at den kan reise svært lange avstander. Dermed har strålingsmønsteret gitt av en antennegruppe en hovedlobe som spesifiserer en sterk stråle i en enkelt retning. Når antall elementer i arrayet økes, blir hovedloben smalere og mindre sidelober spesifiserer en økning i forsterkningen gitt av antennen.

Array-antennetyper

Array-antenner er klassifisert i fire typer bredside-, end-fire-, collinear- og parasittisk antenne-array der hver type er diskutert nedenfor.

Bredsideantennearray

Bredsideantennearrangementet er vist nedenfor hvor forskjellige identiske elementer er anordnet parallelt langs antenneakselinjen. I denne typen arrangement er elementene arrangert horisontalt i en tilsvarende avstand til hverandre, og hvert element mates av en strøm av lignende fase og størrelse.

Når elementene i dette arrangementet er energisert, vil maksimal stråling sendes ut fra bredsiden, som betyr normal retning til array-aksen, mens en viss mengde stråling vil bli sendt ut fra de andre retningene. Så det gir et toveis strålingsmønster fordi det stråler i begge retninger langs bredsiden. Derfor, i dette arrangementet, er strålingsretningsprinsippet felles for arrayaksen og elementets posisjonsplan. Strålingsmønsteret til bredsideantennegruppen er vist nedenfor.

Strålingsmønsteret til bredsideantennegruppen er vertikalt fordi elementets justering er horisontal.

Hvis vi ønsker å endre strålingsmønsteret fra toveis til ensrettet, må en lignende gruppe arrangeres i λ/4 avstand bak denne antennegruppen og spennende replika-arrayen gjennom en strøm som har en 90° faseledning. Vanligvis avhenger antall elementer i dette arrangementet av tilgjengelig plass med behov for kostnad og bjelkebredde, mens arraylengden er mellom 2 λ og 10 λ. Generelt brukes disse antennegruppene i utenlandske kringkastingssystemer.

End-Fire Antenne Array

Et endeantennearrangement er det samme som elementer i bredsidearrangementet, men hovedforskjellen mellom disse to konfigurasjonene er eksiteringsmåten. I dette arrangementet mates elementene generelt ut av fase med 180°, mens i bredsidearrangement mates hvert element med strømmen av en lignende fase. I dette arrangementet oppnås maksimal stråling langs gruppeaksen.

Således, for å få et ensrettet strålingsmønster, blir dette komplette identiske elementarrangementet ganske enkelt energisert med ekvivalent amplitudestrøm, men fasen endres kontinuerlig langs linjen. Så det kan sies at en endeavfyringsgruppe genererer et ensrettet strålingsmønster ved at den høyeste strålingen skjer gjennom aksen til antennegruppen.

I strålingsmønsterdiagrammet ovenfor er hovedavstanden mellom elementene innenfor dette arrangementet normalt forstått som λ/4 (eller) 3λ/4. Så disse arrayene brukes oftest i punkt-til-punkt-kommunikasjon og er passende for høy-, middels- og lavfrekvensområder.

Collinear Array

I en collineær array er antenneelementer ganske enkelt arrangert i en enkelt linje fra den ene enden til den andre, som betyr den ene etter den andre. Så dette arrangementet kan være enten horisontalt eller vertikalt. Den collineære matrisen med et horisontalt arrangement er vist nedenfor.

Til alle antenneelementene leveres eksitasjonen av strømmer av samme fase og størrelse til alle elementene. I likhet med en bredsidematrise gir dette også stråling i normal retning til antennematriseaksen. Således er strålingsmønsteret til den kollineære gruppen noe relatert til bredsideantennegruppen.

Dette arrangementet gir ganske enkelt den høyeste forsterkningen når elementene er plassert med en avstand på 0,3 til 0,5λ, men dette kan forårsake både konstruksjonsmessige og mateproblemer i antennegruppen. Så elementene er arrangert nærmere hverandre.

Det kollineære array-strålingsmønsteret er vist ovenfor. Det skal her bemerkes at med en økning i lengden av gruppen øker også retningsvirkningen. Vanligvis brukes to-elements collinear array vanligvis fordi den støtter flerbåndsdrift, men noen ganger bruker noen applikasjoner en kombinasjon av bredside, end-fire og collinear arrays fordi dette forbedrer retningsevnen og forsterkningen til et veldig høyt område.

Parasittisk array

Multi-element-arrayene som parasittiske antenneelementer er anordnet parasittisk som gir maksimal retningsbestemt forsterkning uten å mate hvert array-element. Denne typen arrangement hjelper ganske enkelt med å håndtere matelinjeproblemet ved ikke å gi direkte eksitering til hvert antenneoppstillingselement. Det parasittiske antennearrangementet er vist nedenfor.

Elementene som ikke mates direkte er kjent som parasittiske elementer, og de henter ganske enkelt kraften sin fra den utsendte strålingen fra det drevne elementet som er tilstede i nærheten. Som et resultat aktiveres parasittiske elementer ved elektromagnetisk kobling siden drivelementet er i nærheten.

Antennegruppens parasittiske elementer er ikke direkte eksitert, men de er avhengige av eksitasjonen som leveres mot drivelementet. Så den induserte strømmen i det parasittiske elementet forårsaket av det drevne elementet bestemmes av avstanden mellom disse to elementene og deres innstilling.

Dermed produseres et ensrettet strålingsmønster med en 'λ/4' separasjonsavstand og 90° faseforskjell mellom de drivende og parasittiske elementene. Dermed blir strålingsmønsteret til denne gruppen ganske enkelt skapt av en reflektor anordnet etter drivelementet, som inkluderer tilbakereflekterte bølger mot foroverbølgen. Avstandsfrekvensen for disse typene antenner varierer fra 100 – 1000 MHz.

Hva er Antenna Array Gain?

Antennearrayforsterkningen kan defineres som forholdet mellom intensiteten innenfor en spesifisert retning og intensiteten til oppnådd stråling hvis en lignende effekt utstråles med en enkelt isotropisk radiator.

Hva er hensikten med en antennegruppe?

Hensikten med en antennegruppe er å sende/motta radiobølger ved å fungere som en enkelt antenne.

Hva er en god antenneforsterkning?

Det gode antenneforsterkning er 3 dB, 6dB osv.

Hva er en array i en antenne?

Arrayen i en antenne er en gruppe antenner som er koblet sammen for å danne en enkelt antenne.

Hva er array-faktoren til en antenne array?

En antennegruppefaktor er en funksjon av antennens posisjoner i arrayet og vektene som brukes. Så denne faktoren kan betydelig endre retningsegenskapene til det bestemte antenneelementet. Så dette fenomenet observeres hovedsakelig når antenner er koblet sammen.

Fordeler og ulemper

Antenne array fordeler Inkluder følgende.

• Styrken på signalet øker veldig sterkt.
• Høy retningsvirkning kan oppnås.
• Størrelsen på smålappene reduseres drastisk.
• Det er mulig å oppnå et høyt S/N-forhold.
• Store gevinster kan oppnås.
• Mengden strømsvinn reduseres.
• Det er mulig å oppnå bedre resultater.
• Antenneutformingen støtter ganske enkelt den bedre ytelsen til antennen.

Ulemper med antennearray inkluderer følgende.

• Antennearrayer er dyre.
• De resistive tapene vil økes.
• Det krever høyt vedlikehold.
• Montering er vanskelig.
• Det opptar et stort ytre rom.

applikasjoner

Antenne array-applikasjoner inkluderer følgende.

• En antennegruppe er veldig nyttig for å øke den totale forsterkningen, øke SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), kansellere interferens, gi diversitetsmottak, flytte matrisen i en bestemt retning, måle ankomsten til retningen for innkommende signaler, etc.
• Antennegruppen brukes i trådløse, militære radar , og satellittkommunikasjon .
• Disse brukes innen observasjon av astronomiske.
• Disse er for det meste anvendelige i langdistansekommunikasjon og også mobilkommunikasjon.
• Disse brukes der det kreves høy signalstyrke for langdistanseoverføring og mottak.

Dermed er dette en oversikt over antenner arrays – arbeid med applikasjoner. En antennegruppe bruker ganske enkelt flere antenner for å fange opp og overføre signaler i forskjellige retninger. Så antennematrisen brukes hovedsakelig til å øke kvaliteten og rekkevidden til signalet vårt. Her er et spørsmål til deg, hva er funksjonen til en antenne?