En antenn är en specialiserad enhet som kan utstråla en viss mängd energi i en viss riktning för bättre utsändning. För effektivare utmatning läggs ytterligare några antennelement till som är kända som antennmatriser. En enkel antenn har bra riktning men misslyckas något i signalöverföringen till mottagaren med förluster så en antennuppsättning används. Så i så många applikationer behöver vi antenner med extremt höga direktivegenskaper som kan förbättras genom att öka antennens elektriska storlek. Att öka antennens dimension utan att öka storleken på de enskilda elementen är att bilda antennuppsättningselement. Den här artikeln diskuterar en översikt över antennuppsättning – typer och deras arbete med applikationer.
Vad är en antennuppsättning?
En antennuppsättningsdefinition är; en grupp antenner som är anordnade att bilda en enda antenn för att generera strålningsmönster men som inte genereras av individuella antenner. Så en uppsättning antenner kommer att arbeta tillsammans för att sända eller ta emot radiosignaler. Utformningen och underhållet av denna antenn är kostnadseffektiv eftersom varje antenn är mindre. Antennuppsättningsdiagrammet visas nedan.
För antennuppsättningen måste korrekt avstånd och fas anges under konfigurationen. När antenner väl sänder en signal till ett mycket långt avstånd krävde det att de måste ha hög riktningsförstärkning eftersom signalen deformeras och förvrängs medan de sänder från ena änden till den andra. Även om en enstaka antenn sänder med en god riktning, misslyckas den med att sända en signal från sändaren till mottagaren utan förluster. Så detta är den främsta anledningen till att använda antennuppsättningen.
Array antenn design
En antennuppsättning är designad genom att arrangera flera antenner för att skapa ett enda system för att ge hög riktningsförstärkning. Antenner inom arrayen måste placeras på rätt avstånd och i rätt fas så att det oberoende bidraget från varje antenn inom arrangemanget i samma riktning läggs ihop medan det annulleras i vila alla andra riktningar. Denna typ av arrangemang förbättrar systemets riktningsförmåga. När väl alla antenner inom ett system är arrangerade i en rak linje är det känt som en linjär antennuppsättning.
Antennmatrisen fungerar
En antennuppsättning är en uppsättning av olika antennelement. I allmänhet använder en flerelementsuppsättning en halvvågsdipolantenn. Denna antenn har ett rundstrålande strålningsmönster så att vågorna sänds ut över en vidvinkel. För att förbättra dessa antenners förmåga att sända särskilt i en enda riktning, är dessa antenner helt enkelt arrangerade i arrayform med rätt avstånd. Dessa arrayer exciteras samtidigt genom att tillhandahålla ström genom korrekt fas.
Generellt i en uppsättning av antenner är strömmarna inom de olika antennelementen i fas om den uppnår det högsta värdet när den strömmar genom en liknande riktning samtidigt. Så snart antennelementen matas med rätt fas från varje element i arrayen, överlagras de sfäriska vågorna på grund av interferens och genererar en radiovåg. Här i systemet kan störningarna vara antingen konstruktiva (eller) destruktiva och beror helt på de utstrålade vågorna från elementen.
Som ett resultat, om de utsända vågorna från antennelementen är i fas, läggs de till på ett användbart sätt, så att det ökar den utstrålade effekten. Om vågorna som emitteras från de enskilda elementen inte är i fas, läggs de till destruktivt för att eliminera varandra. Så detta kan orsaka en minskning av den utstrålade effekten.
På detta sätt är den emitterade strålningen från arrayelementen i fas och adderas för att ge en riktad stråle som har maximal styrka så att den kan resa mycket långa sträckor. Sålunda har strålningsmönstret som tillhandahålls av en antennuppsättning en huvudlob som specificerar en stark stråle i en enda riktning. När antalet element i arrayen ökas, blir huvudloben smalare och mindre sidolober anger en ökning av förstärkningen som tillhandahålls av antennen.
Typer av matrisantenn
Arrayantenner klassificeras i fyra typer bredsida, end-fire, collinear & parasitic antenn array där varje typ diskuteras nedan.
Bredsides antennuppsättning
Den breda antennuppsättningen visas nedan där olika identiska element är parallellt anordnade längs antennaxellinjen. I denna typ av arrangemang är elementen anordnade horisontellt anordnade på ett ekvivalent avstånd till varandra och varje element matas av en ström av liknande fas och storlek.
Närhelst elementen i detta arrangemang aktiveras, kommer maximal strålning att sändas ut från bredsidan, vilket betyder normal riktning mot arrayaxeln, medan en viss mängd strålning kommer att sändas ut från de andra riktningarna. Så det ger ett dubbelriktat strålningsmönster eftersom det strålar i båda riktningarna längs bredsidan. Därför, i detta arrangemang, är principen för strålningsriktningen gemensam för arrayaxeln & elementets positionsplan. Strålningsmönstret för bredsidesantennuppsättningen visas nedan.
Strålningsmönstret för bredsidesantennuppsättningen är vertikalt eftersom elementets inriktning är horisontell.
Om vi vill ändra strålningsmönstret från dubbelriktat till enkelriktat måste en liknande array anordnas på λ/4 avstånd bakom denna antennuppsättning och excitera replikarrayen genom en ström som har en 90° fasledning. Vanligtvis beror antalet element inom detta arrangemang på tillgängligt utrymme med behovet av kostnad och strålbredd medan arraylängden tas mellan 2 λ och 10 λ. I allmänhet används dessa antennuppsättningar i utländska sändningssystem.
End-Fire Antenn Array
En antennuppsättningsarrangemang är samma som element i bredsidesarrangemanget, men den största skillnaden mellan dessa två konfigurationer är sättet att excitera. I detta arrangemang matas elementen i allmänhet ur fas med 180°, medan i bredsidesarrangemang varje element matas med ström av en liknande fas. I detta arrangemang uppnås den maximala strålningen längs arrayaxeln.
Sålunda, för att få ett enkelriktat strålningsmönster, strömförs detta fullständigt identiska elementarrangemang helt enkelt med ekvivalent amplitudström, men fasen ändras kontinuerligt längs linjen. Så det kan konstateras att en ändmatris genererar ett enkelriktat strålningsmönster genom att den högsta strålningen sker genom antenngruppens axel.
I ovanstående strålningsmönsterdiagram förstås huvudavståndet mellan elementen inom detta arrangemang normalt som λ/4 (eller) 3λ/4. Så dessa arrayer används oftast i punkt-till-punkt-kommunikation och är lämpliga för hög-, medel- och lågfrekvensområden.
Collinear Array
I en kollinjär array är antennelement helt enkelt arrangerade i en enda linje från ena änden till den andra, vilket betyder en efter en. Så detta arrangemang kan vara antingen horisontellt eller vertikalt. Den kolinjära arrayen med ett horisontellt arrangemang visas nedan.
Till alla antennelement tillhandahålls exciteringen av strömmar av samma fas och storlek till alla element. I likhet med en bredsidesgrupp ger detta också strålning i normal riktning mot antenngruppens axel. Sålunda är strålningsmönstret för den kolinjära gruppen något relaterad till den breda antenngruppen.
Detta arrangemang erbjuder helt enkelt den högsta förstärkningen när elementen är åtskilda på 0,3 till 0,5λ avstånd, men detta kan orsaka såväl konstruktions- som matningsproblem inom antennuppsättningen. Så elementen är anordnade närmare varandra.
Strålningsmönstret för kolinjär array visas ovan. Det bör noteras här att med en ökning av längden på arrayen ökar också riktningsförmågan. I allmänhet används två elements kolinjär array eftersom den stöder multibandsdrift, men ibland använder vissa applikationer en kombination av bredsida, end-fire & collinear arrays eftersom detta förbättrar riktningsförmågan och förstärkningen till ett mycket högt område.
Parasitisk Array
Flerelementsuppsättningarna som parasitiska antennelement är arrangerade parasitiskt vilket ger maximal riktningsförstärkning utan att mata varje gruppelement. Denna typ av arrangemang hjälper helt enkelt till att hantera matningsledningsproblemet genom att inte tillhandahålla direkt excitation till varje antennuppsättningselement. Det parasitära antennarrangemanget visas nedan.
De element som inte matas direkt är kända som parasitiska element och de hämtar helt enkelt sin kraft från den emitterade strålningen från det drivna elementet som finns i närheten. Som ett resultat aktiveras parasitiska element genom elektromagnetisk koppling eftersom drivelementet är i närheten.
Antenngruppens parasitelement är inte direkt exciterade utan de förlitar sig på exciteringen som levereras mot drivelementet. Så den inducerade strömmen i det parasitära elementet som orsakas av det drivna elementet bestäms av avståndet mellan dessa två element och deras inställning.
Således produceras ett enkelriktat strålningsmönster med ett 'λ/4'-separationsavstånd och 90° fasskillnad mellan de drivande såväl som parasitiska elementen. Sålunda skapas strålningsmönstret för denna grupp helt enkelt av en reflektor som är anordnad efter drivelementet, vilken inkluderar bakåtreflekterade vågor mot framåtvågen. Avståndsfrekvensen för dessa typer av antennuppsättningar sträcker sig från 100 – 1000 MHz.
Vad är Antenna Array Gain?
Antennuppsättningens förstärkning kan definieras som förhållandet mellan intensiteten inom en specificerad riktning och intensiteten av erhållen strålning om en liknande effekt utstrålas med en enda isotropisk strålare.
Vad är syftet med en antennuppsättning?
Syftet med en antennuppsättning är att sända/ta emot radiovågor genom att fungera som en enda antenn.
Vad är en bra antennförstärkning?
Den goda antennförstärkning är 3 dB, 6dB osv.
Vad är en array i en antenn?
Arrayen i en antenn är en grupp antenner som är anslutna för att bilda en enda antenn.
Vad är arrayfaktorn för en antenn array?
En antennmatrisfaktor är en funktion av antennens positioner inom matrisen och vikterna som används. Så denna faktor kan avsevärt ändra riktningsegenskaperna för det specifika antennelementet. Så detta fenomen observeras främst när antenner är sammankopplade.
Fördelar och nackdelar
Fördelar med antennsystem inkluderar följande.
- Styrkan på signalen ökar mycket kraftigt.
- Hög riktverkan kan uppnås.
- De mindre lobernas storlek minskas drastiskt.
- Det är möjligt att erhålla ett högt S/N-förhållande.
- Stora vinster kan erhållas.
- Mängden energislöseri minskar.
- Det är möjligt att uppnå bättre resultat.
- Antennuppsättningsdesignen stöder helt enkelt antennens bättre prestanda.
Nackdelar med antennuppsättningen inkluderar följande.
- Antennsystem är dyra.
- De resistiva förlusterna kommer att öka.
- Det kräver högt underhåll.
- Montering är svårt.
- Den upptar ett enormt yttre utrymme.
Ansökningar
Antennuppsättningstillämpningar inkluderar följande.
- En antennuppsättning är till stor hjälp för att öka den totala förstärkningen, öka SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), eliminera störningar, tillhandahålla diversitetsmottagning, flytta matrisen i en viss riktning, mäta ankomsten av inkommande signalers riktning, etc.
- Antennmatrisen används i trådlöst, militärt radar , och satellitkommunikation .
- Dessa används inom observation av astronomiska.
- Dessa är mestadels tillämpliga på långdistanskommunikation och även mobilkommunikation.
- Dessa används överallt där hög signalstyrka krävs för långdistansöverföring och mottagning.
Detta är alltså en översikt över antenn arrays – arbeta med applikationer. En antennuppsättning använder helt enkelt flera antenner för att fånga och sända signaler i olika riktningar. Så antennuppsättningen används främst för att öka kvaliteten och räckvidden på vår signal. Här är en fråga till dig, vad har en antenn för funktion?
