Een antenne is een gespecialiseerd apparaat dat een bepaalde hoeveelheid energie in een bepaalde richting kan uitstralen voor een betere uitvoertransmissie. Voor een efficiëntere output zijn er nog een paar antenne-elementen aan toegevoegd die bekend staan als antenne-arrays. Een enkele antenne heeft een goede directiviteit, maar faalt enigszins in de signaaloverdracht naar de ontvanger met verliezen, dus wordt een antenne-array gebruikt. Dus in zoveel toepassingen hebben we nodig antennes met extreem hoge richtkarakteristieken die kunnen worden verbeterd door de elektrische afmetingen van de antenne te vergroten. Om de dimensie van de antenne te vergroten zonder de grootte van de individuele elementen te vergroten, moet je antenne-array-elementen vormen. Dit artikel bespreekt een overzicht van antenne array – typen en hun werking met applicaties.
Wat is een antenne-array?
Een definitie van een antennearray is; een groep antennes die zijn gerangschikt om een enkele antenne te vormen om stralingspatronen te genereren, maar niet gegenereerd door individuele antennes. Dus een stel antennes zal samenwerken om radiosignalen te verzenden of te ontvangen. Het ontwerpen en onderhouden van deze antenne is kosteneffectief omdat elke antenne kleiner is. Het diagram van de antenne-array wordt hieronder weergegeven.
Voor de antenne-array moet tijdens het configureren de juiste afstand en fase worden opgegeven. Zodra antennes een signaal over een zeer lange afstand uitzenden, moesten ze een hoge richtversterking hebben, aangezien het signaal vervormt en vervormt terwijl het van het ene uiteinde naar het andere wordt verzonden. Hoewel een enkele antenne met een goede richtingsgevoeligheid uitzendt, slaagt hij er niet in om een signaal zonder verliezen van de zender naar de ontvanger te verzenden. Dit is dus de belangrijkste reden om de antenne-array te gebruiken.
Array-antenneontwerp
Een antenne-array is ontworpen door verschillende antennes op te stellen om een enkel systeem te maken dat een hoge richtversterking levert. Antennes binnen de array moeten op de juiste afstand en in de juiste fase worden geplaatst, zodat de onafhankelijke bijdrage van elke antenne binnen de opstelling in dezelfde richting wordt opgeteld, terwijl deze in rust in alle andere richtingen wordt opgeheven. Dit soort opstelling verbetert de directiviteit van het systeem. Zodra alle antennes binnen een systeem in een rechte lijn zijn gerangschikt, staat dit bekend als een lineaire antenne-array.
Antenne-array werkt
Een antenne-array is een set van verschillende antenne-elementen. Over het algemeen gebruikt een array met meerdere elementen een dipoolantenne met een halve golf. Deze antenne heeft een omnidirectioneel stralingspatroon waardoor de golven boven een brede hoek worden uitgezonden. Om het vermogen van deze antennes om vooral in één richting uit te zenden te vergroten, zijn deze antennes eenvoudig in de array-vorm gerangschikt met de juiste tussenruimte. Deze arrays worden tegelijkertijd geëxciteerd door stroom te leveren door de juiste fase.
Over het algemeen zijn in een reeks antennes de stromen binnen de verschillende antenne-elementen in fase als ze de hoogste waarde bereiken door tegelijkertijd door een vergelijkbare richting te stromen. Dus zodra de antenne-elementen zijn gevoed met de juiste fase van elk element van de array, worden de sferische golven gesuperponeerd vanwege interferentie en genereren ze een radiogolf. Hier in het systeem kan de interferentie zowel constructief (of) destructief zijn en volledig afhankelijk van de uitgestraalde golven door de elementen.
Als gevolg hiervan, als de uitgezonden golven van de antenne-elementen in fase zijn, worden ze nuttig toegevoegd, zodat het uitgestraalde vermogen toeneemt. Terwijl, als de golven die door de individuele elementen worden uitgezonden niet in fase zijn, ze destructief worden toegevoegd om elkaar op te heffen. Dit kan dus een vermindering van het uitgestraalde vermogen veroorzaken.
Op deze manier zijn de uitgezonden stralingen van de array-elementen in fase en tellen ze op om een gerichte bundel te bieden die maximale sterkte heeft, zodat deze zeer lange afstanden kan afleggen. Het stralingspatroon dat door een antenne-array wordt geleverd, heeft dus een hoofdlob die een sterke bundel in een enkele richting specificeert. Wanneer het aantal elementen in de array wordt vergroot, wordt de hoofdlob smaller en kleinere zijlobben specificeren een toename van de versterking die door de antenne wordt geleverd.
Array-antennetypen
Array-antennes worden ingedeeld in vier typen broadside-, end-fire-, collineaire en parasitaire antenne-array, waarbij elk type hieronder wordt besproken.
Broadside-antenne-array
De opstelling van de brede antenne-array wordt hieronder weergegeven, waar verschillende identieke elementen parallel langs de antenne-aslijn zijn gerangschikt. In dit type opstelling zijn de elementen horizontaal gerangschikt op een gelijke afstand van elkaar en elk element wordt gevoed door een stroom van vergelijkbare fase en grootte.
Telkens wanneer de elementen in deze opstelling worden bekrachtigd, wordt maximale straling uitgezonden vanaf de breedte, wat betekent de normale richting naar de array-as, terwijl een bepaalde hoeveelheid straling wordt uitgezonden vanuit de andere richtingen. Het zorgt dus voor een bidirectioneel stralingspatroon omdat het in beide richtingen langs de breedte straalt. Daarom is in deze opstelling het stralingsrichtingsprincipe gemeenschappelijk voor de array-as en het vlak van de elementpositie. Het stralingspatroon van de brede antenne-array wordt hieronder weergegeven.
Het stralingspatroon van de brede antenne-array is verticaal omdat de uitlijning van het element horizontaal is.
Als we het stralingspatroon willen veranderen van bidirectioneel naar unidirectioneel, dan moet een vergelijkbare array op λ/4 afstand achter deze antenne-array worden opgesteld en de replica-array worden geëxciteerd door een stroom met een fasevoorsprong van 90°. Gewoonlijk hangt het aantal elementen binnen deze opstelling af van de beschikbare ruimte met de behoefte aan kosten en bundelbreedte, terwijl de lengte van de array tussen 2 λ en 10 λ ligt. Over het algemeen worden deze antenne-arrays gebruikt in overzeese omroepsystemen.
End-Fire antenne-array
Een end-fire antenne-array-opstelling is hetzelfde als elementen in de broadside-opstelling, maar het belangrijkste verschil tussen deze twee configuraties is de manier van excitatie. In deze opstelling worden de elementen over het algemeen 180 ° uit fase gevoed, terwijl in een opstelling aan de zijkant elk element wordt gevoed met de stroom van een vergelijkbare fase. In deze opstelling wordt de maximale straling bereikt langs de array-as.
Dus om een unidirectioneel stralingspatroon te krijgen, wordt deze opstelling met volledig identieke elementen eenvoudigweg bekrachtigd met equivalente amplitudestroom, maar de fase verandert voortdurend langs de lijn. Er kan dus worden gesteld dat een end-fire-array een unidirectioneel stralingspatroon genereert door de hoogste straling die door de as van de antenne-array optreedt.
In het bovenstaande stralingspatroondiagram wordt de hoofdafstand tussen de elementen binnen deze opstelling normaal gezien als λ/4 (of) 3λ/4. Deze arrays worden dus het meest gebruikt in point-to-point-communicatie en zijn geschikt voor hoge, gemiddelde en lage frequentiebereiken.
Collineaire matrix
In een collineaire array zijn antenne-elementen eenvoudigweg gerangschikt in een enkele lijn van het ene uiteinde naar het andere, wat betekent dat de ene na de andere. Deze opstelling kan dus zowel horizontaal als verticaal georiënteerd zijn. De collineaire array met een horizontale opstelling wordt hieronder weergegeven.
Voor alle antenne-elementen wordt de excitatie geleverd door stromen van dezelfde fase en grootte voor alle elementen. Net als bij een broadside-array, levert dit ook straling in de normale richting op de as van de antenne-array. Het stralingspatroon van de collineaire array is dus enigszins gerelateerd aan de brede antenne-array.
Deze opstelling biedt simpelweg de hoogste versterking wanneer de elementen op een afstand van 0,3 tot 0,5λ zijn geplaatst, maar dit kan constructieve en voedingsproblemen binnen de antenne-array veroorzaken. De elementen zijn dus dichter bij elkaar geplaatst.
Het stralingspatroon van de collineaire array is hierboven weergegeven. Hierbij moet worden opgemerkt dat met een toename van de lengte van de array ook de gerichtheid toeneemt. Over het algemeen wordt een collineaire array met twee elementen gebruikt omdat deze multibandwerking ondersteunt, maar soms gebruiken sommige toepassingen een combinatie van broadside, end-fire en collineaire arrays omdat dit de directiviteit en versterking tot een zeer hoog bereik verbetert.
Parasitaire reeks
De arrays met meerdere elementen, zoals parasitaire antenne-elementen, zijn parasitair gerangschikt, wat zorgt voor maximale richtingsversterking zonder elk array-element te voeden. Dit soort opstelling helpt eenvoudigweg bij het oplossen van het voedingslijnprobleem door geen directe excitatie te bieden aan elk antenne-array-element. De opstelling van de parasitaire antenne wordt hieronder weergegeven.
De elementen die niet rechtstreeks worden gevoed, staan bekend als parasitaire elementen en ze halen eenvoudigweg hun kracht uit de uitgezonden straling door het aangedreven element dat in de buurt aanwezig is. Hierdoor worden parasitaire elementen geactiveerd door elektromagnetische koppeling aangezien het aandrijfelement dichtbij is.
De parasitaire elementen van de antenne-array worden niet direct geëxciteerd, maar ze vertrouwen op de excitatie die wordt geleverd aan het aandrijfelement. De geïnduceerde stroom binnen het parasitaire element veroorzaakt door het aangedreven element wordt dus bepaald door de afstand tussen deze twee elementen en hun afstemming.
Zo wordt een unidirectioneel stralingspatroon geproduceerd met een 'λ/4' scheidingsafstand & 90° faseverschil tussen de aansturende en parasitaire elementen. Het stralingspatroon van deze reeks wordt dus eenvoudig gecreëerd door een reflector die achter het aandrijfelement is geplaatst en die teruggekaatste golven naar de voorwaartse golf omvat. De bereikfrequentie voor dit soort antenne-arrays varieert van 100 - 1000 MHz.
Wat is antenne-arrayversterking?
De versterking van de antenne-array kan worden gedefinieerd als de verhouding van de intensiteit binnen een bepaalde richting tot de intensiteit van de verkregen straling als een vergelijkbaar vermogen wordt uitgestraald met een enkele isotrope straler.
Wat is het doel van een antenne-array?
Het doel van een antenne-array is om radiogolven te verzenden/ontvangen door als een enkele antenne te werken.
Wat is een goede antenneversterking?
De goede antenne winst is 3 dB, 6 dB, enz.
Wat is een array in een antenne?
De array in een antenne is een groep antennes die zijn verbonden om een enkele antenne te vormen.
Wat is de array-factor van een antenne-array?
Een antennearrayfactor is een functie van de posities van de antenne binnen de array en de gebruikte gewichten. Deze factor kan dus de richtingseigenschappen van het specifieke antenne-element aanzienlijk veranderen. Dit fenomeen wordt dus vooral waargenomen als antennes met elkaar zijn verbonden.
Voor-en nadelen
Voordelen antenne-array omvatten het volgende.
- De sterkte van het signaal neemt zeer sterk toe.
- Hoge directiviteit kan worden bereikt.
- De grootte van de kleine lobben is drastisch verminderd.
- Het verkrijgen van een hoge S/N-verhouding is mogelijk.
- Er zijn grote winsten te behalen.
- De hoeveelheid stroomverspilling wordt verminderd.
- Het behalen van betere resultaten is mogelijk.
- Het ontwerp van de antenne-array ondersteunt gewoon de betere prestaties van de antenne.
De nadelen van de antenne-array zijn de volgende.
- Antenne-arrays zijn duur.
- De weerstandsverliezen zullen toenemen.
- Het vereist veel onderhoud.
- Montage is moeilijk.
- Het neemt een enorme externe ruimte in beslag.
toepassingen
Antenne-array-toepassingen omvatten het volgende.
- Een antenne-array is zeer nuttig bij het vergroten van de algehele versterking, het verhogen van de SINR (signaal-interferentie plus ruisverhouding), het opheffen van interferentie, het bieden van diversiteitsontvangst, het verplaatsen van de array in een bepaalde richting, het meten van de aankomst van binnenkomende signalen, enz.
- De antenne-array wordt gebruikt in draadloze, militaire radar , en satelliet communicatie .
- Deze worden gebruikt in de observatie van astronomische.
- Deze zijn meestal van toepassing op langeafstandscommunicatie en ook op mobiele communicatie.
- Deze worden overal gebruikt waar een hoge signaalsterkte vereist is voor verzending en ontvangst over lange afstanden.
Dit is dus een overzicht van de antenne arrays – werken met applicaties. Een antenne-array gebruikt eenvoudig meerdere antennes om signalen in verschillende richtingen op te vangen en te verzenden. Dus antenne-array wordt voornamelijk gebruikt om de kwaliteit en het bereik van ons signaal te vergroten. Hier is een vraag voor u, wat is de functie van een antenne?
