Az antenna egy speciális eszköz, amely bizonyos mennyiségű energiát képes kisugározni egy adott irányba a jobb kimeneti átvitel érdekében. A hatékonyabb kimenet érdekében néhány további antennaelemet adnak hozzá, amelyeket Antenna tömböknek neveznek. Egyetlen antenna jó irányíthatósággal rendelkezik, de némileg meghibásodik a jelátvitelben a vevő felé veszteséggel, ezért antennatömböt használnak. Tehát sok alkalmazásban szükségünk van antennák rendkívül magas direktíva karakterisztikával, amelyet az antenna elektromos méretének növelésével lehet fokozni. Az antenna méretének növelése az egyes elemek méretének növelése nélkül annyi, mint antennatömb elemek kialakítása. Ez a cikk egy áttekintést tárgyal antenna tömb – típusok és alkalmazásokkal való munkavégzésük.
Mi az az antennatömb?
Az antennatömb definíciója: antennák csoportja, amelyek úgy vannak elrendezve, hogy egyetlen antennát képezzenek, hogy sugárzási mintákat hozzanak létre, de amelyeket nem egyedi antennák generálnak. Tehát egy sor antenna együtt fog működni a rádiójelek továbbításában vagy vételében. Ennek az antennának a tervezése és karbantartása költséghatékony, mivel minden antenna kisebb. Az antenna tömb diagramja az alábbiakban látható.
Az antennatömbhöz megfelelő távolságot és fázist kell megadni a konfigurálás során. Ha az antennák nagyon nagy távolságra továbbítják a jelet, akkor nagy direktív erősítéssel kell rendelkezniük, mivel a jel deformálódik és torzul, miközben egyik végétől a másikig továbbít. Bár egyetlen antenna jó irányítottsággal sugároz, nem képes veszteség nélkül továbbítani a jelet az adóról a vevőre. Tehát ez a fő oka az antennatömb használatának.
Array Antenna Design
Az antennatömböt több antenna elrendezésével úgy tervezték meg, hogy egyetlen rendszert alkotva magas direktíva erősítést biztosítson. A tömbön belüli antennákat megfelelően és a megfelelő fázisban kell elhelyezni, hogy az elrendezésben lévő minden antenna független hozzájárulása ugyanabban az irányban összeadódjon, míg nyugalomban minden más irányban megszűnjön. Ez a fajta elrendezés javítja a rendszer irányíthatóságát. Ha egy rendszeren belül az összes antenna egyenes vonalban van elhelyezve, akkor lineáris antennatömbnek nevezzük.
Antennatömb működik
Az antennatömb különböző antennaelemek halmaza. Általában egy többelemű tömb félhullámú dipólantennát használ. Ennek az antennának mindenirányú sugárzási mintája van, így a hullámok széles szög felett bocsátódnak ki. Az antennák azon képességének javítása érdekében, hogy különösen egy irányban sugározzanak, ezeket az antennákat egyszerűen tömb formájában kell elhelyezni, megfelelő távolsággal. Ezeket a tömböket egyidejűleg gerjesztik a megfelelő fázis áramellátásával.
Általában egy antennatömbben a különböző antennaelemeken belüli áramok fázisban vannak, ha a legmagasabb értéket éri el, ha egyidejűleg hasonló irányban áramlik. Így, ha az antennaelemeket a megfelelő fázissal táplálják a tömb minden eleméből, a gömbhullámok az interferencia miatt egymásra épülnek, és rádióhullámot generálnak. Itt a rendszerben az interferencia lehet építő (vagy) destruktív, és teljes mértékben függ az elemek által kisugárzott hullámoktól.
Ennek eredményeként, ha az antennaelemekből kibocsátott hullámok fázisban vannak, akkor azokat hasznosan hozzáadják, így növeli a kisugárzott teljesítményt. Míg ha az egyes elemek által kibocsátott hullámok nincsenek fázisban, akkor destruktív módon összeadódnak, hogy kioltsák egymást. Tehát ez a kisugárzott teljesítmény csökkenését okozhatja.
Ilyen módon a tömbelemek által kibocsátott sugárzás fázisban van, és összeadódik, és olyan iránynyalábot képez, amelynek maximális erőssége van, így nagyon nagy távolságokat képes megtenni. Így az antennatömb által biztosított sugárzási mintának van egy fő lebenyje, amely egyetlen irányban erős sugarat határoz meg. Ha a tömb elemeinek száma nő, a fő lebeny szűkül, a kisebb oldallebenyek pedig az antenna által biztosított erősítést növelik.
Antenna tömb típusai
A tömbantennákat négy típusba sorolják: széles oldali, tűzvégi, kollineáris és parazita antennatömb, ahol mindegyik típust az alábbiakban tárgyaljuk.
Széles oldali antennatömb
A széles oldali antennasor elrendezése az alábbiakban látható, ahol különböző azonos elemek párhuzamosan vannak elrendezve az antenna tengelye mentén. Az ilyen típusú elrendezésben az elemek vízszintesen, azonos távolságra vannak elrendezve, és minden elemet hasonló fázisú és nagyságú áram táplál.
Amikor az ebben az elrendezésben lévő elemeket feszültség alá helyezik, akkor a maximális sugárzás a széles oldalról fog kibocsátani, ami a normál irányt jelenti a tömb tengelye felé, míg a többi irányból bizonyos mennyiségű sugárzást bocsátanak ki. Tehát kétirányú sugárzási mintát biztosít, mivel mindkét irányban sugárzik a széles oldal mentén. Ezért ebben az elrendezésben a sugárzás irányának elve közös a tömb tengelyével és az elem helyzetének síkjával. A széles oldali antennatömb sugárzási mintája az alábbiakban látható.
A széles oldali antennatömb sugárzási mintája függőleges, mivel az elem beállítása vízszintes.
Ha meg akarjuk változtatni a sugárzási mintát kétirányúról egyirányúra, akkor egy hasonló tömbnek λ/4 távolságra kell elhelyezkednie az antennatömb mögött, és a replikatömböt 90°-os fázisvezetékkel rendelkező áramon keresztül gerjeszteni. Általában az elemek száma ebben az elrendezésben a rendelkezésre álló helytől függ, a költségek és a nyalábszélesség igényével, míg a tömb hosszát 2 λ és 10 λ között veszik. Általában ezeket az antennatömböket tengerentúli műsorszóró rendszerekben használják.
End-Fire Antenna Array
A tűzvégi antennasor elrendezése megegyezik a széles oldali elrendezés elemeivel, azonban a fő különbség e két konfiguráció között a gerjesztés módja. Ebben az elrendezésben az elemeket általában 180°-os fázison kívül táplálják, míg a széles irányú elrendezésben mindegyik elemet hasonló fázisú árammal táplálják. Ebben az elrendezésben a maximális sugárzást a tömb tengelye mentén érjük el.
Így az egyirányú sugárzási mintázat elérése érdekében ezt a teljes azonos elemelrendezést egyszerűen ekvivalens amplitúdójú árammal tápláljuk, azonban a fázis a vonal mentén folyamatosan változik. Megállapítható tehát, hogy egy tűzvégi tömb egyirányú sugárzási mintázatot hoz létre az antennatömb tengelyén keresztül fellépő legnagyobb sugárzással.
A fenti sugárzási minta diagramban az elemek közötti fő távolság ezen az elrendezésen belül általában λ/4 (vagy) 3λ/4. Tehát ezeket a tömböket leggyakrabban pont-pont kommunikációban használják, és alkalmasak a magas, közepes és alacsony frekvenciájú tartományokra.
Kollineáris tömb
Egy kollineáris tömbben az antennaelemek egyszerűen egyetlen sorban vannak elrendezve egyik végétől a másikig, ami azt jelenti, hogy egymás után. Tehát ez az elrendezés lehet vízszintes vagy függőleges irányú. Az alábbiakban a vízszintes elrendezésű kollineáris tömb látható.
Az összes antennaelem számára a gerjesztést azonos fázisú és nagyságú áramok biztosítják az összes elem számára. A széles oldalú tömbhöz hasonlóan ez is normál irányú sugárzást biztosít az antennatömb tengelye felé. Így a kollineáris tömb sugárzási mintája némileg összefügg a széles oldalú antennatömbbel.
Ez az elrendezés egyszerűen a legnagyobb erősítést kínálja, ha az elemek 0,3-0,5 λ távolságra vannak, de ez konstrukciós és betáplálási problémákat okozhat az antennatömbön belül. Tehát az elemek közelebb vannak egymáshoz.
A kollineáris tömb sugárzási mintája fent látható. Itt meg kell jegyezni, hogy a tömb hosszának növekedésével az irányítottság is növekszik. Általában kételemes kollineáris tömböt használnak, mivel támogatja a többsávos működést, de néha egyes alkalmazások széles oldalú, végponti és kollineáris tömbök kombinációját használják, mivel ez nagyon magas tartományra növeli az irányíthatóságot és az erősítést.
Parazita tömb
A többelemes tömbök, mint például a parazita antennaelemek, parazitaszerűen vannak elrendezve, ami maximális irányerősítést biztosít anélkül, hogy minden tömbelemet betáplálna. Ez a fajta elrendezés egyszerűen segít a betáplálási probléma kezelésében, mivel nem biztosít közvetlen gerjesztést minden antennatömb elemhez. A parazita antenna elrendezése az alábbiakban látható.
A közvetlenül nem táplált elemeket parazita elemeknek nevezzük, és egyszerűen a közelben lévő hajtott elem által kibocsátott sugárzásból nyerik az energiát. Ennek eredményeként a parazita elemeket elektromágneses csatolás aktiválja, mivel a meghajtó elem a közelben van.
Az antennatömb parazita elemei nem közvetlenül gerjesztettek, hanem a hajtóelem felé továbbított gerjesztésre támaszkodnak. Tehát a hajtott elem által a parazita elemen belüli indukált áramot a két elem közötti távolság és hangolásuk határozza meg.
Így egyirányú sugárzási mintázat jön létre „λ/4” elválasztási távolsággal és 90°-os fáziskülönbséggel a meghajtó és a parazita elemek között. Így ennek a tömbnek a sugárzási mintázatát egyszerűen a hajtóelem után elhelyezett reflektor hozza létre, amely az előrefelé irányuló hullám felé visszavert hullámokat tartalmaz. Az ilyen típusú antennatömbök frekvenciája 100 és 1000 MHz között van.
Mi az Antenna Array Gain?
Az antennasor-erősítés úgy definiálható, mint egy meghatározott irányban belüli intenzitás és a kapott sugárzás intenzitásának aránya, ha egyetlen izotróp sugárzóval hasonló teljesítményt sugározunk.
Mi a célja az antennatömbnek?
Az antennatömb célja rádióhullámok adása/vétele egyetlen antennaként működve.
Milyen a jó antennaerősítés?
A jó Antenna erősítés 3 dB, 6 dB stb.
Mi az a tömb az antennában?
Az antennában lévő tömb antennák csoportja, amelyek összekapcsolása egyetlen antennát képez.
Mi az antennatömb tömbtényezője?
Az antennatömb tényező az antenna tömbön belüli helyzetének és a használt súlyoknak a függvénye. Tehát ez a tényező jelentősen megváltoztathatja az adott antennaelem irányíthatósági tulajdonságait. Tehát ez a jelenség főleg az antennák összekapcsolása után figyelhető meg.
Előnyök és hátrányok
Az antennatömb előnyei a következőket tartalmazzák.
- A jel erőssége nagyon erősen megnő.
- Magas irányíthatóság érhető el.
- A kisebb lebenyek mérete drasztikusan lecsökken.
- Lehetséges magas S/N arány elérése.
- Nagy nyereség érhető el.
- Az áramveszteség mértéke csökken.
- Lehetséges jobb eredményeket elérni.
- Az antennasor kialakítása egyszerűen támogatja az antenna jobb teljesítményét.
Az antennatömb hátrányai a következők.
- Az antennatömbök drágák.
- Az ellenállási veszteségek növekedni fognak.
- Magas karbantartást igényel.
- A szerelés nehézkes.
- Hatalmas külső helyet foglal el.
Alkalmazások
Az antennatömb alkalmazások közé tartoznak a következők.
- Az antennatömb nagyon hasznos az általános erősítés növelésében, a SINR (jel-interferencia plusz zaj arány) növelésében, az interferencia kioltásában, a diverzitás vételben, a tömb egy adott irányba történő mozgatásakor, a bejövő jelek érkezési irányának mérésében stb.
- Az antennatömböt vezeték nélküli, katonai területen használják radar , és műholdas kommunikáció .
- Ezeket a csillagászati megfigyelések során használják fel.
- Ezek leginkább a távolsági kommunikációban és a mobilkommunikációban is alkalmazhatók.
- Ezeket mindenhol használják, ahol nagy jelerősségre van szükség a nagy távolságú adáshoz és vételhez.
Ez tehát az az antenna áttekintése tömbök – alkalmazásokkal való munka. Egy antennatömb egyszerűen több antennát használ a jelek különböző irányú rögzítésére és továbbítására. Tehát az antennatömböt elsősorban a jel minőségének és hatótávolságának növelésére használják. Itt egy kérdés, hogy mi a funkciója az antennának?
