Antenn on spetsiaalne seade, mis suudab parema väljundi edastamiseks kiirata teatud koguses energiat kindlas suunas. Tõhusama väljundi jaoks lisatakse sellele veel mõned antennielemendid, mida tuntakse antennimassiividena. Ühel antennil on hea suunatavus, kuid signaali edastamine vastuvõtjale on mõnevõrra ebaõnnestunud, mistõttu kasutatakse antennimassiivi. Nii paljudes rakendustes vajame antennid äärmiselt kõrgete juhitavate omadustega, mida saab parandada antenni elektrilise suuruse suurendamisega. Antenni mõõtmete suurendamine ilma üksikute elementide suurust suurendamata tähendab antenni massiivi elementide moodustamist. Selles artiklis käsitletakse ülevaadet antenni massiiv – tüübid ja nende töö rakendustega.
Mis on antennimassiiv?
Antenni massiivi määratlus on; rühm antenne, mis on paigutatud moodustama ühtse antenni, et tekitada kiirgusmustreid, kuid mida üksikud antennid ei genereeri. Seega töötab antennide komplekt raadiosignaalide edastamiseks või vastuvõtmiseks koos. Selle antenni projekteerimine ja hooldamine on kulutõhus, kuna iga antenn on väiksem. Antenni massiivi diagramm on näidatud allpool.
Antenni massiivi jaoks tuleb konfigureerimisel anda õige vahe ja faas. Kui antennid edastavad signaali väga kaugele, siis pidi neil olema kõrge juhitav võimendus, kuna signaal deformeerub ja moondub ühest otsast teise edastades. Kuigi üks antenn edastab hea suunavusega, ei suuda see signaali saatjalt vastuvõtjale ilma kadudeta edastada. Seega on see antennimassiivi kasutamise peamine põhjus.
Massiivi antenni disain
Antenni massiiv on kavandatud paigutades mitu antenni, et moodustada üks süsteem, mis tagab suure suunava võimenduse. Antennid massiivi sees peavad olema paigutatud õigesti ja õiges faasis, nii et iga antenni iseseisev panus samas suunas liidetakse, samas kui see tühistatakse kõigis teistes suundades. Selline paigutus parandab süsteemi suunatavust. Kui kõik süsteemi antennid on sirgjooneliselt paigutatud, nimetatakse seda lineaarseks antennimassiiviks.
Antenni massiiv töötab
Antenni massiiv on erinevate antennielementide komplekt. Üldiselt kasutab mitmeelemendiline massiiv poollaine dipoolantenni. Sellel antennil on mitmesuunaline kiirgusmuster, nii et laineid kiirgatakse lainurgast kõrgemal. Et suurendada nende antennide võimet kiirgada eriti ühes suunas, paigutatakse need antennid lihtsalt massiivi kujule õigete vahedega. Neid massiive ergastab samaaegselt õige faasiga voolu andmine.
Üldiselt on antennide massiivi puhul voolud erinevates antennielementides faasis, kui see saavutab suurima väärtuse, kui see voolab samaaegselt sarnases suunas. Seega, kui antennielemendid on varustatud igast massiivi elemendist õige faasiga, kattuvad sfäärilised lained häirete tõttu ja tekitavad raadiolaine. Siin süsteemis võivad häired olla kas konstruktiivsed (või) hävitavad ja sõltuvad täielikult elementide poolt kiiratavatest lainetest.
Selle tulemusena, kui antennielementide kiirgavad lained on faasis, lisatakse need kasulikult, nii et see suurendab kiirgusvõimsust. Kui aga üksikutest elementidest kiirgavad lained ei ole faasis, siis lisatakse need üksteise tõrjumiseks hävitavalt. Seega võib see põhjustada kiirgusvõimsuse vähenemist.
Niimoodi on massiivi elementide kiiratav kiirgus faasis ja summeerub, et saada maksimaalse tugevusega suunatud kiir, mis suudab läbida väga pikki vahemaid. Seega on antennimassiivi poolt pakutaval kiirgusmustril põhisagara, mis määrab tugeva kiirte ühes suunas. Kui massiivi elementide arvu suurendatakse, muutub põhisagara kitsamaks ja väiksemad külgmised labad näitavad antenni poolt pakutava võimenduse suurenemist.
Massiivi antennitüübid
Massiiviantennid jaotatakse nelja tüüpi laiääre-, lõpptule-, kollineaarseteks ja parasiitantennide massiivideks, millest igat tüüpi käsitletakse allpool.
Laiapoolse antenni massiiv
Allpool on näidatud laia antenni massiivi paigutus, kus erinevad identsed elemendid on paralleelselt paigutatud piki antenni teljejoont. Seda tüüpi paigutuse korral on elemendid horisontaalselt paigutatud üksteisest samaväärsele kaugusele ja iga elementi toidab sarnase faasi ja suurusega vool.
Iga kord, kui selle paigutuse elemendid on pingestatud, kiirgatakse maksimaalne kiirgus laiast küljest, mis tähendab normaalset suunda massiivi teljele, samas kui teatud kogus kiirgust kiirgab teistest suundadest. Seega annab see kahesuunalise kiirgusmustri, kuna see kiirgab mõlemas suunas piki laia külge. Seetõttu on selle paigutuse korral kiirguse suuna põhimõte ühine massiivi telje ja elemendi asukoha tasapinnaga. Lai antenni massiivi kiirgusmuster on näidatud allpool.
Lai antenni massiivi kiirgusmuster on vertikaalne, kuna elemendi joondus on horisontaalne.
Kui tahame muuta kiirgusmustrit kahesuunalisest ühesuunaliseks, peab sarnane massiiv paiknema λ/4 kaugusel selle antennimassiivi taga ja ergutama koopiamassiivi läbi voolu, millel on 90° faasijuhe. Tavaliselt sõltub selle paigutuse elementide arv saadaolevast ruumist, mis nõuab kulusid ja kiire laiust, samas kui massiivi pikkus on vahemikus 2 λ kuni 10 λ. Üldiselt kasutatakse neid antennimassiive ülemere ringhäälingusüsteemides.
End-Fire Antenni massiiv
Lõpptulega antenni massiivi paigutus on sama, mis laikülgse paigutuse elemendid, kuid peamine erinevus nende kahe konfiguratsiooni vahel on ergastuse viis. Selle paigutuse korral toidetakse elemente tavaliselt 180° faasist välja, samas kui laiapoolses paigutuses toidetakse iga elementi sarnase faasi vooluga. Selle paigutuse korral saavutatakse maksimaalne kiirgus piki massiivi telge.
Seega, ühesuunalise kiirgusmustri saamiseks lülitatakse see täielik identsete elementide paigutus lihtsalt samaväärse amplituudiga voolu, kuid faas muutub piki joont pidevalt. Seega võib väita, et tuleotsa massiiv genereerib ühesuunalise kiirgusmustri suurima kiirgusega, mis toimub läbi antennimassiivi telje.
Ülaltoodud kiirgusmustri diagrammil mõistetakse selle paigutuse elementide vahelist põhikaugust tavaliselt kui λ/4 (või) 3λ/4. Seega kasutatakse neid massiive kõige sagedamini punkt-punkti suhtluses ja need sobivad kõrgete, keskmiste ja madalate sagedusvahemike jaoks.
Kollineaarne massiiv
Kollineaarses massiivis on antennielemendid lihtsalt paigutatud ühele reale ühest otsast teise, mis tähendab üksteise järel. Nii et see paigutus võib olla kas horisontaalne või vertikaalne. Horisontaalse paigutusega kolineaarne massiiv on näidatud allpool.
Kõigile antennielementidele annavad ergastuse kõigi elementide sama faasi ja suurusega voolud. Sarnaselt laia massiiviga annab see ka antenni massiivi teljele normaalses suunas kiirgust. Seega on kollineaarse massiivi kiirgusmuster mõnevõrra seotud laia antenni massiiviga.
See paigutus pakub lihtsalt suurimat võimendust alati, kui elemendid on paigutatud 0,3–0,5 λ kaugusele, kuid see võib põhjustada antenni massiivi ehituslikke ja ka toiteprobleeme. Niisiis, elemendid on paigutatud üksteisele lähemale.
Kollineaarse massiivi kiirgusmuster on näidatud ülal. Siinkohal tuleb märkida, et massiivi pikkuse suurenemisega suureneb ka suunavus. Üldjuhul kasutatakse kahe elemendiga kolineaarset massiivi, kuna see toetab mitmeribalist tööd, kuid mõnikord kasutavad mõned rakendused laialdaste, lõpptulede ja kollineaarsete massiivide kombinatsiooni, kuna see suurendab suunatavust ja võimendust väga suure vahemikuni.
Parasiitide massiiv
Mitmeelemendilised massiivid, nagu parasiitantennielemendid, on paigutatud parasiitlikult, mis tagab maksimaalse suunavõimenduse ilma iga massiivi elementi toitmata. Selline paigutus aitab lihtsalt toiteliini probleemiga toime tulla, kuna ei paku otsest ergastust igale antennimassiivi elemendile. Parasiitantenni paigutus on näidatud allpool.
Elemente, mida otse ei toideta, nimetatakse parasiitelementideks ja nad ammutavad oma energiat lihtsalt läheduses oleva juhitava elemendi kiirgavast kiirgusest. Selle tulemusena aktiveeritakse parasiitelemendid elektromagnetilise sidestuse abil, kuna juhtelement on läheduses.
Antenni massiivi parasiitelemendid ei ole otseselt ergastatud, kuid need sõltuvad juhtelemendi suunas edastatavast ergastusest. Niisiis, juhitava elemendi poolt põhjustatud indutseeritud vool parasiitelemendis määratakse nende kahe elemendi vahelise kauguse ja nende häälestuse järgi.
Seega luuakse ühesuunaline kiirgusmuster, mille eralduskaugus on λ/4 ja 90° faaside erinevus nii juhtivate kui ka parasiitelementide vahel. Seega luuakse selle massiivi kiirgusmuster lihtsalt juhtelemendi järele paigutatud reflektoriga, mis sisaldab tagasipeegelduvaid laineid edasisuunalise laine suunas. Seda tüüpi antennimassiivide sagedusvahemik on 100–1000 MHz.
Mis on Antenna Array Gain?
Antenni massiivi võimendust saab määratleda kui intensiivsuse suhet määratud suunas ja saadud kiirguse intensiivsust, kui sama võimsust kiirgatakse ühe isotroopse radiaatoriga.
Mis on antennimassiivi eesmärk?
Antenni massiivi eesmärk on edastada/vastu võtta raadiolaineid, töötades ühe antennina.
Mis on hea antenni võimendus?
Hea antenni võimendus on 3 dB, 6 dB jne.
Mis on massiiv antennis?
Antennis olev massiiv on rühm antenne, mis on ühendatud üheks antenniks.
Mis on antennimassiivi massiivitegur?
Antenni massiivi tegur on funktsioon antenni asenditest massiivi sees ja kasutatud kaaludest. Seega võib see tegur märkimisväärselt muuta konkreetse antennielemendi suunaomadusi. Nii et seda nähtust täheldatakse peamiselt siis, kui antennid on omavahel ühendatud.
Eelised ja miinused
Antenni massiivi eelised sisaldama järgmist.
- Signaali tugevus suureneb väga tugevalt.
- Saab saavutada kõrge suunatavuse.
- Väikeste labade suurus väheneb drastiliselt.
- Võimalik on saavutada kõrge S/N suhe.
- Võib saada suuri kasu.
- Energia raiskamise hulk väheneb.
- Paremate tulemuste saavutamine on võimalik.
- Antenni massiivi disain lihtsalt toetab antenni paremat jõudlust.
Antenni massiivi puudused hõlmavad järgmist.
- Antenni massiivid on kallid.
- Resistiivsed kaod suurenevad.
- See nõuab suurt hooldust.
- Paigaldamine on keeruline.
- See hõivab tohutu välisruumi.
Rakendused
Antenni massiivirakendused hõlmavad järgmist.
- Antenni massiiv on väga kasulik üldise võimenduse suurendamisel, SINR-i (signaali ja häirete ja müra suhte) suurendamisel, häirete kõrvaldamisel, mitmekesise vastuvõtu pakkumisel, massiivi liigutamisel teatud suunas, sissetulevate signaalide saabumise suuna mõõtmisel jne.
- Antenni massiivi kasutatakse traadita, sõjaväes radar ja satelliitside .
- Neid kasutatakse astronoomiliste vaatluste raames.
- Need on enamasti kasutatavad kaugsides ja ka mobiilsides.
- Neid kasutatakse kõikjal, kus pikamaa edastamiseks ja vastuvõtmiseks on vaja tugevat signaali.
Seega on see antenni ülevaade massiivid – rakendustega töötamine. Antenni massiiv kasutab lihtsalt mitut antenni signaalide hõivamiseks ja edastamiseks erinevates suundades. Seega kasutatakse antennimassiivi peamiselt meie signaali kvaliteedi ja ulatuse suurendamiseks. Siin on teile küsimus, mis on antenni funktsioon?
