Un'antenna è un dispositivo specializzato che può irradiare una certa quantità di energia all'interno di una particolare direzione per una migliore trasmissione in uscita. Per un output più efficiente, vengono aggiunti altri elementi di antenna che sono noti come array di antenne. Una singola antenna ha una buona direttività ma in qualche modo fallisce nella trasmissione del segnale al ricevitore con perdite, quindi viene utilizzato un array di antenne. Quindi in così tante applicazioni, abbiamo bisogno antenne con caratteristiche di direttiva estremamente elevate che possono essere migliorate aumentando la taglia elettrica dell'antenna. Aumentare la dimensione dell'antenna senza aumentare la dimensione dei singoli elementi significa formare elementi di array di antenne. Questo articolo discute una panoramica di schiera di antenne – i tipi e il loro funzionamento con le applicazioni.
Cos'è un array di antenne?
Una definizione di array di antenne è; un gruppo di antenne disposte in modo da formare un'unica antenna per generare diagrammi di radiazione ma non generati da singole antenne. Quindi un insieme di antenne lavorerà insieme per trasmettere o ricevere segnali radio. La progettazione e la manutenzione di questa antenna sono convenienti poiché ogni antenna è più piccola. Il diagramma dell'array di antenne è mostrato di seguito.
Per l'array di antenne, è necessario fornire la spaziatura e la fase corrette durante la configurazione. Una volta che le antenne trasmettono un segnale a una distanza molto lunga, è necessario che posseggano un elevato guadagno direttivo poiché il segnale si deforma e si distorce durante la trasmissione da un'estremità all'altra. Sebbene una singola antenna trasmetta con una buona direttività, non riesce a trasmettere un segnale dal trasmettitore al ricevitore senza perdite. Quindi questo è il motivo principale per utilizzare l'array di antenne.
Progettazione di antenne a schiera
Un array di antenne è progettato disponendo diverse antenne per creare un unico sistema per fornire un elevato guadagno direttivo. Le antenne all'interno dell'array devono essere distanziate correttamente e nella fase corretta in modo che il contributo indipendente di ogni antenna all'interno della disposizione nella stessa direzione venga sommato mentre viene annullato a riposo in tutte le altre direzioni. Questo tipo di disposizione migliora la direttività del sistema. Una volta che tutte le antenne all'interno di un sistema sono disposte in linea retta, si parla di array di antenne lineari.
Array di antenne funzionante
Un array di antenne è un insieme di vari elementi di antenne. In generale, un array multi-elemento utilizza un'antenna a dipolo a semionda. Questa antenna ha un diagramma di radiazione omnidirezionale in modo che le onde vengano emesse sopra un grandangolo. Per migliorare la capacità di queste antenne di emettere soprattutto in un'unica direzione, queste antenne sono semplicemente disposte in forma di array con una spaziatura adeguata. Questi array sono simultaneamente eccitati fornendo corrente per fase appropriata.
Generalmente in una schiera di antenne, le correnti all'interno dei diversi elementi dell'antenna sono in fase se raggiunge il valore più alto scorrendo in una direzione simile allo stesso tempo. Pertanto, una volta che gli elementi dell'antenna sono alimentati con la fase corretta da ogni elemento dell'array, le onde sferiche si sovrappongono a causa dell'interferenza e generano un'onda radio. Qui nel sistema, l'interferenza può essere costruttiva (o) distruttiva e dipende completamente dalle onde irradiate dagli elementi.
Di conseguenza, se le onde emesse dagli elementi dell'antenna sono in fase, vengono aggiunte utilmente, in modo da aumentare la potenza irradiata. Mentre, se le onde emesse dai singoli elementi non sono in fase, allora si sommano in modo distruttivo per annullarsi a vicenda. Quindi questo può causare una riduzione della potenza irradiata.
In questo modo, le radiazioni emesse dagli elementi dell'array sono in fase e si sommano per fornire un raggio direzionale che ha la massima forza in modo da poter percorrere distanze molto lunghe. Pertanto, il diagramma di radiazione fornito da un array di antenne ha un lobo principale che specifica un raggio forte in un'unica direzione. Quando il numero di elementi nell'array viene aumentato, il lobo principale diventa più stretto e i lobi laterali più piccoli specificano un aumento del guadagno fornito dall'antenna.
Tipi di antenne array
Le antenne array sono classificate in quattro tipi di array di antenne broadside, end-fire, collineari e parassite in cui ogni tipo è discusso di seguito.
Array di antenne Broadside
Di seguito è mostrata la disposizione dell'array di antenne sul lato largo in cui vari elementi identici sono disposti parallelamente lungo la linea dell'asse dell'antenna. In questo tipo di disposizione, gli elementi sono disposti orizzontalmente disposti a una distanza equivalente l'uno dall'altro e ogni elemento è alimentato da una corrente di fase e intensità simili.
Ogni volta che gli elementi in questa disposizione vengono eccitati, la radiazione massima verrà emessa dal lato largo, il che significa la direzione normale all'asse dell'array, mentre una certa quantità di radiazione verrà emessa dalle altre direzioni. Quindi fornisce un diagramma di radiazione bidirezionale perché si irradia in entrambe le direzioni lungo la fiancata. Pertanto, in questa disposizione, la direzione del principio di radiazione è comune all'asse dell'array e al piano di posizione dell'elemento. Di seguito è mostrato il diagramma di radiazione dell'array di antenne a lato largo.
Il diagramma di radiazione dell'array di antenne a lato largo è verticale perché l'allineamento dell'elemento è orizzontale.
Se vogliamo cambiare il diagramma di radiazione da bidirezionale a unidirezionale, allora un array simile deve essere disposto a una distanza λ/4 dietro questo array di antenne ed eccitare l'array di replica attraverso una corrente con un anticipo di fase di 90°. Di solito, il numero di elementi all'interno di questa disposizione dipende dallo spazio disponibile con la necessità di costo e larghezza del raggio, mentre la lunghezza dell'array è compresa tra 2 λ e 10 λ. Generalmente, questi array di antenne vengono utilizzati nei sistemi di trasmissione all'estero.
Array di antenne End-Fire
Una disposizione di array di antenne end-fire è la stessa degli elementi nella disposizione a fiancata, tuttavia la differenza principale tra queste due configurazioni è il modo di eccitazione. In questa disposizione gli elementi sono generalmente alimentati sfasati di 180°, mentre nella disposizione a fiancata ogni elemento è alimentato con la corrente di una fase simile. In questa disposizione, la radiazione massima viene raggiunta lungo l'asse dell'array.
Pertanto, per ottenere un diagramma di radiazione unidirezionale, questa disposizione completa di elementi identici viene semplicemente energizzata con corrente di ampiezza equivalente, tuttavia, la fase cambia continuamente lungo la linea. Quindi, si può affermare che un array end-fire genera un diagramma di radiazione unidirezionale dalla radiazione più alta che si verifica attraverso l'asse dell'array di antenne.
Nel diagramma del diagramma di radiazione sopra, la distanza principale tra gli elementi all'interno di questa disposizione è normalmente intesa come λ/4 (o) 3λ/4. Pertanto, questi array sono utilizzati più frequentemente nella comunicazione punto-punto e sono appropriati per intervalli di frequenza alta, media e bassa.
Array collineare
In un array collineare, gli elementi dell'antenna sono semplicemente disposti in un'unica linea da un'estremità all'altra, il che significa uno dopo l'altro. Quindi questa disposizione può essere orizzontale o verticale. Di seguito è mostrato l'array collineare con una disposizione orizzontale.
A tutti gli elementi dell'antenna, l'eccitazione è fornita da correnti della stessa fase e intensità a tutti gli elementi. Simile a un array a lato largo, questo fornisce anche radiazioni nella direzione normale all'asse dell'array di antenne. Pertanto, il diagramma di radiazione dell'array collineare è in qualche modo correlato all'array di antenne a lato largo.
Questa disposizione offre semplicemente il massimo guadagno ogni volta che gli elementi sono distanziati a una distanza compresa tra 0,3 e 0,5λ, ma ciò può causare problemi costruttivi e di alimentazione all'interno dell'array di antenne. Quindi, gli elementi sono disposti più vicini l'uno all'altro.
Il diagramma di radiazione dell'array collineare è mostrato sopra. È da notare qui che con un aumento della lunghezza dell'array aumenta anche la direttività. Generalmente, viene generalmente utilizzato un array collineare a due elementi perché supporta il funzionamento multi-banda, ma a volte alcune applicazioni utilizzano una combinazione di array broadside, end-fire e collineari perché questo migliora la direttività e il guadagno a una gamma molto alta.
Schiera parassita
Gli array multi-elemento come gli elementi dell'antenna parassita sono disposti in modo parassitario che fornisce il massimo guadagno direzionale senza alimentare ogni elemento dell'array. Questo tipo di disposizione aiuta semplicemente ad affrontare il problema della linea di alimentazione non fornendo eccitazione diretta a ogni elemento dell'array di antenne. La disposizione dell'antenna parassita è mostrata di seguito.
Gli elementi che non sono alimentati direttamente sono noti come elementi parassiti e traggono semplicemente il loro potere dalla radiazione emessa dall'elemento guidato che è presente nelle vicinanze. Di conseguenza, gli elementi parassiti vengono attivati dall'accoppiamento elettromagnetico poiché l'elemento motore è nelle vicinanze.
Gli elementi parassiti dell'array di antenne non sono eccitati direttamente ma si basano sull'eccitazione fornita verso l'elemento motore. Quindi, la corrente indotta all'interno dell'elemento parassita causata dall'elemento condotto è determinata dalla distanza tra questi due elementi e dalla loro sintonizzazione.
Pertanto, viene prodotto un diagramma di radiazione unidirezionale con una distanza di separazione 'λ/4' e una differenza di fase di 90° tra gli elementi guida e parassiti. Pertanto, il diagramma di radiazione di questa matrice è semplicemente creato da un riflettore disposto dopo l'elemento di guida, che include onde riflesse all'indietro verso l'onda diretta. La frequenza della gamma per questi tipi di array di antenne varia da 100 a 1000 MHz.
Cos'è il guadagno dell'array di antenne?
Il guadagno dell'array di antenne può essere definito come il rapporto tra l'intensità all'interno di una direzione specificata e l'intensità della radiazione ottenuta se una potenza simile viene irradiata con un singolo radiatore isotropico.
Qual è lo scopo di un array di antenne?
Lo scopo di un array di antenne è trasmettere/ricevere onde radio funzionando come un'unica antenna.
Qual è un buon guadagno dell'antenna?
Il bene guadagno dell'antenna è 3 dB, 6 dB, ecc.
Cos'è un array in un'antenna?
L'array in un'antenna è un gruppo di antenne che sono collegate per formare un'unica antenna.
Qual è il fattore di array di un array di antenne?
Un fattore di array di antenne è una funzione delle posizioni dell'antenna all'interno dell'array e dei pesi utilizzati. Quindi questo fattore può modificare in modo significativo le proprietà di direttività del particolare elemento dell'antenna. Quindi questo fenomeno si osserva principalmente una volta che le antenne sono collegate insieme.
Vantaggi e svantaggi
Vantaggi dell'array di antenne include il seguente.
- La forza del segnale aumenta molto fortemente.
- È possibile ottenere un'elevata direttività.
- La dimensione dei lobi minori si riduce drasticamente.
- È possibile ottenere un elevato rapporto S/N.
- Si possono ottenere grandi guadagni.
- La quantità di spreco di energia è ridotta.
- Ottenere risultati migliori è possibile.
- Il design dell'array di antenne supporta semplicemente le migliori prestazioni dell'antenna.
Gli svantaggi dell'array di antenne includono quanto segue.
- Gli array di antenne sono costosi.
- Le perdite resistive saranno aumentate.
- Richiede un'elevata manutenzione.
- Il montaggio è difficile.
- Occupa un enorme spazio esterno.
Applicazioni
Le applicazioni di array di antenne includono quanto segue.
- Un array di antenne è molto utile per aumentare il guadagno complessivo, aumentare il SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), annullare l'interferenza, fornire la ricezione della diversità, spostare l'array all'interno di una particolare direzione, misurare l'arrivo della direzione dei segnali in ingresso, ecc.
- L'array di antenne è utilizzato in wireless, militare radar , e comunicazioni satellitari .
- Questi sono utilizzati nell'ambito dell'osservazione astronomica.
- Questi sono principalmente applicabili nelle comunicazioni a lunga distanza e anche nelle comunicazioni mobili.
- Questi vengono utilizzati ovunque sia richiesta un'elevata potenza del segnale per la trasmissione e la ricezione a lunga distanza.
Così, questo è una panoramica dell'antenna array: lavorare con le applicazioni. Un array di antenne utilizza semplicemente diverse antenne per catturare e trasmettere segnali in direzioni diverse. Quindi l'array di antenne viene utilizzato principalmente per aumentare la qualità e la portata del nostro segnale. Ecco una domanda per te, qual è la funzione di un'antenna?
