Antena je specializirana naprava, ki lahko seva določeno količino energije v določeni smeri za boljši izhodni prenos. Za učinkovitejši izhod je dodanih še nekaj antenskih elementov, ki so znani kot antenski nizi. Posamezna antena ima dobro usmerjenost, vendar nekoliko ne uspe pri prenosu signala do sprejemnika z izgubami, zato se uporablja antenski niz. Torej v toliko aplikacijah potrebujemo antene z izjemno visokimi smernimi značilnostmi, ki jih je mogoče izboljšati s povečanjem električne velikosti antene. Povečanje dimenzije antene brez povečanja velikosti posameznih elementov pomeni oblikovanje elementov antenskega niza. Ta članek obravnava pregled antenski niz – vrste in njihovo delo z aplikacijami.
Kaj je antenski niz?
Opredelitev antenskega niza je; skupina anten, ki so razporejene tako, da tvorijo eno samo anteno za ustvarjanje vzorcev sevanja, vendar jih ne ustvarjajo posamezne antene. Skupina anten bo torej delovala skupaj pri oddajanju ali sprejemanju radijskih signalov. Načrtovanje in vzdrževanje te antene sta stroškovno učinkovita, saj je vsaka antena manjša. Diagram antenskega niza je prikazan spodaj.
Za antenski niz je treba med konfiguracijo podati ustrezen razmik in fazo. Ko antene oddajajo signal na zelo velike razdalje, morajo imeti visoko usmerjeno ojačanje, saj se signal deformira in popači med prenosom z enega konca na drugega. Čeprav ena sama antena oddaja z dobro usmerjenostjo, ji ne uspe prenesti signala od oddajnika do sprejemnika brez izgub. To je torej glavni razlog za uporabo antenskega niza.
Zasnova antenskega niza
Antenski niz je zasnovan z razporeditvijo več anten v en sam sistem, ki zagotavlja visoko usmerjeno ojačanje. Antene v nizu morajo biti pravilno razporejene in v ustrezni fazi, tako da se neodvisni prispevek vsake antene znotraj razporeditve v isti smeri sešteje, medtem ko se v ostalih smereh izniči. Takšna ureditev izboljša usmerjenost sistema. Ko so vse antene v sistemu razporejene v ravni črti, je ta sistem znan kot linearni antenski niz.
Antenski niz deluje
Antenski niz je skupek različnih antenskih elementov. Na splošno večelementni niz uporablja polvalovno dipolno anteno. Ta antena ima vsesmerni vzorec sevanja, tako da se valovi oddajajo nad širokim kotom. Za izboljšanje zmožnosti teh anten, da oddajajo predvsem v eno smer, so te antene preprosto razporejene v obliki niza z ustreznim razmikom. Ti nizi so istočasno vzbujeni z zagotavljanjem toka z ustrezno fazo.
Na splošno so v nizu anten tokovi znotraj različnih elementov antene v fazi, če dosežejo najvišjo vrednost pri istočasnem pretoku v podobni smeri. Torej, ko se elementi antene napajajo z ustrezno fazo iz vsakega elementa niza, se sferični valovi zaradi motenj prekrijejo in ustvarijo radijski val. Tukaj v sistemu je motnja lahko bodisi konstruktivna (ali) destruktivna in je popolnoma odvisna od sevanih valov elementov.
Posledično, če so oddani valovi iz elementov antene v fazi, se koristno seštejejo, tako da se poveča sevana moč. Če pa valovi, ki jih oddajajo posamezni elementi, niso v fazi, potem se uničujoče dodajajo, da se med seboj izničijo. To lahko povzroči zmanjšanje sevane moči.
Tako so oddana sevanja iz elementov niza v fazi in se seštevajo, da zagotovijo usmerjen žarek, ki ima največjo moč, tako da lahko potuje na zelo velike razdalje. Tako ima vzorec sevanja, ki ga zagotavlja antenski niz, glavni rež, ki določa močan žarek v eni sami smeri. Ko se število elementov v nizu poveča, postane glavni rež ožji, manjši stranski režnji pa povečajo ojačanje, ki ga zagotavlja antena.
Vrste antenskih nizov
Antenski nizi so razvrščeni v štiri vrste širokih antenskih nizov, antenskih nizov s končnim ognjem, kolinearnih in parazitskih antenskih nizov, pri čemer je vsak tip obravnavan spodaj.
Broadside Antenna Array
Razporeditev širokega antenskega niza je prikazana spodaj, kjer so različni enaki elementi vzporedno razporejeni vzdolž črte osi antene. Pri tej vrsti ureditve so elementi razporejeni vodoravno na enaki medsebojni razdalji in vsak element se napaja s tokom podobne faze in velikosti.
Kadarkoli so elementi v tej razporeditvi pod napetostjo, bo največje sevanje oddano s širine, kar pomeni normalno smer na os niza, medtem ko bo nekaj sevanja oddano iz drugih smeri. Tako zagotavlja dvosmerni vzorec sevanja, ker seva v obe smeri vzdolž širine. Zato je v tej ureditvi načelo smeri sevanja skupno osi niza in ravnini položaja elementa. Spodaj je prikazan vzorec sevanja širokega antenskega niza.
Vzorec sevanja širokega antenskega niza je navpičen, ker je poravnava elementa vodoravna.
Če želimo spremeniti sevalni vzorec iz dvosmernega v enosmernega, mora biti podoben niz razporejen na razdalji λ/4 za tem antenskim nizom in vzbujati repliko niza s tokom s faznim odvodom 90°. Običajno je število elementov v tej ureditvi odvisno od razpoložljivega prostora s potrebo po stroških in širini žarka, medtem ko je dolžina niza med 2 λ in 10 λ. Na splošno se ti antenski nizi uporabljajo v čezmorskih oddajnih sistemih.
End-Fire antenski niz
Razporeditev antenskega niza na koncu ognja je enaka elementom v razporeditvi ob strani, vendar je glavna razlika med tema dvema konfiguracijama način vzbujanja. Pri tej razporeditvi se elementi na splošno napajajo izven faze s 180°, medtem ko se pri široki razporeditvi vsak element napaja s tokom podobne faze. Pri tej ureditvi je največje sevanje doseženo vzdolž osi niza.
Da bi torej dobili enosmerni vzorec sevanja, se ta popolna identična razporeditev elementov preprosto napaja z enakovrednim amplitudnim tokom, vendar se faza nenehno spreminja vzdolž črte. Tako je mogoče trditi, da niz s končnim ognjem ustvari enosmerni sevalni vzorec z največjim sevanjem, ki poteka skozi os antenskega niza.
V zgornjem diagramu vzorca sevanja se glavna razdalja med elementi znotraj te razporeditve običajno razume kot λ/4 (ali) 3λ/4. Zato se ti nizi najpogosteje uporabljajo v komunikaciji od točke do točke in so primerni za visoko, srednje in nizkofrekvenčno območje.
Kolinearni niz
V kolinearnem nizu so elementi antene preprosto razporejeni v eno linijo od enega konca do drugega, kar pomeni drug za drugim. Tako je ta razporeditev lahko vodoravna ali navpična. Spodaj je prikazan kolinearni niz z vodoravno razporeditvijo.
Za vse elemente antene je vzbujanje zagotovljeno s tokovi iste faze in velikosti za vse elemente. Podobno kot širokostranski niz tudi to zagotavlja sevanje v normalni smeri na os antenskega niza. Tako je vzorec sevanja kolinearnega niza nekoliko povezan s širokim antenskim nizom.
Ta razporeditev preprosto ponuja največje ojačenje, kadar so elementi razmaknjeni na razdalji od 0,3 do 0,5λ, vendar lahko to povzroči konstrukcijske in dovodne težave znotraj antenskega niza. Torej so elementi razporejeni bližje drug drugemu.
Vzorec sevanja kolinearnega niza je prikazan zgoraj. Pri tem je treba opozoriti, da se s povečanjem dolžine niza povečuje tudi usmerjenost. Na splošno se na splošno uporablja dvoelementni kolinearni niz, ker podpira večpasovno delovanje, včasih pa nekatere aplikacije uporabljajo kombinacijo širokih, končnih in kolinearnih nizov, ker to poveča usmerjenost in ojačenje do zelo visokega obsega.
Parazitski niz
Večelementni nizi, kot so parazitni elementi antene, so razporejeni parazitno, kar zagotavlja največje usmerjeno ojačenje brez napajanja vsakega elementa niza. Ta vrsta ureditve preprosto pomaga pri reševanju problema napajalnega voda, saj ne zagotavlja neposrednega vzbujanja vsakega elementa antenskega niza. Razporeditev parazitske antene je prikazana spodaj.
Elementi, ki se ne napajajo neposredno, so znani kot parazitski elementi in preprosto črpajo svojo moč iz sevanja, ki ga oddaja pogonski element, ki je prisoten v bližini. Zaradi tega se parazitni elementi aktivirajo z elektromagnetno sklopko, ker je pogonski element v bližini.
Parazitski elementi antenskega niza niso neposredno vzbujeni, ampak se zanašajo na vzbujanje, dostavljeno proti pogonskemu elementu. Torej je inducirani tok znotraj parazitskega elementa, ki ga povzroči gnani element, določen z razdaljo med tema dvema elementoma in njuno nastavitvijo.
Tako se ustvari enosmerni vzorec sevanja z ločevalno razdaljo 'λ/4' in fazno razliko 90° med pogonskimi in parazitskimi elementi. Tako vzorec sevanja tega niza preprosto ustvari reflektor, nameščen za pogonskim elementom, ki vključuje nazaj odbite valove proti sprednjemu valu. Frekvenčno območje za te vrste antenskih nizov se giblje od 100 do 1000 MHz.
Kaj je Antenna Array Gain?
Dobiček antenskega niza lahko definiramo kot razmerje med intenzivnostjo v določeni smeri in intenzivnostjo dobljenega sevanja, če enako moč seva z enim samim izotropnim sevalnikom.
Kakšen je namen antenskega niza?
Namen antenskega niza je oddajati/sprejemati radijske valove tako, da deluje kot ena sama antena.
Kaj je dober dobiček antene?
Dobro ojačanje antene je 3 dB, 6 dB itd.
Kaj je niz v anteni?
Niz v anteni je skupina anten, ki so povezane v eno samo anteno.
Kakšen je faktor niza antene?
Faktor antenskega niza je funkcija položaja antene znotraj niza in uporabljenih uteži. Tako lahko ta dejavnik bistveno spremeni lastnosti usmerjenosti posameznega antenskega elementa. Torej je ta pojav opazen predvsem, ko sta anteni povezani skupaj.
Prednosti in slabosti
Prednosti antenskega niza vključujejo naslednje.
- Moč signala se zelo močno poveča.
- Lahko se doseže visoka usmerjenost.
- Velikost manjših režnjev se drastično zmanjša.
- Možno je doseči visoko razmerje S/N.
- Lahko se dosežejo veliki dobički.
- Količina izgubljene energije se zmanjša.
- Doseganje boljših rezultatov je možno.
- Zasnova antenskega niza preprosto podpira boljšo zmogljivost antene.
Slabosti antenskega niza vključujejo naslednje.
- Antenski nizi so dragi.
- Povečale se bodo uporne izgube.
- Zahteva visoko vzdrževanje.
- Montaža je težavna.
- Zavzema ogromen zunanji prostor.
Aplikacije
Aplikacije antenskega niza vključujejo naslednje.
- Antenski niz je zelo koristen pri povečanju skupnega ojačenja, povečanju SINR (razmerje med signalom in motnjami plus šumom), izničevanju motenj, zagotavljanju sprejemanja raznolikosti, premikanju niza v določeni smeri, merjenju smeri prihoda dohodnih signalov itd.
- Antenski niz se uporablja v brezžičnih, vojaških radar , in satelitske komunikacije .
- Te se uporabljajo pri opazovanju astronomije.
- Te se večinoma uporabljajo v komunikacijah na dolge razdalje in tudi v mobilnih komunikacijah.
- Uporabljajo se povsod, kjer je za prenos in sprejem na dolge razdalje potrebna visoka moč signala.
Torej, to je pregled antene polja – delo z aplikacijami. Antenski niz preprosto uporablja več anten za zajemanje in oddajanje signalov v različnih smereh. Tako se antenski niz uporablja predvsem za povečanje kakovosti in dosega našega signala. Tukaj je vprašanje za vas, kakšna je funkcija antene?
