Anténa je špecializované zariadenie, ktoré môže vyžarovať určité množstvo energie v určitom smere pre lepší prenos výstupu. Pre efektívnejší výstup je k nemu pridaných niekoľko ďalších anténnych prvkov, ktoré sú známe ako anténne polia. Jedna anténa má dobrú smerovosť, ale trochu zlyháva pri prenose signálu do prijímača so stratami, takže sa používa anténne pole. Takže v toľkých aplikáciách potrebujeme antény s extrémne vysokými smerovými charakteristikami, ktoré možno zlepšiť zväčšením elektrickej veľkosti antény. Zväčšiť rozmer antény bez zväčšenia veľkosti jednotlivých prvkov znamená vytvoriť prvky anténneho poľa. Tento článok pojednáva o prehľade anténne pole – typy a ich práca s aplikáciami.
Čo je to anténne pole?
Definícia anténneho poľa je; skupina antén, ktoré sú usporiadané tak, aby tvorili jedinú anténu na generovanie vyžarovacích diagramov, ale nie generované jednotlivými anténami. Takže súbor antén bude spolupracovať na vysielaní alebo prijímaní rádiových signálov. Návrh a údržba tejto antény sú nákladovo efektívne, pretože každá anténa je menšia. Schéma anténneho poľa je uvedená nižšie.
Pre anténne pole musí byť pri konfigurácii daný správny rozstup a fáza. Akonáhle antény prenášajú signál na veľmi veľkú vzdialenosť, vyžaduje sa, aby mali vysoký smerový zisk, pretože signál sa deformuje a skresľuje pri prenose z jedného konca na druhý. Hoci jedna anténa vysiela s dobrou smerovosťou, nedokáže preniesť signál z vysielača do prijímača bez strát. Takže toto je hlavný dôvod na použitie anténneho poľa.
Dizajn antény Array
Anténne pole je navrhnuté usporiadaním niekoľkých antén, aby sa vytvoril jeden systém, ktorý poskytuje vysoký smerový zisk. Antény v rámci poľa musia byť správne rozmiestnené a v správnej fáze, aby sa nezávislý príspevok každej antény v rámci usporiadania v rovnakom smere sčítal, zatiaľ čo vo všetkých ostatných smeroch sa ruší. Tento druh usporiadania zlepšuje smerovosť systému. Akonáhle sú všetky antény v systéme usporiadané v priamke, je známy ako lineárne anténne pole.
Anténna sústava funguje
Anténne pole je súbor rôznych anténnych prvkov. Vo všeobecnosti viacprvkové pole využíva polvlnovú dipólovú anténu. Táto anténa má všesmerový vyžarovací diagram, takže vlny sú vyžarované nad širokým uhlom. Aby sa zvýšila schopnosť týchto antén vyžarovať najmä v jednom smere, tieto antény sú jednoducho usporiadané vo forme poľa so správnym rozostupom. Tieto polia sú súčasne excitované poskytovaním prúdu správnou fázou.
Vo všeobecnosti v poli antén sú prúdy v rôznych prvkoch antény vo fáze, ak dosahujú najvyššiu hodnotu pri prúdení podobným smerom v rovnakom čase. Akonáhle sú teda prvky antény napájané správnou fázou z každého prvku poľa, sférické vlny sa superponujú kvôli rušeniu a vytvárajú rádiové vlny. Tu v systéme môže byť rušenie buď konštruktívne (alebo) deštruktívne a úplne závisí od vyžarovaných vĺn prvkami.
V dôsledku toho, ak sú vlny vysielané z prvkov antény vo fáze, sú užitočne sčítané, takže sa zvyšuje vyžarovaný výkon. Zatiaľ čo, ak vlny vyžarované z jednotlivých prvkov nie sú vo fáze, potom sa deštruktívne pridávajú, aby sa navzájom vyrušili. Takže to môže spôsobiť zníženie vyžarovaného výkonu.
Takto emitované žiarenia z prvkov poľa sú vo fáze a sčítavajú sa, aby poskytli smerový lúč, ktorý má maximálnu silu, takže môže cestovať na veľmi dlhé vzdialenosti. Vyžarovací diagram poskytovaný anténnym poľom má teda hlavný lalok, ktorý špecifikuje silný lúč v jednom smere. Keď sa počet prvkov v poli zvýši, hlavný lalok sa zúži a menšie bočné laloky špecifikujú zvýšenie zisku poskytovaného anténou.
Typy antén poľa
Antény sú rozdelené do štyroch typov širokostranných, koncových, kolineárnych a parazitných anténnych polí, pričom každý typ je diskutovaný nižšie.
Široká anténna sústava
Širokostranné usporiadanie anténneho poľa je znázornené nižšie, kde sú paralelne usporiadané rôzne identické prvky pozdĺž osi antény. V tomto type usporiadania sú prvky usporiadané horizontálne v rovnakej vzdialenosti od seba a každý prvok je napájaný prúdom podobnej fázy a veľkosti.
Kedykoľvek sú prvky v tomto usporiadaní aktivované, potom bude zo širokej strany emitované maximálne žiarenie, čo znamená normálny smer k osi poľa, zatiaľ čo určité množstvo žiarenia bude emitované z iných smerov. Takže poskytuje obojsmerný model žiarenia, pretože vyžaruje v oboch smeroch pozdĺž širokej strany. Preto v tomto usporiadaní je princíp smeru žiarenia spoločný pre os poľa a rovinu polohy prvku. Vyžarovací diagram širokého anténneho poľa je uvedený nižšie.
Vyžarovací diagram širokého anténneho poľa je vertikálny, pretože zarovnanie prvku je horizontálne.
Ak chceme zmeniť vyžarovací diagram z obojsmerného na jednosmerný, potom je potrebné podobné pole usporiadať vo vzdialenosti λ/4 za týmto anténnym poľom a nabudiť replikové pole prúdom s 90° fázovým vedením. Zvyčajne počet prvkov v tomto usporiadaní závisí od dostupného priestoru s potrebou nákladov a šírky lúča, zatiaľ čo dĺžka poľa je medzi 2 λ až 10 λ. Vo všeobecnosti sa tieto anténne polia používajú v zámorských vysielacích systémoch.
End-Fire Antenna Array
Usporiadanie poľa koncových antén je rovnaké ako prvky v širokom usporiadaní, avšak hlavným rozdielom medzi týmito dvoma konfiguráciami je spôsob budenia. V tomto usporiadaní sú prvky vo všeobecnosti napájané z fázy o 180°, zatiaľ čo v usporiadaní so širokou stranou je každý prvok napájaný prúdom podobnej fázy. V tomto usporiadaní sa maximum žiarenia dosiahne pozdĺž osi poľa.
Aby sa teda získal jednosmerný vyžarovací diagram, toto kompletné identické usporiadanie prvkov sa jednoducho nabudí prúdom s ekvivalentnou amplitúdou, avšak fáza sa plynule mení pozdĺž vedenia. Dá sa teda konštatovať, že pole koncového ohňa generuje jednosmerný vyžarovací diagram najvyšším žiarením vyskytujúcim sa cez os anténneho poľa.
Vo vyššie uvedenom diagrame vyžarovacieho diagramu sa hlavná vzdialenosť medzi prvkami v tomto usporiadaní normálne chápe ako λ/4 (alebo) 3λ/4. Takže tieto polia sa najčastejšie používajú v komunikácii typu point-to-point a sú vhodné pre vysoké, stredné a nízke frekvenčné rozsahy.
Kolineárne pole
V kolineárnom poli sú prvky antény jednoducho usporiadané v jednej línii od jedného konca k druhému, čo znamená jeden po druhom. Takže toto usporiadanie môže byť horizontálne alebo vertikálne. Kolineárne pole s horizontálnym usporiadaním je zobrazené nižšie.
Pre všetky prvky antény je budenie zabezpečované prúdmi rovnakej fázy a veľkosti pre všetky prvky. Podobne ako široké pole, aj toto poskytuje žiarenie v normálnom smere k osi anténneho poľa. Vyžarovací diagram kolineárneho poľa teda trochu súvisí so širokým poľom antén.
Toto usporiadanie jednoducho ponúka najvyšší zisk vždy, keď sú prvky rozmiestnené vo vzdialenosti 0,3 až 0,5 λ, ale to môže spôsobiť konštrukčné problémy, ako aj problémy s napájaním v rámci anténneho poľa. Takže prvky sú usporiadané bližšie k sebe.
Vyžarovací diagram kolineárneho poľa je znázornený vyššie. Tu je potrebné poznamenať, že so zväčšujúcou sa dĺžkou poľa sa zvyšuje aj smerovosť. Vo všeobecnosti sa vo všeobecnosti používa dvojprvkové kolineárne pole, pretože podporuje viacpásmovú prevádzku, ale niekedy niektoré aplikácie využívajú kombináciu širokých, koncových a kolineárnych polí, pretože to zvyšuje smerovosť a zisk na veľmi vysoký rozsah.
Parazitné pole
Viacprvkové polia ako parazitné anténne prvky sú usporiadané parazitne, čo poskytuje maximálny smerový zisk bez napájania každého prvku poľa. Tento druh usporiadania jednoducho pomáha pri riešení problému napájacieho vedenia tým, že neposkytuje priame budenie každému prvku anténneho poľa. Usporiadanie parazitnej antény je zobrazené nižšie.
Prvky, ktoré nie sú privádzané priamo, sú známe ako parazitné prvky a jednoducho čerpajú svoju energiu z emitovaného žiarenia poháňaným prvkom, ktorý je prítomný v blízkosti. V dôsledku toho sú parazitné prvky aktivované elektromagnetickou väzbou, pretože hnací prvok je v blízkosti.
Parazitické prvky anténneho poľa nie sú priamo excitované, ale spoliehajú sa na budenie dodávané smerom k budiacemu prvku. Takže indukovaný prúd v parazitnom prvku spôsobený poháňaným prvkom je určený vzdialenosťou medzi týmito dvoma prvkami a ich ladením.
Takto sa vytvára jednosmerný vyžarovací diagram so separačnou vzdialenosťou „λ/4“ a 90° fázovým rozdielom medzi riadiacimi a parazitnými prvkami. Vyžarovací diagram tohto poľa je teda jednoducho vytvorený reflektorom usporiadaným za hnacím prvkom, ktorý obsahuje spätne odrazené vlny smerom k prednej vlne. Dosahová frekvencia pre tieto typy anténnych polí sa pohybuje od 100 – 1000 MHz.
Čo je zisk anténneho poľa?
Zisk anténneho poľa možno definovať ako pomer intenzity v určitom smere k intenzite získaného žiarenia, ak je podobný výkon vyžarovaný jediným izotropným žiaričom.
Aký je účel anténneho poľa?
Účelom anténneho poľa je vysielať/prijímať rádiové vlny tým, že funguje ako jedna anténa.
Aký je dobrý zisk antény?
To dobré zisk antény je 3 dB, 6 dB atď.
Čo je pole v anténe?
Pole v anténe je skupina antén, ktoré sú spojené do jednej antény.
Aký je faktor poľa anténneho poľa?
Faktor anténneho poľa je funkciou pozícií antény v rámci poľa a použitých hmotností. Takže tento faktor môže výrazne zmeniť smerové vlastnosti konkrétneho prvku antény. Tento jav sa teda pozoruje hlavne vtedy, keď sú antény spojené dohromady.
Výhody a nevýhody
Výhody anténneho poľa zahŕňajú nasledujúce.
- Sila signálu sa veľmi výrazne zvyšuje.
- Dá sa dosiahnuť vysoká smerovosť.
- Veľkosť malých lalokov je drasticky znížená.
- Je možné dosiahnuť vysoký pomer S/N.
- Je možné získať veľké zisky.
- Množstvo plytvania energiou je znížené.
- Je možné dosiahnuť lepšie výsledky.
- Dizajn anténneho poľa jednoducho podporuje lepší výkon antény.
Nevýhody anténneho poľa zahŕňajú nasledujúce.
- Anténne polia sú drahé.
- Odporové straty sa zvýšia.
- Vyžaduje si vysokú údržbu.
- Montáž je náročná.
- Zaberá obrovský vonkajší priestor.
Aplikácie
Aplikácie anténneho poľa zahŕňajú nasledujúce.
- Anténne pole je veľmi užitočné pri zvyšovaní celkového zisku, zvyšovaní SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), rušení rušení, poskytovaní diverzného príjmu, presúvaní poľa v určitom smere, meraní smeru príchodu prichádzajúcich signálov atď.
- Anténne pole sa používa v bezdrôtových, vojenských radar , a satelitná komunikácia .
- Tie sa využívajú pri pozorovaní astronómie.
- Tieto sú väčšinou použiteľné v diaľkovej komunikácii a tiež v mobilnej komunikácii.
- Používajú sa všade tam, kde je potrebná vysoká sila signálu pre prenos a príjem na veľké vzdialenosti.
Teda toto je prehľad antény polia – práca s aplikáciami. Anténne pole jednoducho používa niekoľko antén na zachytenie a prenos signálov v rôznych smeroch. Anténne pole sa teda používa hlavne na zvýšenie kvality a dosahu nášho signálu. Tu je otázka na vás, akú funkciu má anténa?
