Eine Antenne ist ein spezielles Gerät, das eine gewisse Energiemenge in eine bestimmte Richtung abstrahlen kann, um eine bessere Ausgangsübertragung zu erzielen. Für eine effizientere Ausgabe werden einige weitere Antennenelemente hinzugefügt, die als Antennenarrays bekannt sind. Eine einzelne Antenne hat eine gute Richtwirkung, versagt jedoch etwas bei der Signalübertragung zum Empfänger mit Verlusten, sodass ein Antennenarray verwendet wird. In so vielen Anwendungen brauchen wir also Antennen mit extrem hohen Richteigenschaften, die durch Erhöhen der elektrischen Größe der Antenne verbessert werden können. Um die Abmessung der Antenne zu erhöhen, ohne die Größe der einzelnen Elemente zu erhöhen, müssen Antennen-Array-Elemente gebildet werden. Dieser Artikel enthält eine Übersicht über Antennenarray – Typen und ihre Arbeit mit Anwendungen.
Was ist ein Antennenarray?
Eine Antennen-Array-Definition ist; eine Gruppe von Antennen, die so angeordnet sind, dass sie eine einzelne Antenne bilden, um Strahlungsmuster zu erzeugen, die jedoch nicht von einzelnen Antennen erzeugt werden. Eine Reihe von Antennen arbeitet also zusammen, um Funksignale zu senden oder zu empfangen. Das Design und die Wartung dieser Antenne sind kostengünstig, da jede Antenne kleiner ist. Das Antennen-Array-Diagramm ist unten gezeigt.
Für das Antennenarray müssen bei der Konfiguration der richtige Abstand und die richtige Phase angegeben werden. Sobald Antennen ein Signal über eine sehr große Entfernung übertragen, müssen sie über eine hohe Richtverstärkung verfügen, da sich das Signal beim Übertragen von einem Ende zum anderen verformt und verzerrt. Obwohl eine einzelne Antenne mit guter Richtwirkung sendet, kann sie ein Signal nicht verlustfrei vom Sender zum Empfänger übertragen. Dies ist also der Hauptgrund für die Verwendung des Antennenarrays.
Array-Antennen-Design
Ein Antennenarray wird entworfen, indem mehrere Antennen angeordnet werden, um ein einzelnes System zu bilden, um eine hohe Richtverstärkung bereitzustellen. Antennen innerhalb des Arrays müssen richtig beabstandet und in der richtigen Phase sein, so dass der unabhängige Beitrag jeder Antenne innerhalb der Anordnung in der gleichen Richtung addiert wird, während er in allen anderen Richtungen aufgehoben wird. Diese Art der Anordnung verbessert die Richtwirkung des Systems. Sobald alle Antennen innerhalb eines Systems in einer geraden Linie angeordnet sind, wird es als lineares Antennenarray bezeichnet.
Antennenarray funktioniert
Ein Antennenarray ist ein Satz verschiedener Antennenelemente. Im Allgemeinen verwendet ein Multi-Element-Array eine Halbwellen-Dipolantenne. Diese Antenne hat ein omnidirektionales Strahlungsmuster, sodass die Wellen über einem weiten Winkel abgestrahlt werden. Um die Fähigkeit dieser Antennen zu verbessern, insbesondere in eine einzige Richtung zu strahlen, werden diese Antennen einfach in der Array-Form mit dem richtigen Abstand angeordnet. Diese Arrays werden gleichzeitig erregt, indem Strom durch die richtige Phase bereitgestellt wird.
Im Allgemeinen sind in einem Antennenarray die Ströme innerhalb der verschiedenen Antennenelemente in Phase, wenn sie den höchsten Wert erreichen, wenn sie gleichzeitig durch eine ähnliche Richtung fließen. Sobald also die Antennenelemente mit der richtigen Phase von jedem Element des Arrays gespeist werden, werden die sphärischen Wellen aufgrund von Interferenz überlagert und erzeugen eine Funkwelle. Hier im System kann die Interferenz entweder konstruktiv (oder) destruktiv sein und hängt vollständig von den von den Elementen abgestrahlten Wellen ab.
Dadurch werden, wenn die von den Antennenelementen abgestrahlten Wellen gleichphasig sind, diese sinnvollerweise addiert, so dass sich die abgestrahlte Leistung erhöht. Wenn die von den einzelnen Elementen emittierten Wellen dagegen nicht in Phase sind, werden sie destruktiv addiert, um sich gegenseitig aufzuheben. Dies kann also zu einer Verringerung der abgestrahlten Leistung führen.
Auf diese Weise sind die emittierten Strahlungen von den Array-Elementen in Phase und summieren sich zu einem gerichteten Strahl, der eine maximale Stärke hat, so dass er sehr lange Entfernungen zurücklegen kann. Somit hat das von einem Antennenarray bereitgestellte Strahlungsmuster eine Hauptkeule, die einen starken Strahl in einer einzigen Richtung spezifiziert. Wenn die Anzahl der Elemente im Array erhöht wird, wird die Hauptkeule schmaler und kleinere Nebenkeulen geben eine Erhöhung der von der Antenne bereitgestellten Verstärkung an.
Arten von Array-Antennen
Array-Antennen werden in vier Typen Breitseiten-, End-Fire-, Kollinear- und parasitäre Antennen-Arrays eingeteilt, wobei jeder Typ unten besprochen wird.
Broadside-Antennenarray
Die Breitseiten-Antennenarrayanordnung ist unten gezeigt, wo verschiedene identische Elemente parallel entlang der Antennenachsenlinie angeordnet sind. Bei dieser Art von Anordnung sind die Elemente horizontal in gleichem Abstand zueinander angeordnet und jedes Element wird von einem Strom ähnlicher Phase und Größe gespeist.
Immer wenn die Elemente in dieser Anordnung erregt werden, wird die maximale Strahlung von der Breitseite emittiert, was die normale Richtung zur Array-Achse bedeutet, während eine gewisse Strahlungsmenge aus den anderen Richtungen emittiert wird. Es bietet also ein bidirektionales Strahlungsmuster, da es entlang der Breitseite in beide Richtungen strahlt. Daher ist bei dieser Anordnung das Strahlungsrichtungsprinzip gemeinsam mit der Anordnungsachse und der Ebene der Elementposition. Das Strahlungsmuster des Breitseiten-Antennenarrays ist unten gezeigt.
Das Strahlungsdiagramm des Breitseiten-Antennenarrays ist vertikal, da die Ausrichtung des Elements horizontal ist.
Wenn wir das Strahlungsmuster von bidirektional auf unidirektional ändern möchten, muss ein ähnliches Array in einem Abstand von λ/4 hinter diesem Antennenarray angeordnet und das Replikarray durch einen Strom mit einer 90°-Phasenvoreilung angeregt werden. Normalerweise hängt die Anzahl der Elemente innerhalb dieser Anordnung vom verfügbaren Platz mit dem Bedarf an Kosten und Strahlbreite ab, während die Arraylänge zwischen 2 λ und 10 λ liegt. Im Allgemeinen werden diese Antennenarrays in Übersee-Rundfunksystemen verwendet.
End-Fire-Antennenarray
Eine Endfire-Antennenarray-Anordnung ist die gleiche wie Elemente in der Breitseitenanordnung, der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Konfigurationen ist jedoch die Art der Erregung. Bei dieser Anordnung werden die Elemente im Allgemeinen um 180° phasenverschoben gespeist, während bei Breitseitenanordnung jedes Element mit dem Strom einer ähnlichen Phase gespeist wird. Bei dieser Anordnung wird das Strahlungsmaximum entlang der Arrayachse erreicht.
Um also ein unidirektionales Strahlungsmuster zu erhalten, wird diese vollständige Anordnung identischer Elemente einfach mit einem Strom mit äquivalenter Amplitude erregt, jedoch ändert sich die Phase kontinuierlich entlang der Leitung. Es kann also gesagt werden, dass ein Endfire-Array ein unidirektionales Strahlungsdiagramm durch die höchste Strahlung erzeugt, die durch die Achse des Antennenarrays auftritt.
Im obigen Strahlungsmusterdiagramm wird der Hauptabstand zwischen den Elementen innerhalb dieser Anordnung normalerweise als λ/4 (oder) 3λ/4 verstanden. Daher werden diese Arrays am häufigsten in der Punkt-zu-Punkt-Kommunikation verwendet und sind für hohe, mittlere und niedrige Frequenzbereiche geeignet.
Kollineares Array
Bei einem kollinearen Array werden Antennenelemente einfach in einer einzigen Linie von einem Ende zum anderen angeordnet, also hintereinander. Diese Anordnung kann also entweder horizontal oder vertikal ausgerichtet sein. Das kollineare Array mit horizontaler Anordnung ist unten gezeigt.
Für alle Antennenelemente wird die Erregung durch Ströme der gleichen Phase und Größe für alle Elemente bereitgestellt. Ähnlich wie bei einem Breitseiten-Array liefert dieses auch Abstrahlung in Richtung der Senkrechten zur Antennen-Array-Achse. Somit steht das Strahlungsmuster des kollinearen Arrays in gewissem Zusammenhang mit dem Breitseiten-Antennen-Array.
Diese Anordnung bietet einfach den höchsten Gewinn, wenn die Elemente in einem Abstand von 0,3 bis 0,5 λ angeordnet sind, aber dies kann zu Konstruktions- und Speisungsproblemen innerhalb des Antennenarrays führen. Die Elemente sind also näher beieinander angeordnet.
Das Strahlungsmuster des kollinearen Arrays ist oben gezeigt. Hierbei ist zu beachten, dass mit zunehmender Länge des Arrays auch die Richtwirkung zunimmt. Im Allgemeinen wird ein kollineares Array mit zwei Elementen verwendet, da es den Mehrbandbetrieb unterstützt, aber manchmal verwenden einige Anwendungen eine Kombination aus Breitseiten-, End-Fire- und kollinearen Arrays, da dies die Richtwirkung und Verstärkung auf einen sehr hohen Bereich erhöht.
Parasitäres Array
Die Mehrelementarrays sind wie parasitäre Antennenelemente parasitär angeordnet, was einen maximalen Richtungsgewinn liefert, ohne jedes Arrayelement zu speisen. Diese Art von Anordnung hilft einfach bei der Bewältigung des Speiseleitungsproblems, indem nicht jedes Antennenarrayelement direkt erregt wird. Die parasitäre Antennenanordnung ist unten gezeigt.
Die nicht direkt gespeisten Elemente werden als parasitäre Elemente bezeichnet und beziehen ihre Energie einfach aus der emittierten Strahlung des in der Nähe befindlichen angetriebenen Elements. Als Ergebnis werden parasitäre Elemente durch elektromagnetische Kopplung aktiviert, da das Antriebselement in der Nähe ist.
Die parasitären Elemente des Antennenarrays werden nicht direkt erregt, aber sie verlassen sich auf die Erregung, die zum Treiberelement geliefert wird. Der induzierte Strom innerhalb des parasitären Elements, der durch das angesteuerte Element verursacht wird, wird also durch den Abstand zwischen diesen beiden Elementen und deren Abstimmung bestimmt.
Somit wird ein unidirektionales Strahlungsmuster mit einem „λ/4“-Trennabstand und einer Phasendifferenz von 90° zwischen den treibenden und parasitären Elementen erzeugt. Somit wird das Strahlungsmuster dieses Arrays einfach durch einen nach dem Antriebselement angeordneten Reflektor erzeugt, der zurückreflektierte Wellen in Richtung der Vorwärtswelle enthält. Die Bereichsfrequenz für diese Arten von Antennenarrays reicht von 100 – 1000 MHz.
Was ist Antennen-Array-Gewinn?
Der Antennenarraygewinn kann als das Verhältnis der Intensität innerhalb einer bestimmten Richtung zur Intensität der erhaltenen Strahlung definiert werden, wenn eine ähnliche Leistung mit einem einzelnen isotropen Strahler abgestrahlt wird.
Wozu dient ein Antennenarray?
Der Zweck eines Antennenarrays besteht darin, Funkwellen zu senden/empfangen, indem es als einzelne Antenne funktioniert.
Was ist ein guter Antennengewinn?
Der gute Antennengewinn ist 3 dB, 6 dB usw.
Was ist ein Array in einer Antenne?
Das Array in einer Antenne ist eine Gruppe von Antennen, die zu einer einzigen Antenne verbunden sind.
Was ist der Array-Faktor eines Antennenarrays?
Ein Antennen-Array-Faktor ist eine Funktion der Antennenpositionen innerhalb des Arrays und der verwendeten Gewichte. Dieser Faktor kann also die Richtwirkungseigenschaften des jeweiligen Antennenelements erheblich verändern. Dieses Phänomen wird also hauptsächlich beobachtet, wenn Antennen miteinander verbunden sind.
Vorteile und Nachteile
Vorteile von Antennenarrays füge folgendes hinzu.
- Die Stärke des Signals steigt sehr stark an.
- Es kann eine hohe Richtwirkung erzielt werden.
- Die Größe der Nebenlappen ist drastisch reduziert.
- Das Erhalten eines hohen S/N-Verhältnisses ist möglich.
- Es können große Gewinne erzielt werden.
- Die Menge an Energieverschwendung wird reduziert.
- Es ist möglich, bessere Ergebnisse zu erzielen.
- Das Antennen-Array-Design unterstützt einfach die bessere Leistung der Antenne.
Zu den Nachteilen von Antennenarrays gehören die folgenden.
- Antennenarrays sind teuer.
- Die Widerstandsverluste werden erhöht.
- Es erfordert einen hohen Wartungsaufwand.
- Die Montage ist schwierig.
- Es nimmt einen riesigen Außenraum ein.
Anwendungen
Antennen-Array-Anwendungen umfassen die folgenden.
- Ein Antennenarray ist sehr hilfreich, um die Gesamtverstärkung zu erhöhen, das SINR (Signal-Störungs-plus-Rausch-Verhältnis) zu erhöhen, Interferenzen auszulöschen, Diversity-Empfang bereitzustellen, das Array in eine bestimmte Richtung zu bewegen, die Ankunftsrichtung von eingehenden Signalen zu messen usw.
- Das Antennenarray wird im drahtlosen, militärischen Bereich verwendet Radar , und Satellitenkommunikation .
- Diese werden im Rahmen der astronomischen Beobachtung verwendet.
- Diese sind hauptsächlich in der Fernkommunikation und auch in der Mobilkommunikation anwendbar.
- Diese werden überall dort eingesetzt, wo eine hohe Signalstärke für Übertragung und Empfang über große Entfernungen erforderlich ist.
Das ist also Antenne im Überblick Arrays – Arbeiten mit Anwendungen. Ein Antennenarray verwendet einfach mehrere Antennen, um Signale in verschiedene Richtungen zu erfassen und zu übertragen. Daher wird ein Antennenarray hauptsächlich verwendet, um die Qualität und Reichweite unseres Signals zu erhöhen. Hier ist eine Frage an Sie, was ist die Funktion einer Antenne?
