Una antena és un dispositiu especialitzat que pot irradiar certa quantitat d'energia dins d'una direcció determinada per a una millor transmissió de sortida. Per obtenir una sortida més eficient, s'hi afegeixen uns quants elements d'antena més coneguts com a matrius d'antenes. Una sola antena té una bona directivitat, però una mica falla en la transmissió del senyal al receptor amb pèrdues, de manera que s'utilitza una matriu d'antenes. Així que en tantes aplicacions, necessitem antenes amb característiques directives extremadament altes que es poden millorar augmentant la mida elèctrica de l'antena. Augmentar la dimensió de l'antena sense augmentar la mida dels elements individuals és formar elements de matriu d'antenes. Aquest article tracta una visió general de matriu d'antenes – Tipus i el seu treball amb aplicacions.
Què és una matriu d'antenes?
Una definició de matriu d'antenes és; un grup d'antenes que estan disposades per formar una sola antena per generar patrons de radiació però no generades per antenes individuals. Així, un conjunt d'antenes treballarà juntes per transmetre o rebre senyals de ràdio. El disseny i el manteniment d'aquesta antena són rendibles, ja que cada antena és més petita. El diagrama de la matriu d'antenes es mostra a continuació.
Per a la matriu d'antenes, s'han de donar l'espai i la fase adequats durant la configuració. Una vegada que les antenes transmeten un senyal a una distància molt llarga, calia que haguessin de posseir un gran guany directiu, ja que el senyal es deforma i es distorsiona mentre es transmet d'un extrem a un altre. Tot i que una sola antena transmet amb una bona directivitat, no pot transmetre un senyal del transmissor al receptor sense pèrdues. Per tant, aquest és el motiu principal per utilitzar la matriu d'antenes.
Disseny d'antena de matriu
Una matriu d'antenes està dissenyada disposant diverses antenes per fer un únic sistema per proporcionar un gran guany directiu. Les antenes dins de la matriu s'han d'espaiar correctament i en la fase adequada, de manera que la contribució independent de cada antena dins de la disposició en la mateixa direcció s'afegeixi, mentre que s'anul·la en totes les altres direccions en repòs. Aquest tipus d'ordenació millora la directivitat del sistema. Una vegada que totes les antenes d'un sistema estan disposades en línia recta, es coneix com a matriu d'antenes lineals.
Array d'antenes en funcionament
Una matriu d'antenes és un conjunt de diversos elements d'antena. En general, una matriu multielement utilitza una antena dipol de mitja ona. Aquesta antena té un patró de radiació omnidireccional, de manera que les ones s'emeten per sobre d'un gran angle. Per millorar la capacitat d'aquestes antenes d'emetre especialment en una única direcció, aquestes antenes simplement es disposen en forma de matriu amb un espai adequat. Aquestes matrius són excitades simultàniament proporcionant corrent per la fase adequada.
Generalment, en una matriu d'antenes, els corrents dins dels diferents elements de l'antena estan en fase si aconsegueix el valor més alt de fluir per una direcció similar al mateix temps. Així, una vegada que els elements de l'antena s'alimenten amb la fase adequada de cada element de la matriu, les ones esfèriques es superposen a causa de la interferència i generen una ona de ràdio. Aquí al sistema, la interferència pot ser constructiva (o) destructiva i depèn completament de les ones radiades pels elements.
Com a resultat, si les ones emeses pels elements de l'antena estan en fase, s'afegeixen útilment, de manera que augmenta la potència radiada. Mentre que, si les ones emeses pels elements individuals no estan en fase, s'afegeixen de forma destructiva per cancel·lar-se mútuament. Per tant, això pot provocar una reducció de la potència radiada.
Així, les radiacions emeses pels elements de la matriu estan en fase i se sumen per proporcionar un feix direccional que té la màxima força perquè pugui recórrer distàncies molt llargues. Així, el patró de radiació proporcionat per una matriu d'antenes té un lòbul principal que especifica un feix fort en una sola direcció. Quan augmenta el nombre d'elements de la matriu, el lòbul principal es fa més estret i els lòbuls laterals més petits especifiquen un augment del guany proporcionat per l'antena.
Tipus d'antenes de matriu
Les antenes de matriu es classifiquen en quatre tipus de matriu d'antenes laterals, de foc final, colineals i paràsites, on es discuteix cada tipus a continuació.
Matriu d'antenes de banda ampla
La disposició de la matriu d'antenes laterals es mostra a continuació, on diversos elements idèntics estan disposats paral·lelament al llarg de la línia de l'eix de l'antena. En aquest tipus de disposició, els elements estan disposats horitzontalment a una distància equivalent entre si i cada element s'alimenta per un corrent de fase i magnitud similars.
Sempre que els elements d'aquesta disposició s'alimentin, s'emetrà la màxima radiació des de la banda ampla, que significa la direcció normal a l'eix de la matriu, mentre que una certa quantitat de radiació s'emetrà des de les altres direccions. Per tant, proporciona un patró de radiació bidireccional perquè irradia en ambdues direccions al llarg de la banda. Per tant, en aquesta disposició, la direcció del principi de radiació és comú a l'eix de la matriu i al pla de la posició de l'element. El patró de radiació de la matriu d'antenes laterals es mostra a continuació.
El patró de radiació de la matriu d'antenes laterals és vertical perquè l'alineació de l'element és horitzontal.
Si volem canviar el patró de radiació de bidireccional a unidireccional, cal disposar una matriu similar a una distància λ/4 darrere d'aquesta matriu d'antenes i excitant la matriu de rèplica a través d'un corrent amb un cable de fase de 90 °. Normalment, el nombre d'elements dins d'aquesta disposició depèn de l'espai disponible amb la necessitat de cost i amplada del feix, mentre que la longitud de la matriu es pren entre 2 λ i 10 λ. En general, aquestes matrius d'antenes s'utilitzen en sistemes de radiodifusió a l'estranger.
Matriu d'antenes de foc final
Una disposició de matriu d'antenes de foc final és la mateixa que els elements de la disposició lateral, però la diferència principal entre aquestes dues configuracions és la forma d'excitació. En aquesta disposició, els elements s'alimenten generalment fora de fase amb 180 °, mentre que en la disposició lateral cada element s'alimenta amb el corrent d'una fase similar. En aquesta disposició, la radiació màxima s'aconsegueix al llarg de l'eix de la matriu.
Per tant, per obtenir un patró de radiació unidireccional, aquesta disposició completa d'elements idèntics s'activa simplement amb un corrent d'amplitud equivalent, però, la fase canvia contínuament al llarg de la línia. Per tant, es pot afirmar que una matriu de foc final genera un patró de radiació unidireccional per la radiació més alta que es produeix a través de l'eix de la matriu d'antenes.
En el diagrama de patró de radiació anterior, la distància principal entre els elements dins d'aquesta disposició s'entén normalment com λ/4 (o) 3λ/4. Així, aquestes matrius s'utilitzen amb més freqüència en la comunicació punt a punt i són adequades per a rangs de freqüència alta, mitjana i baixa.
Matriu colineal
En una matriu colineal, els elements de l'antena simplement estan disposats en una sola línia d'un extrem a l'altre, el que significa un darrere l'altre. Per tant, aquesta disposició pot ser horitzontal o vertical. A continuació es mostra la matriu colineal amb una disposició horitzontal.
A tots els elements de l'antena, l'excitació és proporcionada per corrents de la mateixa fase i magnitud a tots els elements. Similar a una matriu de banda ampla, això també proporciona radiació en la direcció normal a l'eix de la matriu d'antenes. Per tant, el patró de radiació de la matriu colineal està una mica relacionat amb la matriu d'antenes laterals.
Aquesta disposició simplement ofereix el guany més alt sempre que els elements estiguin espaiats a una distància de 0,3 a 0,5 λ, però això pot causar problemes de construcció i d'alimentació dins de la matriu d'antenes. Per tant, els elements estan disposats més a prop els uns dels altres.
El patró de radiació de matriu colineal es mostra a dalt. Cal assenyalar aquí que amb un augment de la longitud de la matriu la directivitat també augmenta. Generalment, la matriu colineal de dos elements s'utilitza generalment perquè admet el funcionament multibanda, però de vegades, algunes aplicacions utilitzen una combinació de matrius de banda ampla, de foc final i colineals perquè això millora la directivitat i el guany a un rang molt alt.
Array paràsit
Les matrius de diversos elements, com els elements d'antena paràsits, estan disposades de manera paràsita, la qual cosa proporciona el màxim guany direccional sense alimentar tots els elements de la matriu. Aquest tipus d'arranjament simplement ajuda a fer front al problema de la línia d'alimentació ja que no proporciona excitació directa a tots els elements de la matriu d'antenes. A continuació es mostra la disposició de l'antena parasitària.
Els elements que no s'alimenten directament es coneixen com a elements paràsits i simplement treuen el seu poder de la radiació emesa per l'element impulsat que hi ha a prop. Com a resultat, els elements paràsits s'activen mitjançant l'acoblament electromagnètic, ja que l'element conductor està a prop.
Els elements paràsits de la matriu d'antenes no estan directament excitats, però depenen de l'excitació lliurada cap a l'element conductor. Per tant, el corrent induït dins de l'element paràsit causat per l'element impulsat està determinat per la distància entre aquests dos elements i la seva sintonia.
Així, es produeix un patró de radiació unidireccional amb una distància de separació 'λ/4' i una diferència de fase de 90 ° entre els elements de conducció i els paràsits. Així, el patró de radiació d'aquesta matriu es crea simplement per un reflector disposat després de l'element de conducció, que inclou ones reflectides cap enrere cap a l'ona avançada. La freqüència d'abast d'aquests tipus de matrius d'antenes oscil·la entre 100 i 1000 MHz.
Què és el guany de matriu d'antenes?
El guany de la matriu d'antenes es pot definir com la relació entre la intensitat dins d'una direcció especificada i la intensitat de la radiació obtinguda si s'irradia una potència similar amb un sol radiador isòtrop.
Quin és l'objectiu d'una matriu d'antenes?
El propòsit d'una matriu d'antenes és transmetre/rebre ones de ràdio funcionant com una sola antena.
Què és un bon guany d'antena?
El bo guany de l'antena és de 3 dB, 6 dB, etc.
Què és una matriu en una antena?
La matriu d'una antena és un grup d'antenes que es connecten per formar una sola antena.
Quin és el factor de matriu d'una matriu d'antenes?
Un factor de matriu d'antenes és una funció de les posicions de l'antena dins de la matriu i els pesos utilitzats. Per tant, aquest factor pot canviar significativament les propietats de directivitat de l'element d'antena particular. Per tant, aquest fenomen s'observa principalment un cop les antenes estan connectades entre si.
Avantatges i inconvenients
Avantatges de la matriu d'antenes incloure el següent.
- La força del senyal augmenta molt fortament.
- Es pot aconseguir una alta directivitat.
- La mida dels lòbuls menors es redueix dràsticament.
- És possible obtenir una alta relació S/N.
- Es poden obtenir grans guanys.
- Es redueix la quantitat de malbaratament d'energia.
- Aconseguir millors resultats és possible.
- El disseny de la matriu d'antenes simplement admet el millor rendiment de l'antena.
Els desavantatges de la matriu d'antenes inclouen els següents.
- Les matrius d'antenes són cares.
- Les pèrdues resistives augmentaran.
- Requereix un alt manteniment.
- El muntatge és difícil.
- Ocupa un espai exterior enorme.
Aplicacions
Les aplicacions de matriu d'antenes inclouen les següents.
- Una matriu d'antenes és molt útil per augmentar el guany global, augmentar el SINR (signal a interferència més relació de soroll), cancel·lar interferències, proporcionar recepció de diversitat, moure la matriu dins d'una direcció determinada, mesurar l'arribada de la direcció dels senyals entrants, etc.
- La matriu d'antenes s'utilitza en camps militars sense fil radar , i comunicacions per satèl·lit .
- Aquests s'utilitzen en l'observació astronòmica.
- S'aplica principalment a comunicacions de llarga distància i també a comunicacions mòbils.
- S'utilitzen sempre que es requereixi una gran intensitat del senyal per a la transmissió i recepció a llarga distància.
Així, això és una visió general de l'antena matrius: treballant amb aplicacions. Una matriu d'antenes simplement utilitza diverses antenes per capturar i transmetre senyals en diferents direccions. Així, la matriu d'antenes s'utilitza principalment per augmentar la qualitat i l'abast del nostre senyal. Aquí teniu una pregunta: quina és la funció d'una antena?
