Anténa je specializované zařízení, které může vyzařovat určité množství energie v určitém směru pro lepší přenos výstupu. Pro efektivnější výstup je k němu přidáno několik dalších anténních prvků, které jsou známé jako anténní pole. Jedna anténa má dobrou směrovost, ale poněkud selhává při přenosu signálu do přijímače se ztrátami, takže je použito anténní pole. Takže v tolika aplikacích potřebujeme antény s extrémně vysokou směrovou charakteristikou, kterou lze zlepšit zvětšením elektrické velikosti antény. Zvětšit rozměr antény bez zvětšení velikosti jednotlivých prvků znamená vytvořit prvky anténního pole. Tento článek pojednává o přehledu anténní pole – typy a jejich práce s aplikacemi.
Co je to anténní pole?
Definice anténního pole je; skupina antén, které jsou uspořádány tak, aby tvořily jednu anténu pro generování vyzařovacích diagramů, ale negenerované jednotlivými anténami. Takže sada antén bude spolupracovat při vysílání nebo příjmu rádiových signálů. Návrh a údržba této antény jsou nákladově efektivní, protože každá anténa je menší. Schéma anténního pole je uvedeno níže.
U anténního pole musí být při konfiguraci uveden správný rozteč a fáze. Jakmile antény vysílají signál na velmi dlouhou vzdálenost, pak to vyžaduje, aby měly vysoký směrový zisk, protože se signál deformuje a deformuje při přenosu z jednoho konce na druhý. Přestože jedna anténa vysílá s dobrou směrovostí, nedokáže přenést signál z vysílače do přijímače beze ztrát. To je tedy hlavní důvod pro použití anténního pole.
Návrh antény Array
Anténní pole je navrženo uspořádáním několika antén tak, aby vytvořily jeden systém poskytující vysoký směrový zisk. Antény v poli musí být správně rozmístěny a ve správné fázi tak, aby se nezávislý příspěvek každé antény v uspořádání ve stejném směru sčítal, zatímco ve všech ostatních směrech se ruší. Toto uspořádání zlepšuje směrovost systému. Jakmile jsou všechny antény v systému uspořádány v přímce, nazývá se lineární anténní pole.
Anténní pole funguje
Anténní pole je soubor různých anténních prvků. Obecně víceprvkové pole využívá půlvlnnou dipólovou anténu. Tato anténa má všesměrový vyzařovací diagram, takže vlny jsou vyzařovány nad širokým úhlem. Aby se zvýšila schopnost těchto antén vysílat zejména v jednom směru, jsou tyto antény jednoduše uspořádány ve formě pole se správným rozestupem. Tato pole jsou současně buzena poskytováním proudu správnou fází.
Obecně v poli antén jsou proudy v různých anténních prvcích ve fázi, pokud dosáhne nejvyšší hodnoty při proudění v podobném směru ve stejnou dobu. Jakmile jsou tedy prvky antény napájeny správnou fází z každého prvku pole, kulové vlny se superponují kvůli rušení a generují rádiové vlny. Zde v systému může být interference buď konstruktivní (nebo) destruktivní a zcela závisí na vlnách vyzařovaných prvky.
V důsledku toho, pokud jsou vyzařované vlny z prvků antény ve fázi, jsou užitečně přidány, takže to zvyšuje vyzařovaný výkon. Zatímco vlny vyzařované z jednotlivých prvků nejsou ve fázi, pak se destruktivně sčítají, aby se navzájem vyrušily. Takže to může způsobit snížení vyzařovaného výkonu.
Takto jsou vyzařovaná záření z prvků pole ve fázi a sčítají se a poskytují směrový paprsek, který má maximální sílu, takže může cestovat na velmi dlouhé vzdálenosti. Vyzařovací diagram poskytovaný anténním polem má tedy hlavní lalok, který specifikuje silný paprsek v jednom směru. Když se počet prvků v poli zvýší, hlavní lalok se zúží a menší postranní laloky určují zvýšení zisku poskytovaného anténou.
Typy antén pole
Antény pole jsou rozděleny do čtyř typů širokoúhlých, koncových, kolineárních a parazitních antén, přičemž každý typ je popsán níže.
Široká anténní soustava
Širokostranné uspořádání anténního pole je znázorněno níže, kde jsou různé identické prvky paralelně uspořádány podél osy antény. V tomto typu uspořádání jsou prvky uspořádány horizontálně v ekvivalentní vzdálenosti od sebe a každý prvek je napájen proudem podobné fáze a velikosti.
Kdykoli jsou prvky v tomto uspořádání pod napětím, bude vyzařováno maximum záření ze široké strany, což znamená normální směr k ose pole, zatímco určité množství záření bude vyzařováno z ostatních směrů. Poskytuje tedy obousměrný vyzařovací diagram, protože vyzařuje v obou směrech podél široké strany. Proto je v tomto uspořádání princip směru vyzařování společný pro osu pole a rovinu polohy prvku. Vyzařovací diagram širokého anténního pole je znázorněn níže.
Vyzařovací diagram širokého anténního pole je vertikální, protože zarovnání prvku je horizontální.
Pokud chceme změnit vyzařovací diagram z obousměrného na jednosměrný, pak je třeba podobné pole uspořádat ve vzdálenosti λ/4 za tímto anténním polem a buzení replikového pole proudem s fázovým vedením 90°. Obvykle počet prvků v tomto uspořádání závisí na dostupném prostoru s potřebou nákladů a šířky paprsku, zatímco délka pole se pohybuje mezi 2 λ až 10 λ. Obecně se tato anténní pole používají v zámořských vysílacích systémech.
End-Fire Antenna Array
Uspořádání pole koncové antény je stejné jako u prvků v širokém uspořádání, ale hlavním rozdílem mezi těmito dvěma konfiguracemi je způsob buzení. V tomto uspořádání jsou prvky obecně napájeny mimo fázi o 180°, zatímco v uspořádání s širší stranou je každý prvek napájen proudem podobné fáze. V tomto uspořádání je maximálního záření dosaženo podél osy pole.
Aby se tedy získal jednosměrný vyzařovací diagram, toto kompletní identické uspořádání prvků je jednoduše nabuzeno proudem s ekvivalentní amplitudou, avšak fáze se plynule mění podél vedení. Lze tedy konstatovat, že pole koncového ohně generuje jednosměrný vyzařovací diagram nejvyšším zářením vyskytujícím se přes osu anténního pole.
Ve výše uvedeném diagramu vyzařovacího diagramu je hlavní vzdálenost mezi prvky v tomto uspořádání normálně chápána jako λ/4 (nebo) 3λ/4. Tato pole se tedy nejčastěji používají v komunikaci typu point-to-point a jsou vhodná pro vysoké, střední a nízkofrekvenční rozsahy.
Kolineární pole
V kolineárním poli jsou anténní prvky jednoduše uspořádány v jedné řadě od jednoho konce k druhému, což znamená jeden po druhém. Takže toto uspořádání může být horizontální nebo vertikální orientace. Níže je znázorněno kolineární pole s horizontálním uspořádáním.
Pro všechny prvky antény je buzení zajištěno proudy stejné fáze a velikosti pro všechny prvky. Podobně jako u širokoúhlého pole poskytuje také záření v normálním směru k ose anténního pole. Vyzařovací diagram kolineárního pole tedy do jisté míry souvisí s širokým polem antén.
Toto uspořádání jednoduše nabízí nejvyšší zisk, kdykoli jsou prvky rozmístěny ve vzdálenosti 0,3 až 0,5 λ, ale to může způsobit konstrukční problémy i problémy s napájením v poli antény. Prvky jsou tedy uspořádány blíže k sobě.
Kolineární pole záření je znázorněno výše. Zde je třeba poznamenat, že s rostoucí délkou pole se také zvyšuje směrovost. Obecně se obecně používá dvouprvkové kolineární pole, protože podporuje vícepásmový provoz, ale někdy některé aplikace využívají kombinaci širokých, koncových a kolineárních polí, protože to zvyšuje směrovost a zisk na velmi vysoký rozsah.
Parazitní pole
Víceprvková pole, jako jsou parazitní anténní prvky, jsou uspořádány parazitně, což poskytuje maximální směrový zisk bez napájení každého prvku pole. Tento druh uspořádání jednoduše pomáhá při řešení problému napájecího vedení tím, že neposkytuje přímé buzení každému prvku pole antény. Uspořádání parazitní antény je znázorněno níže.
Prvky, které nejsou přiváděny přímo, jsou známé jako parazitní prvky a jednoduše čerpají svou energii z emitovaného záření poháněným prvkem, který je přítomen poblíž. V důsledku toho jsou parazitní prvky aktivovány elektromagnetickou vazbou, protože hnací prvek je poblíž.
Parazitní prvky anténního pole nejsou přímo buzeny, ale spoléhají na buzení dodávané směrem k budícímu prvku. Indukovaný proud uvnitř parazitního prvku způsobený řízeným prvkem je tedy určen vzdáleností mezi těmito dvěma prvky a jejich laděním.
Je tedy vytvořen jednosměrný vyzařovací diagram s oddělovací vzdáleností ‚λ/4‘ a fázovým rozdílem 90° mezi řídícími i parazitními prvky. Vyzařovací diagram tohoto pole je tedy jednoduše vytvořen reflektorem uspořádaným za hnacím prvkem, který obsahuje zpětně odražené vlny směrem k dopředné vlně. Dosahová frekvence pro tyto typy anténních polí se pohybuje v rozmezí 100 – 1000 MHz.
Co je zisk anténního pole?
Zisk anténního pole lze definovat jako poměr intenzity ve stanoveném směru k intenzitě získaného záření, pokud je podobný výkon vyzařován jediným izotropním zářičem.
Jaký je účel anténního pole?
Účelem anténního pole je vysílat/přijímat rádiové vlny tím, že funguje jako jediná anténa.
Jaký je dobrý zisk antény?
Dobrý zisk antény je 3 dB, 6 dB atd.
Co je pole v anténě?
Pole v anténě je skupina antén, které jsou spojeny do jedné antény.
Jaký je faktor pole anténního pole?
Faktor anténního pole je funkcí pozic antény v poli a použitých hmotností. Tento faktor tedy může výrazně změnit směrové vlastnosti konkrétního prvku antény. Tento jev je tedy pozorován hlavně po spojení antén.
Výhody a nevýhody
Výhody anténního pole zahrnout následující.
- Síla signálu se velmi silně zvyšuje.
- Lze dosáhnout vysoké směrovosti.
- Velikost menších laloků je drasticky zmenšena.
- Je možné dosáhnout vysokého poměru S/N.
- Lze získat velké zisky.
- Sníží se množství plýtvání energií.
- Je možné dosáhnout lepších výsledků.
- Konstrukce anténního pole jednoduše podporuje lepší výkon antény.
Nevýhody anténního pole zahrnují následující.
- Anténní pole jsou drahá.
- Odporové ztráty se zvýší.
- Vyžaduje vysokou údržbu.
- Montáž je obtížná.
- Zabírá obrovský vnější prostor.
Aplikace
Aplikace pole antén zahrnují následující.
- Anténní pole je velmi užitečné pro zvýšení celkového zisku, zvýšení SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), potlačení rušení, zajištění diverzního příjmu, pohyb pole v určitém směru, měření směru příchodu příchozích signálů atd.
- Anténní pole se používá v bezdrátových, vojenských radar , a satelitní komunikace .
- Ty se využívají při pozorování astronomie.
- Ty jsou většinou použitelné v dálkových komunikacích a také v mobilních komunikacích.
- Používají se všude tam, kde je vyžadována vysoká síla signálu pro přenos a příjem na dlouhé vzdálenosti.
Tedy, toto je přehled antény pole – práce s aplikacemi. Anténní pole jednoduše používá několik antén k zachycení a přenosu signálů v různých směrech. Anténní pole se tedy používá hlavně ke zvýšení kvality a dosahu našeho signálu. Zde je pro vás otázka, jakou funkci má anténa?
