Антенная решетка (или антенная решетка ) представляет собой набор из нескольких соединенных антенн , которые работают вместе как одну антенны, чтобы передавать или принимать радиоволны . Отдельные антенны (называемые элементы ), как правило , подключены к одному приемнику или передатчику с помощью питающих линий , которые питают питание элементов в конкретной фазе отношений. Радиоволны, излучаемые каждой отдельной антенной, комбинируются и накладываются друг на друга , складываясь ( конструктивно создавая помехи ) для увеличения мощности, излучаемой в желаемых направлениях, и подавляя (деструктивное вмешательство ), чтобы уменьшить мощность, излучаемую в других направлениях. Аналогичным образом, при использовании для приема отдельные радиочастотные токи от отдельных антенн объединяются в приемнике с правильным фазовым соотношением для усиления сигналов, принимаемых с нужных направлений, и подавления сигналов с нежелательных направлений. Более сложные антенные решетки могут иметь несколько модулей передатчика или приемника, каждый из которых подключен к отдельному антенному элементу или группе элементов.
Антенная решетка может обеспечить более высокое усиление ( направленность ), то есть более узкий луч радиоволн, чем можно было бы достичь с помощью одного элемента. Как правило, чем больше количество отдельных антенных элементов используется, тем выше коэффициент усиления и тем уже луч. Некоторые антенные решетки (например, военные радары с фазированной решеткой ) состоят из тысяч отдельных антенн. Массивы могут использоваться для достижения более высокого усиления, для обеспечения разнесения путей (также называемого MIMO ) [1], что увеличивает надежность связи, для устранения помех с определенных направлений, для электронного управления лучом радиосигнала в разных направлениях и длярадиопеленгация (RDF). [2]
Термин антенная решетка чаще всего означает управляемую решетку, состоящую из множества идентичных управляемых элементов, все подключенных к приемнику или передатчику. Паразитарный массив состоит из одного вибратора , соединенного с фидером, а также других элементов , которые не являются, называемыми паразитными элементами . Обычно это другое название антенны Яги-Уда .
Фазированная антенная решетка , как правило , означает электронное сканирование массив ; управляемая антенная решетка, в которой каждый отдельный элемент подключен к передатчику или приемнику через фазовращатель, управляемый компьютером. Луч радиоволн можно направить с помощью электроники, чтобы мгновенно направить его в любом направлении под широким углом, не перемещая антенны. Однако термин «фазированная антенная решетка» иногда используется для обозначения обычной антенной решетки. [2]
Как работают массивы [ править ]
Маленькие антенны размером около одной длины волны, такие как четвертьволновые монополи и полуволновые диполи , не обладают большой направленностью ( усилением ); это всенаправленные антенны, которые излучают радиоволны под широким углом. Чтобы создать направленную антенну ( антенну с высоким коэффициентом усиления ), которая излучает радиоволны узким лучом, можно использовать два общих метода. Один из методов заключается в использовании отражения от больших металлических поверхностей, таких как параболические отражатели или рупоры , или преломления от диэлектрических линз.для изменения направления радиоволн, для фокусировки радиоволн от одиночной антенны с низким коэффициентом усиления в луч. Этот тип называется апертурной антенной . Параболическая антенна является примером этого типа антенны.
Второй метод заключается в использовании нескольких антенн, которые питаются от одного и того же передатчика или приемника; это называется антенной решеткой или антенной решеткой. Если токи подаются на антенны с правильной фазой , из-за явления интерференции сферические волны от отдельных антенн объединяются (накладываются) перед антенной решеткой для создания плоских волн , луча радиоволн, распространяющегося в определенном направлении. . В направлениях, в которых волны от отдельных антенн приходят синфазно , волны складываются ( конструктивная интерференция ) для увеличения излучаемой мощности. В направлениях, в которых отдельные волны приходят в противофазе, когда пик одной волны совпадает с впадиной другой, волны подавляются ( деструктивная интерференция ), уменьшая мощность, излучаемую в этом направлении. Точно так же при приеме колебательные токи, принимаемые отдельными антеннами от радиоволн, принимаемых с желаемых направлений, находятся в фазе и при объединении в приемнике усиливают друг друга, в то время как токи от радиоволн, принимаемых с других направлений, находятся в противофазе и при объединении в приемники отменяют друг друга.
Диаграмма направленности такой антенны состоит из сильного пучка в одном направлении, в главном лепестке , а также ряда более слабых пучков при различных углах называемых боковыми лепестками , как правило , представляющий остаточное излучение в нежелательных направлениях. Чем больше ширина антенны и чем больше количество составляющих антенных элементов, тем уже главный лепесток и тем выше может быть достигнуто усиление, и тем меньше будут боковые лепестки.
Решетки, в которых антенные элементы запитаны синфазно, являются решетками бортовой сети; главный лепесток выходит перпендикулярно плоскости элементов.
Самые большие антенные решетки - это радиоинтерферометры, используемые в области радиоастрономии , в которых несколько радиотелескопов, состоящих из больших параболических антенн , соединены вместе в антенную решетку для достижения более высокого разрешения. Используя метод, называемый синтезом апертуры, такая решетка может иметь разрешение антенны с диаметром, равным расстоянию между антеннами. В технике, называемой интерферометрией с очень длинной базой (РСДБ), антенны на разных континентах были связаны друг с другом, создав «антенные решетки» размером в тысячи миль.
Галерея [ править ]
УКВ коллинеарны массив из сложенных диполей
Секторные антенны (белые полосы) на вышке сотового телефона . Коллинеарные дипольные решетки, излучающие плоский веерообразный луч.
Отражательная антенная решетка 108 МГц РЛС Ан-270, использовавшаяся во время Второй мировой войны, состоит из 32 полуволновых дипольных антенн перед отражающим экраном.
Фазированная антенная решетка ВВС США PAVE PAWS 420–450 МГц для обнаружения баллистических ракет, Аляска. Каждая из двух круглых решеток состоит из 2677 скрещенных дипольных антенн.
Некоторые элементы скрещенных диполей в фазированной антенной решетке PAVE PAWS, слева
УКВ антенна Batwing для телевещания
Радиовещательная FM антенна с крестообразным диполем
Коротковолновая передающая антенна с занавесной решеткой , Австрия. Проволочные диполи, подвешенные между опорами
Антенная решетка турникета для спутниковой связи
Плоская микрополосковая антенная решетка для приема спутникового ТВ .
The Very Large Array , радиотелескоп, состоящий из Y-образной решетки из 27 параболических антенн в Сокорро, Нью-Мексико.
HAARP , фазированная антенная решетка из 180 скрещенных диполей на Аляске, которая может передавать в ионосферу радиоволны 3–10 МГц мощностью 3,6 МВт для исследовательских целей.
Массив из четырех спиральных антенн, используемых в качестве антенны слежения за спутником, Плёмер-Боду , Франция
Типы [ править ]
Большинство антенных решеток можно разделить на два класса в зависимости от того, как ось компонентных антенн связана с направлением излучения.
- Массив развороте является один или два двумерный массивом , в котором направление излучения ( главный лепесток ) радиоволн перпендикулярно к плоскости антенны. Чтобы излучать перпендикулярно, антенны должны питаться синфазно.
- Массив endfire представляет собой линейный массив , в котором направление излучения вдоль линии антенн. Антенны должны питаться с разностью фаз, равной разносу соседних антенн.
Существуют также решетки (например, фазированные решетки ), которые не принадлежат ни к одной из этих категорий, в которых направление излучения находится под другим углом к оси антенны.
Управляемый массив - это массив, в котором все отдельные компонентные антенны «управляются» - подключены к передатчику или приемнику. Отдельные антенны, которые обычно идентичны, часто состоят из одного управляемого элемента , такого как полуволновые диполи , но также могут быть составными антеннами, такими как антенны Яги или антенны турникета .
- Коллинеарная решетка - широкополосная решетка, состоящая из нескольких идентичных дипольных антенн, расположенных вертикально в линию. Это всенаправленная антенна с высоким коэффициентом усиления , часто используемая в диапазоне УКВ в качестве радиовещательных антенн для телевизионных станций и антенн базовых станций для наземных подвижных радиостанций двусторонней связи .
- Superturnstile или Batwing array - специализированная вертикальная антенна, используемая для телевизионного вещания, состоящая из нескольких антенн с перекрещенными диполями, установленных коллинеарно на мачте. Всенаправленная диаграмма направленности с высоким коэффициентом усиления и широкой полосой пропускания.
- Планарная решетка - плоская двумерная решетка антенн. Поскольку массив всенаправленных антенн излучает два луча, разнесенных на 180 ° в поперечном направлении с обеих сторон антенны, она часто либо устанавливается перед отражателем, либо состоит из направленных антенн, таких как Yagi или спиральные антенны, для получения однонаправленного луча.
- Отражательная решетка - планарная решетка антенн, часто полуволновые диполи, питаемые синфазно, перед плоским отражателем, таким как металлическая пластина или проволочный экран. Это излучает одиночный луч радиоволн, перпендикулярный (поперечной) решетке. Используется как телевизионные антенны УВЧи антенны РЛС.
- Завесная решетка - проводная коротковолновая передающая антенна, состоящая из плоской решетки проволочных диполей, подвешенных перед вертикальным отражателем, состоящим из «завесы» из параллельных проводов. Используется на КВ диапазоне в качестве передающей антенны на большие расстояния для радиовещательных станций на коротких волнах. Может управляться как фазированная решетка.
- Микрополосковая антенна - массив патч-антенн, изготовленный на печатной плате с медной фольгой на обратной стороне, выполняющий функцию отражателя. Питание элементов осуществляется по полосковым линиям из медной фольги. Используются как антенны ДМВ и спутникового телевидения.
- Фазированная антенная решетка или решетка с электронным сканированием - планарная решетка, в которой луч может управляться электронно так, чтобы он указывал в любом направлении под большим углом перед решеткой, без физического перемещения антенны. Ток от передатчика подается на каждую компонентную антенну через фазовращатель , управляемый компьютером. Изменяя относительную фазу питающих токов, можно мгновенно направить луч в разные стороны. Этот метод, широко используемый в военных радарах, быстро находит применение в гражданских целях.
- Пассивная решетка с электронным сканированием (PESA) - фазированная решетка, как описано выше, в которой элементы антенны питаются от одного передатчика или приемника через фазовращатели.
- Активная решетка с электронным сканированием (AESA) - фазированная решетка, в которой каждый антенный элемент имеет собственный модуль передатчика и / или приемника, управляемый центральным компьютером. Эта технология фазированной решетки второго поколения может излучать несколько лучей на нескольких частотах одновременно и в основном используется в сложных военных радарах.
- Конформная решетка - двумерная фазированная решетка, которая не плоская, а соответствует некоторой искривленной поверхности. Отдельные элементы приводятся в действие фазовращателями, которые компенсируют изменяющуюся длину пути, позволяя антенне излучать плоский волновой луч. Конформные антенны часто встраиваются в изогнутую обшивку самолетов и ракет для уменьшения аэродинамического сопротивления.
- Интеллектуальная антенна , реконфигурируемая антенна или адаптивная решетка - приемная решетка, которая оценивает направление прихода радиоволн и адаптивно оптимизирует диаграмму направленности электронным способом для ее приема, синтезируя главный лепесток в этом направлении. [3] Подобно фазированной решетке, он состоит из множества идентичных элементов с фазовращателями в линиях питания, управляемых компьютером.
- Отражательная решетка - планарная решетка антенн, часто полуволновые диполи, питаемые синфазно, перед плоским отражателем, таким как металлическая пластина или проволочный экран. Это излучает одиночный луч радиоволн, перпендикулярный (поперечной) решетке. Используется как телевизионные антенны УВЧи антенны РЛС.
- Логопериодическая дипольная матрица (LPDA) - линейная матрица, состоящая из множества управляемых диполями элементов, длина которых постепенно увеличивается. Он действует как широкополосная антенна с высоким коэффициентом усиления. Используется как телевизионные приемные антенны и для коротковолновой связи.
Паразитный массив - это массив конечного огня, который состоит из нескольких антенных элементов в линии, из которых только один, управляемый элемент , подключен к передатчику или приемнику, в то время как другие элементы, называемые паразитными элементами , не подключены . Паразитные элементы действуют как резонаторы , поглощая радиоволны от ведомого элемента и переизлучая их с другой фазой, чтобы изменить диаграмму направленности антенны, увеличивая мощность, излучаемую в желаемом направлении. Поскольку они имеют только один управляемый элемент, их часто называют «антеннами», а не «решетками».
- Антенна Яги-Уда или антенна Яги - эта антенная решетка состоит из нескольких полуволновых дипольных элементов в линию. Он состоит из одного ведомого элемента с множеством паразитных элементов-«направляющих» в направлении излучения и обычно одного паразитного элемента-«отражателя» позади него. Они широко используются в диапазонах HF , VHF и UHF в качестве телевизионных антенн, антенн коротковолновой связи и в радиолокационных решетках.
- Счетверенная антенна - состоит из нескольких рамочных антенн в линию, одна из которых является управляемой, а другие - паразитными. Функционирует аналогично антенне Яги.
См. Также [ править ]
- Полный коэффициент активного отражения
 | Викискладе есть медиафайлы по теме антенных решеток . |
Ссылки [ править ]
- ^ Пул, Ян (2016). «Что такое MIMO? Учебное пособие с несколькими входами и несколькими выходами» . Антенны и распространение . Radio-electronics.com (Adrio Communications . Проверено +23 февраля, +2017 .
- ^ a b Бевелаква, Питер (2016). "Антенны решетки" . Antenna-theory.com . Проверено 23 февраля 2017 года .
- ^ Пул, Ян (2016). «Учебное пособие по умным антеннам» . Антенны и распространение . Radio-electronics.com (Adrio Communications) . Проверено 23 февраля 2017 года .
