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Discussione su antenne a schiera e disposizione
2022-04-10
454
Abstract:
Nella vita reale, il terminale che utilizziamo è generalmente dotato di un'antenna singola o di un'antenna MIMO, che hanno guadagni elevati e un fascio relativamente ampio di 3 dB nel diagramma della direzione della radiazione dell'antenna singola. In molte esigenze di comunicazione a lunga distanza, è necessaria una potente antenna direzionale (ad esempio l'antenna della stazione base) per compensare l'attenuazione spaziale.
Antenna direzionale
Nella colonna Antenna Xuege, antenna oscillatrice omnidirezionale (antenna dalla generazione di onde elettromagnetiche all'oscillatore simmetrico) viene introdotto per primo. Il vantaggio di questo tipo di antenna è la copertura completa, ma i guadagni non sono elevati e la portata di comunicazione è limitata. Inoltre, durante l'uso effettivo, l'antenna omnidirezionale richiede un'area di passaggio maggiore.
Supponiamo che in un ambiente buio e invisibile, una torcia abbia una potenza pari a 3 W ed è molto luminosa nonostante il dominio luminoso molto piccolo, un fascio luminoso nell'oscurità. La potenza di una lampadina comune è di 60 W e il dominio luminoso a 360° è molto ampio, ma la luminosità è relativamente debole. Sebbene la potenza di una lampadina sia 20 volte superiore a quella di una torcia elettrica, per illuminare un oggetto indefinito nel campo visivo, la torcia elettrica è inevitabilmente applicabile alla lampadina, nonostante il dominio luminoso invisibile. Entrambe presentano i rispettivi vantaggi e svantaggi. La torcia elettrica è simile a un'antenna direzionale e la lampadina è simile a un'antenna omnidirezionale.
Comparativamente parlando, l'antenna direzionale, che ha una radiazione più centralizzata energia e con guadagni più elevati rispetto all'antenna omnidirezionale, è più adatta per comunicazioni punto-punto a lunga distanza. L'antenna direzionale end-fire nel diagramma direzionale - antenna yagi sarà costituita dopo aver aumentato un riflettore passivo e disposto parallelamente otto direttori passivi, che potrebbero essere ampiamente utilizzati nelle onde radio., Marche di onde VHF e UHF.
Come mostrato nella figura seguente, il diagramma direzionale della faccia H dell'oscillatore a semionda eccitato è un cerchio, il che significa che l'energia della radiazione può realizzare una copertura a 360° sul piano orizzontale ed è non direzionale. Ma dopo aver affiancato uno o più oscillatori passivi aggiuntivi, il diagramma direzionale nella faccia H sarà direzionale.
In generale, maggiore è il numero degli amministratori, maggiore sarà la direzionalità; ma non si tratta di una relazione lineare, poiché la corrente indotta sui vari direttori finali viene gradualmente indebolita.
Oltre all'antenna yagi, l'antenna direzionale convenzionale include anche l'antenna parabolica, l'antenna Vivaldi e l'antenna microstrip patch con pavimento (Confronto tra simulazioni HFSS e CST dell'antenna patch e analisi del modulo caratteristico e applicazione dell'antenna patch).
Perché viene utilizzata l'antenna array?
The Un sistema di antenne organizzato e costituito da molte antenne singole identiche (ad esempio, un'antenna simmetrica) secondo una legge definita è anche chiamato array di antenne. Le unità indipendenti comunemente note come array di antenne sono chiamate elementi di array o unità di antenna. Si tratterà di un array lineare o planare.
Direzionalità e efficienza di apertura sono menzionati nell'articolo Discussione sull'antenna di calibro planarePer soddisfare le richieste sempre più rigorose dei sistemi quali comunicazione, radar, navigazione, atterraggio a microonde, disturbo e anti-dfforisturbance, è necessario schierare unità di antenna per migliorare i grani dell'antenna, per quando "tutti aggiungono benzina, le fiamme si alzano alte”.
Ora, cerchiamo di capire perché i guadagni potrebbero essere migliorati dopo l'installazione di antenne (prendendo ad esempio un array lineare uniforme):
Come mostrato nella figura sopra, ogni antenna è considerata una sorgente puntiforme dopo aver trascurato le dimensioni e la forma dell'antenna e il fattore di accoppiamento tra le unità. Considerando la zona lontana, si può osservare approssimativamente che i raggi provenienti da varie unità di antenna verso il punto designato sono paralleli, la differenza del percorso d'onda tra le unità nth unità e 1st l'unità è:
La corrente di eccitazione della prima unità antenna nella figura è la differenza di fase di eccitazione delle due unità adiacenti e il campo di radiazione della zona lontana dell'nth unit (forma arbitraria) può essere scritta come segue:
Il campo totale può essere registrato di seguito:
Supponiamo che il fattore dell'array sia:
Può essere semplificato in:
Put inoltrare e normalizziamo il fattore comune, e si otterrà il fattore normalizzato:
Quando la potenza radiante totale è la stessa, il rapporto tra la densità di potenza nella direzione massima del lobo principale e la densità di potenza media dell'intero spazio è definito come fattore di direttivitàTrascurando le perdite d'antenna, il fattore di direttività può essere considerato come il guadagno effettivo dell'antenna. Analogamente, la formula sarà la seguente se si considera solo un array lineare uniforme.
Per quanto riguarda la schiera di colpi laterali, verrà stabilita la seguente equazione quando il numero di unità N è relativamente grande:
IIn caso di attivazione dell'operazione integrale, l'ulteriore operazione può essere realizzata sostituendo i limiti superiore e inferiore dell'integrale.
Pertanto, per un array lineare uniforme con ampiezza uniforme e la stessa fase, i guadagni maggiori possono essere espressi di seguito:
In questo caso, si tratta della lunghezza dell'array. Questo mostra che, quando la spaziatura delle unità è fissa, il numero di unità e i guadagni mostrano una relazione lineare teorica. Allo stesso tempo, la formula indica che, quando la dimensione dell'array è fissa, non è necessariamente utile per migliorare i guadagni dell'array quando si aumentano ciecamente le unità di antenna. Da qui si ricava l'array sparso. L'array sparso può ridurre le unità di antenna fino a un certo punto, riducendo i costi di progettazione e, inoltre, offre maggiore libertà nella disposizione degli elementi dell'array. Questo, inoltre, potrebbe garantire prestazioni dell'antenna più eccellenti.
Supponiamo che la figura sottostante rappresenti un array lineare di un'antenna patch, la lunghezza totale fissa dell'array è: numero di unità * distanza tra le unità = 100 mm. Da Translate che opera nella modellazione CST supporta la modellazione a tutte le variabili, dimensione della direzione dell'asse y l'unità antenna può essere fissata come 12.5 mm e la direzione sull'asse x è impostata come 100 mm/unità. Impostare il numero di unità come variabile di riferimento e le corrispondenti variazioni di guadagno effettive di diversi numeri di unità verranno simulate in caso di disposizione uniforme con una lunghezza totale fissa.
La figura seguente mostra le circostanze di diversi numeri di unità: Coefficiente di riflessione della porta dell'Unità 1. 17GHzS11 è fondamentalmente a -15 dB circa e l'adattamento delle porte è eccellente.
Sotto le dimensioni di 12.5 mm×100 mm, i guadagni massimi corrispondenti di 17GHz saranno i seguenti quando efficienza di apertura è 100%.
Di seguito viene mostrata la direzionalità di 17GHz con l'eccitazione della stessa fase di tutte le unità confrontando un numero diverso di unità.
In base al risultato di cui sopra, se il numero di unità è troppo scarso, la direzionalità verrà abbassata e il prima di tutto la coppia di petali sarà relativamente alta. I numeri di unità (8 e 10) hanno una direzionalità sostanzialmente coerente. Il primo ha una grande spaziatura tra le unità e l'isolamento tra le unità è più vantaggioso.
In In generale, sulla base della determinazione delle dimensioni dell'array, l'aumento cieco delle unità d'antenna non sempre migliora il guadagno dell'antenna; al contrario, può comportare un deterioramento dell'isolamento tra le unità d'antenna, che, a sua volta, riduce il guadagno dell'antenna. La spaziatura e il numero di unità devono essere determinati in base all'intervallo dell'angolo di scansione del fascio, all'isolamento delle unità e ai requisiti specifici (ad esempio, al budget di spesa effettivo).
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