アレイアンテナと配置に関するディスカッション

2022-04-10 455

要約：

実生活では、私たちが使用する端末には、一般的に単一アンテナまたは MIMO アンテナが搭載されており、単一アンテナの放射方向図ではゲインが高く、3dB ビームが比較的広いです。多くの長距離通信の要求では、空間減衰を補うために、指向性の強いアンテナ (例: 基地局アンテナ) が必要です。

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指向性アンテナ

雪閣アンテナのコラムでは、全方向性発振器アンテナ（電磁波発生から対称発振器までのアンテナ）が最初に導入されました。このタイプのアンテナの利点は、広範囲をカバーできることですが、利得は高くなく、通信範囲も限られています。また、実際の使用においては、全方向性アンテナはより大きなクリアランスエリアを必要とします。

暗くて見えない環境下では、懐中電灯のパワーは3 W 非常に明るいため、明るい領域が非常に狭いにもかかわらず、暗闇の中でビームを照射します。一般的な電球の消費電力は60Wで、360°の明るい領域は非常に広いですが、明るさは比較的弱いです。電球の消費電力は懐中電灯の20倍ですが、視線上にある不定の物体を照らすには、明るい領域が見えないにもかかわらず、懐中電灯は電球にしか使えません。懐中電灯と電球にはそれぞれ長所と短所があります。懐中電灯は指向性アンテナに似ており、電球は無指向性アンテナに似ています。

比較すると、より集中した放射を持つ指向性アンテナはエネルギー無指向性アンテナよりも利得が高く、長距離のポイントツーポイント通信に適しています。指向性図の八木アンテナは、受動反射器を1つ追加し、8つの受動導波器を並列に配置することで構成されます。これはHF帯で広く使用されています。, VHF および UHF 波のブランド。

下の図に示すように、励起半波発振器の H 面の方向図は円であり、放射エネルギーが水平面内で 360° をカバーでき、無指向性であることを意味します。ただし、XNUMX つまたは複数の追加のパッシブオシレーターを並べて配置した後、, H面の方向図は方向性があります。

一般に取締役の数が多いほど方向性は強くなりますが、取締役の数が多いほど方向性は強くなります。しかし、これは線形関係ではなく、エンドのさまざまなダイレクタにかかる誘導電流が徐々に弱まるためです。

従来の指向性アンテナには、八木アンテナのほか、パラボラアンテナ、ヴィヴァルディアンテナ、床付きマイクロストリップパッチアンテナなどがある（HFSSとCSTのシミュレーションによるパッチアンテナの比較とパッチアンテナの特性モジュール解析および応用).

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なぜアレイアンテナが使用されるのですか?

The 多数の同一の単一アンテナ（例えば対称アンテナ）を一定の法則に従って配置・構成したアンテナシステムは、アンテナアレイとも呼ばれます。一般にアンテナアレイと呼ばれる独立したユニットは、アレイ素子またはアンテナユニットと呼ばれます。これは、直線アレイまたは平面アレイです。
方向性と 開口効率 記事の中で言及されている平面口径アンテナの議論通信、レーダー、航法、マイクロ波着陸、妨害および対妨害などのシステムのますます厳しい要求を満たすために、アンテナユニットをアレイ化してアンテナ粒子を改善する必要があります。全員が燃料を追加すると、炎は高く上がります。」.
次に、アンテナアレイ化後にゲインが向上する理由を見てみましょう（均一な線形アレイを例に挙げます）。

上図に示すように、アンテナのサイズと形状、ユニット間の結合係数を無視すると、各アンテナは点音源とみなされます。遠方領域では、各アンテナユニットから指定された点への光線が近似的に平行であることが分かるため、n個のアンテナユニット間の波路差は^th ユニットと1^st 単位は:

図の最初のアンテナユニットの励起電流は、隣接する2つのユニットの励起位相差であり、nの遠方域放射場は、^th 単位（任意の形式）は以下のように記述できます。

合計フィールドは以下のように記録できます。

配列係数が次のようになっているとします。

次のように簡略化できます。

Put フォワード共通因子を正規化すると、正規化された因子が得られます。

総放射電力が同じ場合、主ローブの最大方向の電力密度と空間全体の平均電力密度の比は次のように定義されます。 指向性係数アンテナ損失を無視すれば、指向性係数はアンテナの実際の利得とみなすことができます。同様に、均一な直線アレイのみを考慮した場合、式は以下のようになります。

サイドショット配列に関して、ユニット数 N が比較的大きい場合、次の式が成り立ちます。

I積分演算を行う場合、積分の上限と下限を代入することで、さらに演算を行うことができます。

したがって、均一な振幅と同じ位相を持つ均一な線形アレイの場合、最大ゲインは次のように表すことができます。

ここで重要なのはアレイ長です。これは、ユニット間隔が固定されている場合、ユニット数と利得は理論的に直線関係を示すことを示しています。一方、式はアレイサイズが固定されている場合、アンテナユニットを闇雲に増やしてもアレイ利得の向上に必ずしも役立たないことを示しています。そこで、スパースアレイが導き出されます。スパースアレイはアンテナユニット数をある程度削減することでエンジニアリングコストを削減できるだけでなく、アレイ素子の配置の自由度も高まります。これにより、より優れたアンテナ性能が得られる可能性があります。

下の図がパッチアンテナの線形アレイであると仮定すると、固定された合計アレイ長は次のようになります。 ユニット数 * ユニット間隔 = 100 mm。から CST モデリングでの移動操作は、全変数モデリングをサポートし、y 軸方向の次元をサポートします。アンテナユニットは次のように固定できます 12.5 mm、X軸の方向は次のように設定されています。 100 mm/ユニット。ユニット数を参照用の変数として設定すると、総配列長を固定して均一に配列した場合の、異なるユニット数に対応する実際のゲイン変化がシミュレートされます。

以下の図は、ユニット数の違いを示しています。 1 号機のポート反射係数。 17GHz S11 基本的には -15dB程度でポートマッチングは良好です。

の寸法の下で 12.5 mm×100 mm、対応する 17GHz の最大利得は次のようになります。開口効率 100％です。

以下に方向性を示します。全ユニット同相励磁時の17GHzをユニット数を変えて比較。

上記の結果によると、ユニット数が少なすぎると方向性が低下し、最初の花弁のペアの数は比較的多くなります。ユニット数（8と10）は基本的に一貫した方向性を持ちます。前者はユニット間隔が大きく、ユニット間の分離がより有利です。

In 一般的に、アレイサイズを基準にアンテナユニットを盲目的に増やしても、必ずしもアンテナ利得が向上するとは限りません。むしろ、アンテナユニット間のアイソレーションが悪化し、アンテナ利得がさらに低下する可能性があります。ユニット間隔とユニット数は、ビーム走査角度範囲、ユニットアイソレーション、および具体的な要件（例えば、実際のコスト予算）に応じて決定する必要があります。

以上が皆様に共有していただきたい内容です。あなたのお役に立てれば幸いです~~

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