Antenna Array : Disenyo, Paggawa, Mga Uri at Mga Application Nito

Ang antenna ay isang espesyal na aparato na maaaring mag-radiate ng ilang halaga ng enerhiya sa loob ng isang partikular na direksyon para sa mas mahusay na paghahatid ng output. Para sa mas mahusay na output, idinagdag dito ang ilang elemento ng antenna na kilala bilang Antenna arrays. Ang isang solong antenna ay may magandang direktiba ngunit medyo nabigo sa paghahatid ng signal sa receiver na may mga pagkalugi kaya isang antenna array ang ginamit. Kaya sa napakaraming aplikasyon, kailangan natin mga antenna na may napakataas na katangian ng direktiba na maaaring pahusayin sa pamamagitan ng pagtaas ng laki ng kuryente ng antenna. Upang mapataas ang dimensyon ng antena nang hindi tumataas ang laki ng mga indibidwal na elemento ay ang pagbuo ng mga elemento ng array ng antenna. Tinatalakay ng artikulong ito ang isang pangkalahatang-ideya ng hanay ng antena – mga uri at ang kanilang pagtatrabaho sa mga application.

Ano ang Antenna Array?

Ang kahulugan ng array ng antena ay; isang pangkat ng mga antenna na nakaayos upang bumuo ng isang antena upang makabuo ng mga pattern ng radiation ngunit hindi nabuo ng mga indibidwal na antenna. Kaya ang isang hanay ng mga antenna ay magtutulungan upang magpadala o tumanggap ng mga signal ng radyo. Ang pagdidisenyo at pagpapanatili ng antenna na ito ay cost-effective dahil ang bawat antenna ay mas maliit. Ang diagram ng array ng antenna ay ipinapakita sa ibaba.

Para sa array ng antenna, dapat ibigay ang tamang spacing at phase habang nagko-configure. Kapag ang mga antenna ay nagpapadala ng isang senyas sa isang napakalayo na distansya, kailangan nilang magkaroon ng mataas na direktiba na nakuha habang ang signal ay nababago at nababago habang nagpapadala mula sa isang dulo patungo sa isa pa. Bagama't, nagpapadala ang isang antena nang may  mahusay na directivity, nabigo itong magpadala ng signal mula sa transmitter patungo sa receiver nang walang pagkalugi. Kaya ito ang pangunahing dahilan para gamitin ang hanay ng antenna.

Disenyo ng Array Antenna

Ang array ng antenna ay idinisenyo sa pamamagitan ng pag-aayos ng ilang antenna para makagawa ng isang sistema para makapagbigay ng mataas na direktiba. Ang mga antenna sa loob ng array ay dapat na mailagay nang maayos at nasa tamang yugto upang ang independiyenteng kontribusyon ng bawat antenna sa loob ng kaayusan sa parehong direksyon ay madagdagan samantalang ito ay nakansela sa lahat ng iba pang direksyon. Ang ganitong uri ng pagsasaayos ay nagpapabuti sa direktiba ng system. Kapag ang lahat ng antenna sa loob ng isang sistema ay nakaayos sa isang tuwid na linya, ito ay kilala bilang isang linear antenna array.

Gumagana ang Array ng Antenna

Ang antenna array ay isang set ng iba't ibang elemento ng antenna. Sa pangkalahatan, ang isang multi-element array ay gumagamit ng half-wave dipole antenna. Ang antenna na ito ay may omnidirectional radiation pattern kaya ang mga alon ay ibinubuga sa itaas ng isang malawak na anggulo. Upang mapahusay ang kakayahan ng mga antenna na ito na maglabas lalo na sa isang direksyon, ang mga antenna na ito ay nakaayos lang sa array form na may wastong espasyo. Ang mga array na ito ay sabay na nasasabik sa pamamagitan ng pagbibigay ng kasalukuyang sa pamamagitan ng tamang yugto.

Sa pangkalahatan sa isang hanay ng mga antennae, ang mga agos sa loob ng iba't ibang elemento ng antenna ay nasa yugto kung nakakamit nito ang pinakamataas na halaga sa pag-agos sa magkatulad na direksyon sa parehong oras. Kaya, kapag ang mga elemento ng antenna ay pinapakain ng wastong yugto mula sa bawat elemento ng array, ang mga spherical wave ay pinapatong dahil sa interference at bumubuo ng radio wave. Dito sa system, ang interference ay maaaring maging constructive (o) mapanira at ganap na nakasalalay sa mga radiated wave ng mga elemento.

Bilang isang resulta, kung ang mga ibinubuga na alon mula sa mga elemento ng antena ay nasa yugto, ang mga ito ay idinagdag nang kapaki-pakinabang, upang mapataas nito ang radiated na kapangyarihan. Sapagkat, kung ang mga alon na ibinubuga mula sa mga indibidwal na elemento ay wala sa yugto, kung gayon ang mga ito ay idinagdag nang mapanirang upang kanselahin ang bawat isa. Kaya maaari itong maging sanhi ng pagbawas sa radiated power.

Tulad nito, ang mga ibinubuga na radiation mula sa mga elemento ng array ay nasa yugto at nagdaragdag upang magbigay ng isang direksyon na sinag na may pinakamataas na lakas upang ito ay makapaglakbay ng napakalayo. Kaya, ang radiation pattern na ibinigay ng isang antenna array ay may pangunahing lobe na tumutukoy sa isang malakas na sinag sa isang direksyon. Kapag ang bilang ng mga elemento sa array ay nadagdagan, ang pangunahing lobe ay nagiging mas makitid at ang mas maliliit na gilid na lobe ay tumutukoy ng pagtaas sa nakuha na ibinigay ng antenna.

Mga Uri ng Array Antenna

Ang mga array antenna ay inuri sa apat na uri ng broadside, end-fire, collinear at parasitic antenna array kung saan ang bawat uri ay tinatalakay sa ibaba.

Broadside Antenna Array

Ang broadside antenna array arrangement ay ipinapakita sa ibaba kung saan ang iba't ibang magkakahawig na elemento ay parallel na nakaayos sa kahabaan ng antenna ax line. Sa ganitong uri ng pag-aayos, ang mga elemento ay nakaayos nang pahalang na nakaayos sa isang katumbas na distansya sa isa't isa at ang bawat elemento ay pinapakain ng isang kasalukuyang ng magkatulad na yugto at magnitude.

Sa tuwing ang mga elemento sa kaayusan na ito ay pinalakas, ang pinakamataas na radiation ay ilalabas mula sa broadside na nangangahulugang ang normal na direksyon sa array axis samantalang ang ilang halaga ng radiation ay ilalabas mula sa iba pang mga direksyon. Kaya't nagbibigay ito ng bidirectional radiation pattern dahil ito ay nagliliwanag sa loob ng parehong direksyon sa kahabaan ng broadside. Samakatuwid, sa pag-aayos na ito, ang direksyon ng prinsipyo ng radiation ay karaniwan sa array axis at ang eroplano ng posisyon ng elemento. Ang radiation pattern ng broadside antenna array ay ipinapakita sa ibaba.

Ang radiation pattern ng broadside antenna array ay patayo dahil pahalang ang pagkakahanay ng elemento.

Kung gusto nating baguhin ang pattern ng radiation mula sa bidirectional patungo sa unidirectional, ang isang katulad na array ay kailangang ayusin sa λ/4 na distansya sa likod ng antenna array na ito at kapana-panabik ang replica array sa pamamagitan ng kasalukuyang pagkakaroon ng 90° phase lead. Karaniwan, ang bilang ng mga elemento sa loob ng pagsasaayos na ito ay nakasalalay sa magagamit na espasyo na nangangailangan ng gastos at lapad ng beam samantalang ang haba ng array ay kinukuha sa pagitan ng 2 λ hanggang 10 λ. Sa pangkalahatan, ang mga antenna array na ito ay ginagamit sa mga sistema ng pagsasahimpapawid sa ibang bansa.

End-Fire Antenna Array

Ang isang end-fire antenna array arrangement ay kapareho ng mga elemento sa broadside arrangement gayunpaman ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng dalawang configuration na ito ay ang paraan ng excitation. Sa kaayusan na ito, ang mga elemento ay karaniwang pinapakain sa labas ng phase na may 180°, samantalang sa broadside arrangement ang bawat elemento ay pinapakain ng kasalukuyang ng isang katulad na phase. Sa ganitong pag-aayos, ang pinakamataas na radiation ay natatamo kasama ang array axis.

Kaya, upang makakuha ng unidirectional radiation pattern, ang kumpletong pagkakaayos ng magkakahawig na mga elemento ay pinalakas lamang ng katumbas na amplitude na kasalukuyang, gayunpaman, ang phase ay patuloy na nagbabago sa linya. Kaya, maaari itong sabihin na ang isang end-fire array ay bumubuo ng isang unidirectional radiation pattern sa pamamagitan ng pinakamataas na radiation na nagaganap sa pamamagitan ng axis ng antenna array.

Sa diagram ng pattern ng radiation sa itaas, ang pangunahing distansya sa pagitan ng mga elemento sa loob ng kaayusan na ito ay karaniwang nauunawaan bilang λ/4 (o) 3λ/4. Kaya ang mga array na ito ay pinakamadalas na ginagamit sa point-to-point na komunikasyon at naaangkop para sa mataas, katamtaman, at mababang frequency na mga saklaw.

Collinear Array

Sa isang collinear array, ang mga elemento ng antenna ay simpleng nakaayos sa isang linya mula sa isang dulo hanggang sa isa na nangangahulugang isa-isa. Kaya ang pag-aayos na ito ay maaaring pahalang o patayong oryentasyon. Ang collinear array na may pahalang na pagkakaayos ay ipinapakita sa ibaba.

Sa lahat ng elemento ng antenna, ang paggulo ay ibinibigay ng mga alon ng parehong yugto at magnitude sa lahat ng mga elemento. Katulad ng isang broadside array, nagbibigay din ito ng radiation sa normal na direksyon sa axis ng antenna array. Kaya, ang radiation pattern ng collinear array ay medyo nauugnay sa broadside antenna array.

Ang pag-aayos na ito ay nag-aalok lamang ng pinakamataas na pakinabang sa tuwing ang mga elemento ay may pagitan sa 0.3 hanggang 0.5λ na distansya ngunit maaari itong magdulot ng mga isyu sa constructional pati na rin sa pagpapakain sa loob ng hanay ng antenna. Kaya, ang mga elemento ay nakaayos nang mas malapit sa isa't isa.

Ang collinear array radiation pattern ay ipinapakita sa itaas. Dapat pansinin dito na sa pagtaas ng haba ng array ay tumataas din ang direktiba. Sa pangkalahatan, ang dalawang elementong collinear array ay karaniwang ginagamit dahil sinusuportahan nito ang multi-band operation ngunit minsan, ang ilang application ay gumagamit ng kumbinasyon ng broadside, end-fire at collinear arrays dahil pinahuhusay nito ang directivity at gain sa napakataas na range.

Parasitic Array

Ang mga array ng multi-element tulad ng mga elemento ng parasitic antenna ay nakaayos nang parasitiko na nagbibigay ng maximum na nakuhang direksyon nang hindi pinapakain ang bawat elemento ng array. Ang ganitong uri ng pag-aayos ay nakakatulong lamang sa pagharap sa problema sa linya ng feed sa pamamagitan ng hindi pagbibigay ng direktang paggulo sa bawat elemento ng array ng antenna. Ang pagsasaayos ng parasitic antenna ay ipinapakita sa ibaba.

Ang mga elementong hindi direktang pinapakain ay kilala bilang mga elementong parasitiko at kinukuha lang nila ang kanilang kapangyarihan mula sa ibinubugang radiation ng hinimok na elemento na nasa malapit. Bilang resulta, ang mga elemento ng parasitiko ay isinaaktibo sa pamamagitan ng electromagnetic coupling dahil malapit ang elemento ng pagmamaneho.

Ang mga elemento ng parasitiko ng antenna array ay hindi direktang nasasabik ngunit umaasa sila sa excitement na inihatid patungo sa elemento ng pagmamaneho. Kaya, ang sapilitan na kasalukuyang sa loob ng elementong parasitiko na dulot ng hinimok na elemento ay tinutukoy ng distansya sa pagitan ng dalawang elementong ito at ang kanilang pag-tune.

Kaya, ang isang unidirectional radiation pattern ay ginawa na may isang 'λ/4' na distansya ng paghihiwalay at 90° phase na pagkakaiba sa pagitan ng pagmamaneho at pati na rin ng mga parasitic na elemento. Kaya, ang pattern ng radiation ng array na ito ay nilikha lamang ng isang reflector na nakaayos pagkatapos ng elemento ng pagmamaneho, na kinabibilangan ng mga back-reflected waves patungo sa forward wave. Ang range frequency para sa mga ganitong uri ng antenna arrays ay mula 100 – 1000 MHz.

Ano ang Antenna Array Gain?

Ang nakuha ng antenna array ay maaaring tukuyin bilang ang ratio ng intensity sa loob ng isang tinukoy na direksyon sa intensity ng nakuhang radiation kung ang isang katulad na kapangyarihan ay radiated sa isang solong isotropic radiator.

Ano ang layunin ng isang antenna array?

Ang layunin ng hanay ng antenna ay magpadala/makatanggap ng mga radio wave sa pamamagitan ng pagtatrabaho bilang isang antena.

Ano ang magandang antenna gain?

Ang mabuti nakuha ng antenna ay 3 dB, 6dB, atbp.

Ano ang array sa isang antenna?

Ang array sa isang antenna ay isang pangkat ng mga antenna na konektado upang bumuo ng isang solong antenna.

Ano ang array factor ng isang antenna array?

Ang antenna array factor ay isang function ng mga posisyon ng antenna sa loob ng array at ang mga timbang na ginamit. Kaya ang kadahilanan na ito ay maaaring makabuluhang baguhin ang mga katangian ng directivity ng partikular na elemento ng antenna. Kaya ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay pangunahing sinusunod kapag ang mga antenna ay konektado nang magkasama.

Mga Kalamangan at Kahinaan

Mga kalamangan ng hanay ng antena isama ang mga sumusunod.

• Ang lakas ng signal ay tumataas nang napakalakas.
• Maaaring makamit ang mataas na direktiba.
• Ang laki ng menor de edad na lobe ay nabawasan nang husto.
• Posible ang pagkuha ng mataas na ratio ng S/N.
• Malaking pakinabang ang maaaring makuha.
• Ang halaga ng pag-aaksaya ng kuryente ay nabawasan.
• Posible ang pagkamit ng mas mahusay na mga resulta.
• Ang disenyo ng hanay ng antenna ay sumusuporta lamang sa mas mahusay na pagganap ng antenna.

Kabilang sa mga disadvantage ng array ng antena ang mga sumusunod.

• Ang mga antenna array ay mahal.
• Ang resistive na pagkalugi ay tataas.
• Nangangailangan ito ng mataas na pagpapanatili.
• Mahirap ang pag-mount.
• Sinasakop nito ang isang malaking panlabas na espasyo.

Mga aplikasyon

Kasama sa mga application ng antenna array ang mga sumusunod.

• Malaking tulong ang isang antenna array sa pagtaas ng kabuuang pakinabang, pagtaas ng SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), pagkansela ng interference, pagbibigay ng diversity reception, paglipat ng array sa loob ng isang partikular na direksyon, pagsukat sa pagdating ng mga papasok na direksyon ng signal, atbp.
• Ang antenna array ay ginagamit sa wireless, militar radar , at mga komunikasyon sa satellite .
• Ang mga ito ay ginagamit sa loob ng pagmamasid ng astronomical.
• Ang mga ito ay kadalasang naaangkop sa mga pangmalayuang komunikasyon at gayundin sa mga mobile na komunikasyon.
• Ginagamit ang mga ito kung saan kinakailangan ang mataas na lakas ng signal para sa long-distance transmission at reception.

Kaya, ito ay isang pangkalahatang-ideya ng antenna arrays - gumagana sa mga application. Gumagamit lang ang isang antenna array ng ilang antenna para kumuha at magpadala ng mga signal sa iba't ibang direksyon. Kaya ang antenna array ay pangunahing ginagamit upang mapataas ang kalidad at saklaw ng aming signal. Narito ang isang tanong para sa iyo, ano ang function ng isang antena?