אנטנה היא מכשיר מיוחד שיכול להקרין כמות מסוימת של אנרגיה בכיוון מסוים לשידור פלט טוב יותר. לקבלת פלט יעיל יותר, מתווספים לו עוד כמה רכיבי אנטנה אשר ידועים כמערכי אנטנה. לאנטנה בודדת יש כיווניות טובה אך נכשלת במידה מסוימת בהעברת האותות למקלט עם הפסדים ולכן נעשה שימוש במערך אנטנות. אז בכל כך הרבה יישומים, אנחנו צריכים אנטנות עם מאפייני הכוונה גבוהים במיוחד שניתן לשפר על ידי הגדלת הגודל החשמלי של האנטנה. כדי להגדיל את מימד האנטנה מבלי להגדיל את גודל האלמנטים הבודדים זה ליצור אלמנטים של מערך אנטנה. מאמר זה דן בסקירה כללית של מערך אנטנות - סוגים ועבודתם עם יישומים.
מהו מערך אנטנה?
הגדרה של מערך אנטנות היא; קבוצת אנטנות המסודרות ליצירת אנטנה אחת ליצירת דפוסי קרינה אך לא נוצרות על ידי אנטנות בודדות. אז קבוצה של אנטנות תעבוד יחד כדי לשדר או לקלוט אותות רדיו. התכנון והתחזוקה של אנטנה זו חסכוניים מכיוון שכל אנטנה קטנה יותר. תרשים מערך האנטנות מוצג להלן.
עבור מערך האנטנות, יש לתת מרווח ופאזה נכונים בזמן ההגדרה. ברגע שאנטנות משדרות אות למרחקים ארוכים מאוד, היה עליהן להיות בעל רווח כיווני גבוה מכיוון שהאות מתעוות ומתעוות תוך כדי שידור מקצה לקצה. למרות שאנטנה בודדת משדרת עם כיווניות טובה, היא לא מצליחה להעביר אות ממשדר למקלט ללא הפסדים. אז זו הסיבה העיקרית להשתמש במערך האנטנות.
עיצוב אנטנת מערך
מערך אנטנות מתוכנן על ידי סידור מספר אנטנות כדי ליצור מערכת אחת כדי לספק רווח הכוונה גבוה. אנטנות בתוך המערך חייבות להיות מרווחות כראוי ובפאזה המתאימה, כך שהתרומה העצמאית של כל אנטנה בתוך המערך באותו כיוון תצטבר בעוד שהיא תתבטל במנוחה בכל שאר הכיוונים. סוג זה של הסדר משפר את הכיוון של המערכת. ברגע שכל האנטנות בתוך מערכת מסודרות בקו ישר זה ידוע בתור מערך אנטנות ליניארי.
מערך האנטנה עובד
מערך אנטנה הוא קבוצה של רכיבי אנטנה שונים. באופן כללי, מערך רב-אלמנטים משתמש באנטנה דיפול חצי גל. לאנטנה זו תבנית קרינה כל-כיוונית כך שהגלים נפלטים מעל זווית רחבה. כדי לשפר את יכולתן של אנטנות אלו לפלוט במיוחד בכיוון בודד, אנטנות אלו פשוט מסודרות בצורת מערך עם מרווח מתאים. מערכים אלה נרגשים בו זמנית על ידי אספקת זרם על ידי פאזה נכונה.
בדרך כלל במערך של אנטנות, הזרמים בתוך רכיבי האנטנה השונים נמצאים בשלב אם הוא משיג את הערך הגבוה ביותר בזרימה לאורך כיוון דומה בו-זמנית. לפיכך, ברגע שרכיבי האנטנה מוזנים עם הפאזה המתאימה מכל אלמנט של המערך, הגלים הכדוריים מונחים מעליהם בגלל הפרעות ומייצרים גל רדיו. כאן במערכת, ההפרעה יכולה להיות בונה (או) הרסנית ותלויה לחלוטין בגלים המוקרנים על ידי האלמנטים.
כתוצאה מכך, אם הגלים הנפלטים מיסודות האנטנה נמצאים בשלב, הם מתווספים בצורה שימושית, כך שזה מגדיל את ההספק המוקרן. בעוד שאם הגלים הנפלטים מהאלמנטים הבודדים אינם בשלב, אז הם מתווספים באופן הרסני כדי לבטל זה את זה. אז זה יכול לגרום להפחתה בהספק המוקרן.
כך, הקרנות הנפלטות מיסודות המערך נמצאות בשלב ומצטברות כדי לספק קרן כיוונית בעלת חוזק מרבי כך שהיא יכולה לעבור מרחקים ארוכים מאוד. לפיכך, לדפוס הקרינה שמספק מערך אנטנות יש אונה ראשית המציינת קרן חזקה בכיוון יחיד. כאשר מספר האלמנטים במערך גדל, האונה הראשית נהיית צרה יותר ואונות צד קטנות יותר מציינות עלייה בהגבר שמספקת האנטנה.
סוגי אנטנות של מערך
אנטנות מערך מסווגות לארבעה סוגים של מערך אנטנות רחב, קצה אש, קולינארי וטפילי כאשר כל סוג נדון להלן.
מערך אנטנות רחב
סידור מערך האנטנות הרחב מוצג להלן, כאשר אלמנטים זהים שונים מסודרים במקביל לאורך קו ציר האנטנה. בסוג זה של סידור, האלמנטים מסודרים בצורה אופקית במרחק שווה זה לזה וכל אלמנט ניזון מזרם של פאזה וגודל דומים.
בכל פעם שהאלמנטים בסידור זה מופעלים אז קרינה מקסימלית תיפלט מהצד הרחב שמשמעותו הכיוון הרגיל לציר המערך ואילו כמות מסוימת של קרינה תיפלט מהכיוונים האחרים. אז הוא מספק דפוס קרינה דו-כיווני מכיוון שהוא מקרין בשני הכיוונים לאורך הצד הרחב. לכן, בסידור זה, עיקרון כיוון הקרינה משותף לציר המערך ולמישור מיקום האלמנט. דפוס הקרינה של מערך האנטנות הרחב מוצג להלן.
דפוס הקרינה של מערך האנטנות הרחב הוא אנכי מכיוון שהיישור של האלמנט הוא אופקי.
אם ברצוננו לשנות את דפוס הקרינה מדו-כיווני לחד-כיווני אז מערך דומה צריך להתארגן במרחק של λ/4 מאחורי מערך האנטנות הזה ולרגש את מערך העתק דרך זרם בעל מוביל פאזה של 90°. בדרך כלל, מספר האלמנטים בתוך סידור זה תלוי בשטח פנוי עם הצורך של עלות ורוחב קרן ואילו אורך המערך נלקח בין 2 λ ל- 10 λ. בדרך כלל, מערכי אנטנות אלו משמשים במערכות שידור בחו'ל.
מערך אנטנות קצה אש
סידור מערך אנטנות קצה זהה לאלמנטים בסידור הצד הרחב אולם ההבדל העיקרי בין שתי התצורות הללו הוא דרך העירור. בסידור זה, האלמנטים מוזנים בדרך כלל מחוץ לפאזה עם 180°, בעוד שבסידור רחב כל אלמנט מוזן בזרם של פאזה דומה. בסידור זה, הקרינה המקסימלית מושגת לאורך ציר המערך.
לפיכך, על מנת לקבל דפוס קרינה חד-כיווני, סידור אלמנטים זהים לחלוטין זה מופעל פשוט עם זרם משרעת שווה, אולם הפאזה משתנה ברציפות לאורך הקו. לכן, ניתן לקבוע שמערך אש קצה מייצר תבנית קרינה חד-כיוונית על ידי הקרינה הגבוהה ביותר המתרחשת דרך הציר של מערך האנטנות.
בתרשים דפוס הקרינה לעיל, המרחק העיקרי בין האלמנטים בתוך סידור זה מובן בדרך כלל כ-λ/4 (או) 3λ/4. כך שמערכים אלו משמשים לרוב בתקשורת מנקודה לנקודה ומתאימים לטווחי תדרים גבוהים, בינוניים ונמוכים.
מערך קולינארי
במערך קולינארי, אלמנטים של אנטנה פשוט מסודרים בקו אחד מקצה אחד למשנהו, כלומר אחד אחרי השני. אז סידור זה יכול להיות אוריינטציה אופקית או אנכית. המערך הקולינארי עם סידור אופקי מוצג להלן.
לכל מרכיבי האנטנה, העירור מסופק על ידי זרמים באותו שלב וגודל לכל האלמנטים. בדומה למערך רחב, זה גם מספק קרינה בכיוון הרגיל לציר מערך האנטנות. לפיכך, דפוס הקרינה של המערך הקולינארי קשור במקצת למערך האנטנות הרחב.
סידור זה פשוט מציע את ההגברה הגבוהה ביותר בכל פעם שהאלמנטים מרווחים במרחק של 0.3 עד 0.5λ, אבל זה יכול לגרום לבעיות בנייה כמו גם הזנה בתוך מערך האנטנות. אז, האלמנטים מסודרים קרוב יותר זה לזה.
דפוס הקרינה של המערך הקולינארי מוצג למעלה. יש לציין כאן שעם הגדלת אורך המערך גם הכיוון גדל. בדרך כלל, נעשה שימוש במערך קולינארי של שני אלמנטים מכיוון שהוא תומך בפעולה מרובת פסים, אך לפעמים, יישומים מסוימים משתמשים בשילוב של מערכים רחבים, קצה אש ומערכים קולינאריים מכיוון שזה משפר את הכיווניות וההגבר לטווח גבוה מאוד.
מערך טפילי
מערכי ריבוי האלמנטים כמו רכיבי אנטנה טפילים מסודרים באופן טפילי המספק רווח כיווני מרבי מבלי להזין כל אלמנט מערך. סוג זה של סידור פשוט עוזר בהתמודדות עם בעיית קו ההזנה בכך שלא מספק עירור ישיר לכל אלמנט מערך אנטנה. סידור האנטנה הטפילית מוצג להלן.
היסודות שאינם מוזנים ישירות ידועים כאלמנטים טפיליים והם פשוט שואבים את כוחם מהקרינה הנפלטת על ידי האלמנט המונע שנמצא בקרבת מקום. כתוצאה מכך, אלמנטים טפיליים מופעלים על ידי צימוד אלקטרומגנטי מכיוון שהאלמנט המניע נמצא בקרבת מקום.
האלמנטים הטפילים של מערך האנטנות אינם נרגשים ישירות, אך הם מסתמכים על העירור הנמסר לעבר האלמנט המניע. אז, הזרם המושרה בתוך האלמנט הטפילי הנגרם על ידי האלמנט המונע נקבע על ידי המרחק בין שני האלמנטים הללו והתכוונן שלהם.
לפיכך, נוצרת תבנית קרינה חד-כיוונית עם מרחק הפרדה של 'λ/4' והפרש פאזה של 90° בין האלמנטים המניעים כמו גם הטפילים. לפיכך, דפוס הקרינה של מערך זה נוצר בפשטות על ידי רפלקטור המסודר אחרי האלמנט המניע, הכולל גלים מוחזרים לכיוון הגל קדימה. תדר הטווח עבור סוגים אלה של מערכי אנטנות נע בין 100 - 1000 מגה-הרץ.
מהו רווח מערך אנטנה?
ניתן להגדיר את רווח מערך האנטנות כיחס בין העוצמה בכיוון מוגדר לעוצמת הקרינה המתקבלת אם הספק דומה מוקרן עם רדיאטור איזוטרופי בודד.
מה המטרה של מערך אנטנות?
מטרת מערך אנטנות היא שידור/קליטה של גלי רדיו על ידי עבודה כאנטנה אחת.
מהו רווח טוב לאנטנה?
הטוב רווח אנטנה הוא 3 dB, 6dB וכו'.
מהו מערך באנטנה?
המערך באנטנה הוא קבוצה של אנטנות המחוברות ליצירת אנטנה אחת.
מהו גורם המערך של מערך אנטנות?
גורם מערך אנטנה הוא פונקציה של מיקומי האנטנה בתוך המערך ושל המשקולות בשימוש. אז גורם זה יכול לשנות באופן משמעותי את מאפייני הכיוון של אלמנט האנטנה המסוים. אז תופעה זו נצפית בעיקר ברגע שאנטנות מחוברות יחד.
יתרונות וחסרונות
יתרונות מערך האנטנות כלול את הבאים.
- עוצמת האות עולה מאוד.
- ניתן להשיג כיווניות גבוהה.
- גודל האונות הקטנות מצטמצם באופן דרסטי.
- השגת יחס S/N גבוה אפשרי.
- ניתן להשיג רווחים גדולים.
- כמות בזבוז החשמל מצטמצמת.
- אפשר להגיע לתוצאות טובות יותר.
- עיצוב מערך האנטנות פשוט תומך בביצועים טובים יותר של האנטנה.
החסרונות של מערך האנטנות כוללים את הדברים הבאים.
- מערכי אנטנות יקרים.
- ההפסדים ההתנגדות יגדלו.
- זה דורש תחזוקה גבוהה.
- הרכבה קשה.
- הוא תופס חלל חיצוני ענק.
יישומים
יישומי מערך אנטנות כוללים את הדברים הבאים.
- מערך אנטנה עוזר מאוד בהגדלת הרווח הכולל, הגדלת ה-SINR (Signal to Interference Plus Noise Ratio), ביטול הפרעות, מתן קליטת גיוון, הזזת המערך בכיוון מסוים, מדידת הגעה של כיוון האותות הנכנסים וכו'.
- מערך האנטנות משמש באלחוט, צבאי מכ'ם , ו תקשורת לוויינית .
- אלה מנוצלים במסגרת תצפית אסטרונומית.
- אלה ישימים בעיקר בתקשורת למרחקים ארוכים וגם בתקשורת ניידת.
- אלה משמשים בכל מקום בו נדרשת חוזק אות גבוה לשידור וקבלה למרחקים ארוכים.
לפיכך, זהו סקירה כללית של אנטנה מערכים - עבודה עם יישומים. מערך אנטנות פשוט משתמש במספר אנטנות כדי ללכוד ולשדר אותות בכיוונים שונים. אז מערך האנטנות משמש בעיקר להגדלת האיכות והטווח של האות שלנו. הנה שאלה בשבילך, מה תפקידה של אנטנה?
