Антенная решетка

Распространенный тип антенной решетки, отражательная решетка UHF телевизионная антенна. Этот пример состоит из восьми дипольных ведомых элементов, установленных перед отражателем из проволочного экрана. Х-образные диполи обеспечивают широкую полосу пропускания, чтобы покрыть ТВ-диапазоны УКВ (174–216 МГц) и УВЧ (470–700 МГц). Он имеет усиление 5 дБ в диапазоне УКВ и 12 дБ в диапазоне УВЧ, а также соотношение между передней и задней частью 18 дБ. Большая планарная антенная решетка для УКВ российского мобильного радара ПВО , Небо-М. Он состоит из 175 свернутых дипольных антенн. Антенна раннего этапа фазированной решетки излучала вертикальный веерообразный луч, который можно было охватить горизонтально в воздушном пространстве перед антенной.

антенная решетка (или>антенная решетка ) представляет собой набор из нескольких соединенных антенн, которые работают вместе как одна антенна для передачи или приема радиоволн. Отдельные антенны (называемые элементами) обычно подключаются к одному приемнику или передатчику с помощью фидерных линий, которые подают питание на элементы в определенной фазе . отношения. Радиоволны, излучаемые каждой отдельной антенной, объединяются и накладываются на, суммируя (конструктивно создавая помехи ), чтобы увеличить мощность, излучаемую в желаемых направлениях, и подавляя (разрушающие помехи ) для уменьшения мощности, излучаемой 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 достигать более высокого усиления (направленность ), то есть более узкого луча радиоволн, чем может быть достигнуто с помощью одного элемента. Как правило, чем больше количество отдельных антенных элементов, тем выше коэффициент усиления и тем уже луч. Некоторые антенные решетки (например, военные радары с фазированной антенной решеткой ) состоят из тысяч отдельных антенн. Массивы могут использоваться для достижения более высокого усиления, чтобы обеспечить разнесение маршрута (также называемое MIMO ), что увеличивает надежность связи, для отмены помех из определенных направлений, для электронного управления лучом радиосигнала в разных направлениях и для радиопеленгации (RDF).

Термин антенная решетка чаще всего означает управляемую решетку, состоящую из нескольких идентичные управляемые элементы, все подключенные к приемнику или передатчику. Паразитный массив состоит из одного ведомого элемента, подключенного к фидерной линии, и других элементов, которые таковыми не являются, называемых паразитными элементами. Обычно это другое название антенны Яги-Уда..

A фазированная антенная решетка обычно означает решетку с электронным сканированием; управляемая антенная решетка, в которой каждый отдельный элемент соединен с передатчиком или приемником через фазовращатель , управляемый компьютером. Луч радиоволн можно направить с помощью электроники, чтобы мгновенно направить его в любом направлении под большим углом, не перемещая антенны. Однако термин «фазированная антенная решетка» иногда используется для обозначения обычной антенной решетки.

• 1 Как работают массивы
• 2 Галерея
• 3 Типы
• 4 См. Также
• 5 Ссылки

Маленькие антенны размером около одной длины волны, такие как четвертьволновые монополи и полуволновые диполи, не имеют большого количества направленность (усиление ); это всенаправленные антенны, которые излучают радиоволны под широким углом. Для создания направленной антенны (антенны с высоким коэффициентом усиления ), которая излучает радиоволны узким лучом, можно использовать два общих метода. Один из методов - использовать отражение большими металлическими поверхностями, такими как параболические отражатели или рожки, или преломление диэлектрическими линзами, чтобы изменить направление радиоволн, чтобы сфокусировать радиоволны от одной антенны с низким коэффициентом усиления в луч. Этот тип называется апертурной антенной. параболическая тарелка является примером антенны этого типа.

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 друг на друга) перед решеткой для создания плоские волны, луч радиоволн, распространяющийся в определенном направлении. В направлениях, в которых волны от отдельных антенн приходят в фазе, волны складываются (конструктивная интерференция ) для увеличения излучаемой мощности. В направлениях, в которых приходят отдельные волны не в фазе, причем пик одной волны совпадает с впадиной другой, волны компенсируются (деструктивная интерференция ), уменьшая мощность, излучаемую в этой направление. 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, не совпадают по фазе и при объединении в приемники отменяют друг друга.

Диаграмма направленности такой антенны состоит из сильного луча в одном направлении, главного лепестка, а также серии более слабых лучей под разными углами, называемых боковые лепестки, обычно представляющие 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.

Самыми большими антенными решетками являются радиоинтерферометры, используемые в области радиоастрономии, в которых несколько радиотелескопов, состоящих из больших параболические антенны объединены 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 методе интерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ) антенны на разных континентах были связаны друг с другом, создав "антенные решетки" размером в тысячи миль.

• 

  УКВ коллинеарная решетка из сложенных диполей

• 

  Секторные антенны (белые полосы) на вышке сотового телефона. Коллинеарные дипольные решетки, излучающие плоский веерообразный луч.

• 

  108 МГц отражательная антенная решетка радара Ан-270, используемого во время Второй мировой войны, состоит из 32 полуволновых дипольных антенн перед отражающим экраном.

• 

  ВВС США PAVE PAWS фазированная антенная решетка 420–450 МГц антенна радара для обнаружения баллистических ракет, Аляска. Каждая из двух круглых решеток состоит из 2677 скрещенных дипольных антенн.

• 

  Некоторые из элементов скрещенных диполей в фазированной антенной решетке PAVE PAWS, слева

• 

  Batwing УКВ антенна телевизионного вещания

• 

  Скрещенная дипольная антенна FM-радиовещания

• 

  Занавесная решетка коротковолновая передача антенна, Австрия. Проволочные диполи подвешены между опорами

• 

  Антенна турникета Решетка, используемая для спутниковой связи

• 

  Плоская микрополосковая решетка антенна для приема спутникового ТВ.

• 

  Very Large Array, радиотелескоп, сделанный из Y-образной решетки из 27 тарелочных антенн в Сокорро, Нью-Мексико

• 

  HAARP, a фазированная антенная решетка из 180 скрещенных диполей на Аляске, которые могут передавать в ионосферу радиоволны 3–10 МГц мощностью 3,6 МВт для исследовательских целей

• 

  Решетка из четырех спиральных антенн, используемых в качестве спутника антенна слежения, Pleumeur-Bodou, Франция

Большинство антенных решеток можно разделить на два класса в зависимости от того, как ось компонентных антенн связана с направлением излучения.

• Широкая решетка - это одномерная или двумерная решетка, в которой направление излучения (главный лепесток ) радиоволн перпендикулярно плоскости антенн. Чтобы излучать перпендикулярно, антенны должны питаться синхронно.
• Решетка торцевого излучения - это линейная решетка, в которой направление излучения совпадает с линией 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 - под другим углом к ​​оси антенны.

.

Управляемая решетка - это массив, в котором все отдельные компонентные антенны «управляются» - подключены к передатчику или приемнику. Отдельные антенны, которые обычно идентичны, часто состоят из одиночных ведомых элементов, таких как полуволновые диполи, но также могут быть составными антеннами, такими как антенны Яги или антенны турникета.

• Коллинеарная решетка - бортовая решетка, состоящая из нескольких одинаковых дипольных антенн, расположенных вертикально в линию. Это всенаправленная антенна с высоким коэффициентом усиления, часто используемая в диапазоне VHF в качестве радиовещательных антенн для телевизионных станций и антенн базовых станций для наземной подвижной двунаправленной антенны. путевые радиостанции.
  • Superturnstile или решетка Batwing - специализированная вертикальная антенна, используемая для телевизионного вещания, состоящая из множества антенн с перекрещенными диполями, установленных коллинеарно на мачте. Всенаправленная диаграмма направленности с высоким коэффициентом усиления и широкой полосой пропускания.
• Планарная антенная решетка - плоская двумерная решетка антенн. Поскольку массив всенаправленных антенн излучает два луча, разнесенных на 180 ° в поперечном направлении с обеих сторон антенны, он 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 полуволновых диполей, питаемых синфазно, перед плоским отражателем, таким как металлическая пластина или проволочный экран. Это излучает одиночный луч радиоволн, перпендикулярный (поперечной) решетке. Используется в качестве телевизионных антенн UHF и антенн радара.
    • Завесная решетка - проводная коротковолновая передающая антенна для наружного освещения, состоящая из плоской решетки проволочных диполей, подвешенных перед вертикальным отражателем, выполненным 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 антенная решетка.
    • Микрополосковая антенна - матрица из патч-антенн, изготовленных на печатной плате с медной фольгой на обратной стороне, выполняющей функцию отражателя. Подача элементов осуществляется по полосковым линиям из медной фольги. Используется в качестве антенн УВЧ и спутникового телевидения.
  • Фазированная решетка или решетка с электронным сканированием - планарная решетка, в которой луч может управляться электронно так, чтобы он указывал в любом направлении под широким углом перед решеткой без физического перемещения антенна. 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 гражданское применение.
    • 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 антенная 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 изогнутой поверхности.. Отдельные элементы приводятся в действие фазовращателями, которые компенсируют изменяющиеся длины 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 прибытия радиоволны и электронным образом адаптивно оптимизирует диаграмму направленности для ее приема, синтезируя главный лепесток в этом направлении. Подобно фазированной решетке, она состоит из множества идентичных элементов с фазовращателями в фидерных линиях, управляемых компьютером.
• Логопериодическая дипольная матрица (LPDA) - конечная матрица, состоящая из множества диполей. ведомые элементы в линию, с постепенно увеличивающейся длиной. Он действует как широкополосная антенна с высоким коэффициентом усиления. Используется в качестве телевизионных приемных антенн и для коротковолновой связи.

Крышная телевизионная антенна, паразитная антенная решетка, состоящая из комбинации Yagi и логопериодических антенна

Паразитная решетка - это массив конечного огня, который состоит из нескольких антенных элементов в линии, из которых только один, управляемый элемент , подключен к передатчику или приемнику, а другие элементы, называемые паразитные элементы, нет. Паразитные элементы функционируют как резонаторы, поглощающие радиоволны от управляемого элемента и переизлучающие 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.
• Четырехканальная антенна - состоит из нескольких рамочные антенны в линию, одна из которых активная, а другие паразитные. Функционирует аналогично антенне Yagi.

• Общий коэффициент активного отражения

На сайте Wikimedia Commons есть материалы, относящиеся к решетчатым антеннам.