Reflexní anténa - Reflective array antenna
v telekomunikace a radar, a reflexní anténa je třída směrnice antény ve kterém více poháněné prvky jsou namontovány před rovným povrchem navrženým tak, aby odrážel rádiové vlny v požadovaném směru. Jsou druhem anténa pole. Často se používají v VHF a UHF frekvenční pásma. Příklady VHF jsou obecně velké a připomínají dálnici plakátovací tabule, takže se jim někdy říká billboardové anténynebo v Británii hromadění antén. Jiná jména jsou matrace na postel[1] a motýlek pole v závislosti na typu prvků tvořících anténu. The záclonové pole je větší verze, kterou používá krátkovlnný rozhlasové vysílací stanice.
Reflexní anténní soustavy mají obvykle řadu stejných napájených prvků ve fázi, před bytem, elektricky velký odrazný povrch vyrábět jednosměrný paprsek rádiových vln se zvyšuje zisk antény a snižování záření v nechtěných směrech. Čím větší je počet použitých prvků, tím vyšší je zisk; čím je paprsek užší a tím menší postranní laloky jsou. Jednotlivé prvky jsou nejčastěji poloviční vlnové dipóly, i když někdy obsahují parazitické prvky stejně jako poháněné prvky. Reflektorem může být kovový plech nebo častěji drátěné síto. Kovová obrazovka odráží rádiové vlny i pevný kovový plech, pokud jsou otvory v obrazovce menší než zhruba jedna desetina vlnové délky, takže obrazovky se často používají ke snížení hmotnosti a zatížení větrem na anténě. Obvykle se skládají z mřížky rovnoběžných drátů nebo tyčí, orientovaných rovnoběžně s osou dipólových prvků.
Poháněné prvky jsou napájeny sítí přenosové linky, které rozdělují energii ze zdroje RF rovnoměrně mezi prvky. Toto má často geometrii obvodu stromové struktury.
Základní pojmy
Rádiové signály
Když rádiový signál prochází vodičem, je indukuje elektrický proud v tom. Protože rádiový signál vyplňuje prostor a vodič má konečnou velikost, indukované proudy se sčítají nebo ruší, když se pohybují podél vodiče. Základním cílem konstrukce antény je dosáhnout toho, aby se proudy sčítaly na maximum v místě, kde je odebírána energie. K tomu jsou anténní prvky dimenzovány ve vztahu k vlnové délce rádiového signálu s cílem nastavení stojaté vlny proudu, které jsou maximalizovány v napájecím bodě.
To znamená, že anténa navržená pro příjem určité vlnové délky má přirozenou velikost. Pro zlepšení příjmu nelze jednoduše zvětšit anténu; to zlepší množství signálu zachyceného anténou, což je do značné míry funkce oblasti, ale sníží se účinnost příjmu (při dané vlnové délce). Za účelem zlepšení příjmu tedy návrháři antén často používají více prvků a kombinují je dohromady, takže se jejich signály sčítají. Tito jsou známí jako anténní pole.
Pole fázování
Aby se signály spojily, musí dorazit ve fázi. Zvažte dvě dipólové antény umístěny v řádku end-to-end, nebo kolineární. Pokud je výsledné pole nasměrováno přímo na zdrojový signál, oba dipóly uvidí stejný okamžitý signál a jejich příjem bude tedy fázový. Pokud by se však anténa otáčela tak, aby byla v úhlu k signálu, další dráha od signálu k vzdálenějšímu dipólu znamená, že přijímá signál mírně mimo fázi. Když se potom dva signály sečtou, navzájem se již striktně neposilují a výstup klesá. Díky tomu je pole citlivější vodorovně, zatímco stohování dipólů paralelně zužuje vzor svisle. To umožňuje návrháři přizpůsobit vzor příjmu, a tím i získat přesunutím prvků o.
Pokud je anténa správně zarovnána se signálem, v kterémkoli daném okamžiku přijmou všechny prvky v poli stejný signál a budou ve fázi. Avšak výstup z každého prvku musí být shromážděn v jednom napájecím bodě a jak signály putují přes anténu do tohoto bodu, jejich fáze se mění. Ve dvouprvkovém poli to není problém, protože napájecí bod lze umístit mezi ně; jakýkoli fázový posun probíhající v přenosových vedeních je pro oba prvky stejný. Pokud to však člověk rozšíří na pole se čtyřmi prvky, tento přístup již nefunguje, protože signál z vnějšího páru musí cestovat dále a bude tedy v jiné fázi než vnitřní pár, když dosáhne středu. Aby bylo zajištěno, že všichni dorazí se stejnou fází, je běžné vidět další signální vodič zasunutý do signální cesty, nebo překročení přenosového vedení, aby se fáze obrátila, pokud je rozdíl větší než1⁄2 vlnová délka.
Reflektory
Zisk lze dále zlepšit přidáním a reflektor. Obecně jakýkoli vodič v ploché vrstvě bude působit zrcadlovým způsobem pro rádiové signály, ale to platí i pro nespojité povrchy, pokud jsou mezery mezi vodiči menší než přibližně1⁄10 cílové vlnové délky.[2] To znamená, že lze použít drátěné pletivo nebo dokonce rovnoběžné dráty nebo kovové tyče, což je obzvláště užitečné jak pro snížení celkového množství materiálu, tak i pro snížení zatížení větrem.
V důsledku změny směru šíření signálu při odrazu signál prochází obrácením fáze. Aby se reflektor přidal k výstupnímu signálu, musí dosáhnout prvků ve fázi. Obecně by to vyžadovalo umístění reflektoru1⁄4 vlnové délky za prvky, což lze vidět na mnoha běžných reflektorových polích jako televizní antény. Existuje však řada faktorů, které mohou tuto vzdálenost změnit, a skutečné umístění reflektoru se liší.
Odrazky mají také tu výhodu, že snižují signál přijímaný ze zadní části antény. Signály přijímané zezadu a znovu vysílané z reflektoru neprošly změnou fáze a nepřidávají ke signálu zepředu. To výrazně zlepšuje poměr zepředu dozadu antény, takže je směrovější. To může být užitečné, když je požadován směrovější signál nebo jsou přítomny nežádoucí signály. Existují případy, kdy to není žádoucí, a přestože se reflektory běžně vyskytují v anténních soustavách, nejsou univerzální. Například zatímco televizní antény UHF často používají řadu motýlek antény s reflektorem je pole motýlků bez reflektoru relativně běžný design v mikrovlnná trouba kraj.[3]
Získejte limity
Jak se do pole přidává více prvků, šířka paprsku hlavního laloku antény klesá, což vede ke zvýšení zisku. Teoreticky tento proces není nijak omezen. Jak se však zvyšuje počet prvků, zvyšuje se složitost požadované napájecí sítě, která udržuje signály ve fázi. Nakonec se rostoucí inherentní ztráty v napájecí síti stanou většími než dodatečný zisk dosažený u více prvků, což omezuje maximální zisk, kterého lze dosáhnout.
Zisk praktických anténních soustav je omezen na přibližně 25 - 30 dB. Jako standardní anténa se ziskem přibližně 9,8 dBi při konstrukční frekvenci byly použity dva půlvlnové prvky rozmístěné od půlvlny od sebe a čtvrtvlna od odrazné obrazovky.[4] Běžné 4-poziční televizní antény mají zisky kolem 10 až 12 dB,[5] a 8šachtové konstrukce to mohou zvýšit na 12 až 16 dB.[6] 32prvkový SCR-270 měl zisk kolem 19,8 dB.[7] Byly postaveny některé velmi velké reflexní pole, zejména sovětské Radary Duga které jsou stovky metrů napříč a obsahují stovky prvků. Aktivní antény pole, ve kterých jsou skupiny prvků poháněny samostatnými RF zesilovači, mohou mít mnohem vyšší zisk, ale jsou neúměrně nákladné.
Od 80. let verze pro použití na mikrovlnná trouba frekvence byly vytvořeny pomocí propojovací anténa prvky namontované před kovovým povrchem.[8]
Radiační diagram a řízení paprsku
Když je poháněn ve fázi, radiační vzor reflexního pole je jediný hlavní lalok kolmo k rovině antény, plus několik postranní laloky ve stejných úhlech na obě strany. Čím více použitých prvků, tím užší je hlavní lalok a tím méně energie vyzařuje postranní laloky.
Hlavní lalok antény lze elektronicky řídit v omezeném úhlu pomocí fázový posun signály pohonu aplikované na jednotlivé prvky. Každý anténní prvek je veden přes a fázový posunovač které lze ovládat digitálně a zpožďovat každý signál o po sobě jdoucí množství. To způsobí, že vlnová fronta vytvořená superpozicí jednotlivých prvků bude v úhlu k rovině antény. Antény, které používají tuto techniku, se nazývají fázovaná pole a často se používá v moderních radarových systémech.
Další možností řízení paprsku je namontování celé konstrukce antény na otočnou plošinu a její mechanické otočení.
Viz také
- Mars Cube One (2018 design kosmické lodi s reflexní anténou)
Reference
- ^ Americké námořnictvo (září 1998). NAVEDTRA 14183 - Navy Electricity and Electronics Training Series. Modul 11 - Mikrovlnné principy. Lulu Press. p. 236. ISBN 1329667700.
- ^ „Účinky horní atmosféry Země na rádiové signály“. NASA.
- ^ Raut, S. (červenec 2014). Msgstr "Širokopásmové tištěné pole motýlků pro monitorování spektra". 2014 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI). Mezinárodní sympozium Antény a propagační společnost. 235–236. doi:10.1109 / APS.2014.6904449. ISBN 978-1-4799-3540-6. S2CID 42085218.
- ^ "Antény standardního zisku".
- ^ "ULTRAtenna 60". Hlavní kanál.
- ^ „EXTREMEtenna 80“. Hlavní kanál.
- ^ Burrows, Chas. R. (2013-10-22). Šíření rádiových vln. p. 460. ISBN 9781483258546.
- ^ Huang, Johne. Reflectarray antény.
Tento článek zahrnujepublic domain materiál z Obecná správa služeb dokument: „Federální norma 1037C“. (na podporu MIL-STD-188 )
