Η κεραία είναι μια εξειδικευμένη συσκευή που μπορεί να εκπέμπει κάποια ποσότητα ενέργειας εντός μιας συγκεκριμένης κατεύθυνσης για καλύτερη μετάδοση εξόδου. Για πιο αποτελεσματική έξοδο, προστίθενται μερικά ακόμη στοιχεία κεραίας που είναι γνωστά ως συστοιχίες κεραίας. Μια μονή κεραία έχει καλή κατευθυντικότητα αλλά αποτυγχάνει κάπως στη μετάδοση σήματος στον δέκτη με απώλειες, επομένως χρησιμοποιείται μια συστοιχία κεραιών. Έτσι, σε τόσες πολλές εφαρμογές, χρειαζόμαστε κεραίες με εξαιρετικά υψηλά χαρακτηριστικά κατεύθυνσης που μπορούν να βελτιωθούν αυξάνοντας το ηλεκτρικό μέγεθος της κεραίας. Για να αυξήσετε τη διάσταση της κεραίας χωρίς να αυξήσετε το μέγεθος των μεμονωμένων στοιχείων σημαίνει να σχηματίσετε στοιχεία διάταξης κεραίας. Αυτό το άρθρο εξετάζει μια επισκόπηση του συστοιχία κεραιών – τύποι και η εργασία τους με εφαρμογές.
Τι είναι η Συστοιχία Κεραιών;
Ένας ορισμός συστοιχίας κεραιών είναι? μια ομάδα κεραιών που είναι διατεταγμένες ώστε να σχηματίζουν μια ενιαία κεραία για τη δημιουργία μοτίβων ακτινοβολίας αλλά δεν παράγονται από μεμονωμένες κεραίες. Έτσι, ένα σύνολο κεραιών θα συνεργαστεί για τη μετάδοση ή τη λήψη ραδιοφωνικών σημάτων. Ο σχεδιασμός και η συντήρηση αυτής της κεραίας είναι οικονομικά αποδοτικές καθώς κάθε κεραία είναι μικρότερη. Το διάγραμμα διάταξης κεραίας φαίνεται παρακάτω.
Για τη συστοιχία κεραιών, πρέπει να δοθεί η σωστή απόσταση και η φάση κατά τη διαμόρφωση. Μόλις οι κεραίες μεταδώσουν ένα σήμα σε πολύ μεγάλη απόσταση, τότε απαιτούνταν να έχουν υψηλό κατευθυντικό κέρδος καθώς το σήμα παραμορφώνεται και παραμορφώνεται κατά τη μετάδοση από το ένα άκρο στο άλλο. Παρόλο που μια μόνο κεραία εκπέμπει με καλή κατευθυντικότητα, αποτυγχάνει να μεταδώσει ένα σήμα από πομπό σε δέκτη χωρίς απώλειες. Αυτός είναι λοιπόν ο κύριος λόγος χρήσης της διάταξης κεραιών.
Σχεδιασμός κεραίας συστοιχίας
Μια συστοιχία κεραιών σχεδιάζεται με τη διευθέτηση πολλών κεραιών για τη δημιουργία ενός ενιαίου συστήματος ώστε να παρέχει υψηλό κέρδος κατεύθυνσης. Οι κεραίες εντός της συστοιχίας πρέπει να είναι τοποθετημένες σωστά και στη σωστή φάση, έτσι ώστε η ανεξάρτητη συνεισφορά κάθε κεραίας εντός της διάταξης προς την ίδια κατεύθυνση να αθροίζεται ενώ ακυρώνεται σε κατάσταση ηρεμίας σε όλες τις άλλες κατευθύνσεις. Αυτό το είδος διάταξης βελτιώνει την κατευθυντικότητα του συστήματος. Όταν όλες οι κεραίες ενός συστήματος είναι διατεταγμένες σε ευθεία γραμμή, είναι γνωστή ως γραμμική διάταξη κεραιών.
Συστοιχία κεραιών που λειτουργεί
Μια συστοιχία κεραιών είναι ένα σύνολο από διάφορα στοιχεία κεραίας. Γενικά, μια συστοιχία πολλαπλών στοιχείων χρησιμοποιεί μια διπολική κεραία μισού κύματος. Αυτή η κεραία έχει ένα μοτίβο πανκατευθυντικής ακτινοβολίας, έτσι ώστε τα κύματα να εκπέμπονται σε ευρεία γωνία. Για να βελτιωθεί η ικανότητα αυτών των κεραιών να εκπέμπουν ειδικά προς μία μόνο κατεύθυνση, αυτές οι κεραίες είναι απλώς διατεταγμένες σε μορφή πίνακα με κατάλληλη απόσταση. Αυτές οι συστοιχίες διεγείρονται ταυτόχρονα παρέχοντας ρεύμα από την κατάλληλη φάση.
Γενικά σε μια συστοιχία κεραιών, τα ρεύματα εντός των διαφορετικών στοιχείων κεραίας είναι σε φάση εάν επιτυγχάνει την υψηλότερη τιμή όταν ρέει σε μια παρόμοια κατεύθυνση ταυτόχρονα. Έτσι, όταν τα στοιχεία της κεραίας τροφοδοτούνται με την κατάλληλη φάση από κάθε στοιχείο της συστοιχίας, τα σφαιρικά κύματα υπερτίθενται λόγω παρεμβολών και δημιουργούν ένα ραδιοκύμα. Εδώ στο σύστημα, η παρεμβολή μπορεί να είναι είτε εποικοδομητική (ή) καταστροφική και εξαρτάται πλήρως από τα ακτινοβολούμενα κύματα από τα στοιχεία.
Ως αποτέλεσμα, εάν τα εκπεμπόμενα κύματα από τα στοιχεία της κεραίας είναι σε φάση, προστίθενται χρήσιμα, ώστε να αυξάνεται η ακτινοβολούμενη ισχύς. Ενώ, εάν τα κύματα που εκπέμπονται από τα επιμέρους στοιχεία δεν είναι σε φάση, τότε προστίθενται καταστροφικά για να ακυρώσουν το ένα το άλλο. Έτσι αυτό μπορεί να προκαλέσει μείωση της ακτινοβολούμενης ισχύος.
Όπως αυτό, οι εκπεμπόμενες ακτινοβολίες από τα στοιχεία της διάταξης είναι σε φάση και αθροίζονται για να παρέχουν μια κατευθυντική δέσμη που έχει μέγιστη αντοχή, ώστε να μπορεί να διανύσει πολύ μεγάλες αποστάσεις. Έτσι, το μοτίβο ακτινοβολίας που παρέχεται από μια διάταξη κεραίας έχει έναν κύριο λοβό που καθορίζει μια ισχυρή δέσμη σε μία μόνο κατεύθυνση. Όταν ο αριθμός των στοιχείων στη συστοιχία αυξάνεται, ο κύριος λοβός στενεύει και οι μικρότεροι πλευρικοί λοβοί προσδιορίζουν μια αύξηση στο κέρδος που παρέχεται από την κεραία.
Τύποι κεραιών συστοιχίας
Οι κεραίες συστοιχίας ταξινομούνται σε τέσσερις τύπους ευρείας όψης, τελικής πυρκαγιάς, συγγραμμικής και παρασιτικής συστοιχίας κεραιών όπου κάθε τύπος αναλύεται παρακάτω.
Συστοιχία κεραιών Broadside
Η ευρεία διάταξη της διάταξης κεραίας φαίνεται παρακάτω, όπου διάφορα πανομοιότυπα στοιχεία είναι παράλληλα διατεταγμένα κατά μήκος της γραμμής τσεκούρι της κεραίας. Σε αυτόν τον τύπο διάταξης, τα στοιχεία είναι διατεταγμένα οριζόντια διατεταγμένα σε ισοδύναμη απόσταση μεταξύ τους και κάθε στοιχείο τροφοδοτείται από ρεύμα παρόμοιας φάσης και μεγέθους.
Κάθε φορά που τα στοιχεία σε αυτή τη διάταξη ενεργοποιούνται, τότε η μέγιστη ακτινοβολία θα εκπέμπεται από την ευρεία πλευρά που σημαίνει την κανονική κατεύθυνση προς τον άξονα της διάταξης, ενώ κάποια ποσότητα ακτινοβολίας θα εκπέμπεται από τις άλλες κατευθύνσεις. Έτσι, παρέχει ένα μοτίβο αμφίδρομης ακτινοβολίας επειδή ακτινοβολεί και στις δύο κατευθύνσεις κατά μήκος της ευρείας πλευράς. Επομένως, σε αυτή τη διάταξη, η αρχή της κατεύθυνσης της ακτινοβολίας είναι κοινή στον άξονα της διάταξης και στο επίπεδο της θέσης του στοιχείου. Το μοτίβο ακτινοβολίας της ευρείας διάταξης κεραιών φαίνεται παρακάτω.
Το σχέδιο ακτινοβολίας της ευρείας διάταξης κεραίας είναι κατακόρυφο επειδή η ευθυγράμμιση του στοιχείου είναι οριζόντια.
Αν θέλουμε να αλλάξουμε το μοτίβο ακτινοβολίας από αμφίδρομη σε μονοκατευθυντική, τότε μια παρόμοια διάταξη πρέπει να τακτοποιηθεί σε απόσταση λ/4 πίσω από αυτήν τη διάταξη κεραιών και να διεγείρει τη συστοιχία αντιγράφου μέσω ενός ρεύματος με απαγωγή φάσης 90°. Συνήθως, ο αριθμός των στοιχείων σε αυτή τη διάταξη εξαρτάται από τον διαθέσιμο χώρο με την ανάγκη κόστους & πλάτους δοκού, ενώ το μήκος της συστοιχίας λαμβάνεται μεταξύ 2 λ έως 10 λ. Γενικά, αυτές οι συστοιχίες κεραιών χρησιμοποιούνται σε συστήματα εκπομπής στο εξωτερικό.
Συστοιχία κεραιών τελικής πυρκαγιάς
Μια διάταξη διάταξης κεραίας τελικής πυρκαγιάς είναι η ίδια με τα στοιχεία στην ευρεία διάταξη, ωστόσο η κύρια διαφορά μεταξύ αυτών των δύο διαμορφώσεων είναι ο τρόπος διέγερσης. Σε αυτή τη διάταξη, τα στοιχεία τροφοδοτούνται γενικά εκτός φάσης με 180°, ενώ σε ευρεία διάταξη κάθε στοιχείο τροφοδοτείται με ρεύμα παρόμοιας φάσης. Σε αυτή τη διάταξη, η μέγιστη ακτινοβολία επιτυγχάνεται κατά μήκος του άξονα της διάταξης.
Έτσι, για να ληφθεί ένα μοτίβο ακτινοβολίας μονής κατεύθυνσης, αυτή η πλήρης ίδια διάταξη στοιχείων ενεργοποιείται απλώς με ρεύμα ισοδύναμου πλάτους, ωστόσο, η φάση αλλάζει συνεχώς κατά μήκος της γραμμής. Έτσι, μπορεί να δηλωθεί ότι μια συστοιχία τελικής πυρκαγιάς δημιουργεί ένα μοτίβο ακτινοβολίας μονής κατεύθυνσης από την υψηλότερη ακτινοβολία που εμφανίζεται μέσω του άξονα της διάταξης κεραίας.
Στο παραπάνω διάγραμμα μοτίβου ακτινοβολίας, η κύρια απόσταση μεταξύ των στοιχείων εντός αυτής της διάταξης κανονικά νοείται ως λ/4 (ή) 3λ/4. Έτσι, αυτοί οι πίνακες χρησιμοποιούνται συχνότερα στην επικοινωνία από σημείο σε σημείο και είναι κατάλληλες για εύρη συχνοτήτων υψηλής, μεσαίας και χαμηλής συχνότητας.
Συγγραμμικός πίνακας
Σε μια συγγραμμική διάταξη, τα στοιχεία κεραίας είναι απλά διατεταγμένα σε μία γραμμή από το ένα άκρο στο άλλο που σημαίνει το ένα μετά το άλλο. Άρα αυτή η διάταξη μπορεί να είναι είτε οριζόντια είτε κάθετη. Ο συγγραμμικός πίνακας με οριζόντια διάταξη φαίνεται παρακάτω.
Σε όλα τα στοιχεία της κεραίας, η διέγερση παρέχεται από ρεύματα ίδιας φάσης & μεγέθους σε όλα τα στοιχεία. Παρόμοια με μια συστοιχία ευρείας όψης, παρέχει επίσης ακτινοβολία προς την κανονική κατεύθυνση προς τον άξονα της διάταξης κεραίας. Έτσι, το μοτίβο ακτινοβολίας της συγγραμμικής συστοιχίας σχετίζεται κάπως με την ευρεία διάταξη κεραιών.
Αυτή η διάταξη προσφέρει απλώς το υψηλότερο κέρδος κάθε φορά που τα στοιχεία βρίσκονται σε απόσταση 0,3 έως 0,5 λ, αλλά αυτό μπορεί να προκαλέσει προβλήματα κατασκευής καθώς και τροφοδοσίας εντός της διάταξης κεραιών. Έτσι, τα στοιχεία είναι διατεταγμένα πιο κοντά το ένα στο άλλο.
Το μοτίβο ακτινοβολίας συγγραμμικής διάταξης φαίνεται παραπάνω. Πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι με την αύξηση του μήκους του πίνακα αυξάνεται και η κατευθυντικότητα. Γενικά, η συστοιχία δύο στοιχείων χρησιμοποιείται γενικά επειδή υποστηρίζει λειτουργία πολλαπλών ζωνών, αλλά μερικές φορές, ορισμένες εφαρμογές χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό συστοιχιών ευρείας πλευράς, τελικής πυρκαγιάς και συγγραμμικών συστοιχιών επειδή αυτό ενισχύει την κατευθυντικότητα και το κέρδος σε πολύ υψηλό εύρος.
Παρασιτική Συστοιχία
Οι συστοιχίες πολλαπλών στοιχείων όπως τα παρασιτικά στοιχεία κεραίας είναι διατεταγμένες παρασιτικά, γεγονός που παρέχει μέγιστο κατευθυντικό κέρδος χωρίς τροφοδοσία κάθε στοιχείου συστοιχίας. Αυτό το είδος διάταξης απλώς βοηθά στην αντιμετώπιση του προβλήματος της γραμμής τροφοδοσίας, καθώς δεν παρέχει άμεση διέγερση σε κάθε στοιχείο της διάταξης κεραίας. Η διάταξη της παρασιτικής κεραίας φαίνεται παρακάτω.
Τα στοιχεία που δεν τροφοδοτούνται απευθείας είναι γνωστά ως παρασιτικά στοιχεία και αντλούν απλώς τη δύναμή τους από την εκπεμπόμενη ακτινοβολία από το κινούμενο στοιχείο που υπάρχει κοντά. Ως αποτέλεσμα, τα παρασιτικά στοιχεία ενεργοποιούνται με ηλεκτρομαγνητική σύζευξη αφού το κινητήριο στοιχείο βρίσκεται κοντά.
Τα παρασιτικά στοιχεία της διάταξης κεραιών δεν διεγείρονται άμεσα, αλλά βασίζονται στη διέγερση που παρέχεται προς το στοιχείο οδήγησης. Έτσι, το επαγόμενο ρεύμα μέσα στο παρασιτικό στοιχείο που προκαλείται από το κινούμενο στοιχείο καθορίζεται από την απόσταση μεταξύ αυτών των δύο στοιχείων και τον συντονισμό τους.
Έτσι, παράγεται ένα μοτίβο ακτινοβολίας μονής κατεύθυνσης με απόσταση διαχωρισμού «λ/4» & διαφορά φάσης 90° μεταξύ των κινητήριων και παρασιτικών στοιχείων. Έτσι, το μοτίβο ακτινοβολίας αυτής της συστοιχίας δημιουργείται απλώς από έναν ανακλαστήρα τοποθετημένο μετά το κινητήριο στοιχείο, το οποίο περιλαμβάνει οπισθοανακλώμενα κύματα προς το εμπρός κύμα. Η συχνότητα εύρους για αυτούς τους τύπους συστοιχιών κεραιών κυμαίνεται από 100 – 1000 MHz.
Τι είναι το κέρδος συστοιχίας κεραιών;
Το κέρδος της διάταξης κεραίας μπορεί να οριστεί ως ο λόγος της έντασης εντός μιας καθορισμένης κατεύθυνσης προς την ένταση της λαμβανόμενης ακτινοβολίας εάν μια παρόμοια ισχύς ακτινοβολείται με ένα μόνο ισότροπο ψυγείο.
Ποιος είναι ο σκοπός μιας συστοιχίας κεραιών;
Ο σκοπός μιας συστοιχίας κεραιών είναι να εκπέμπει/λαμβάνει ραδιοκύματα λειτουργώντας ως μια ενιαία κεραία.
Τι είναι ένα καλό κέρδος κεραίας;
Το καλό κέρδος κεραίας είναι 3 dB, 6dB, κ.λπ.
Τι είναι μια συστοιχία σε μια κεραία;
Η συστοιχία σε μια κεραία είναι μια ομάδα κεραιών που συνδέονται για να σχηματίσουν μια ενιαία κεραία.
Ποιος είναι ο παράγοντας διάταξης μιας συστοιχίας κεραιών;
Ένας παράγοντας διάταξης κεραίας είναι συνάρτηση των θέσεων της κεραίας μέσα στη συστοιχία και των βαρών που χρησιμοποιούνται. Έτσι, αυτός ο παράγοντας μπορεί να αλλάξει σημαντικά τις ιδιότητες κατευθυντικότητας του συγκεκριμένου στοιχείου κεραίας. Έτσι, αυτό το φαινόμενο παρατηρείται κυρίως όταν οι κεραίες συνδέονται μεταξύ τους.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Πλεονεκτήματα συστοιχίας κεραιών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Η ισχύς του σήματος αυξάνεται πολύ έντονα.
- Μπορεί να επιτευχθεί υψηλή κατευθυντικότητα.
- Το μέγεθος των δευτερευόντων λοβών μειώνεται δραστικά.
- Είναι δυνατή η απόκτηση υψηλής αναλογίας S/N.
- Μπορούν να επιτευχθούν μεγάλα κέρδη.
- Η σπατάλη ρεύματος μειώνεται.
- Η επίτευξη καλύτερων αποτελεσμάτων είναι δυνατή.
- Ο σχεδιασμός της διάταξης κεραίας απλώς υποστηρίζει την καλύτερη απόδοση της κεραίας.
Τα μειονεκτήματα της διάταξης κεραιών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Οι συστοιχίες κεραιών είναι ακριβές.
- Οι απώλειες αντίστασης θα αυξηθούν.
- Απαιτεί υψηλή συντήρηση.
- Η τοποθέτηση είναι δύσκολη.
- Καταλαμβάνει τεράστιο εξωτερικό χώρο.
Εφαρμογές
Οι εφαρμογές συστοιχίας κεραιών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Μια συστοιχία κεραιών είναι πολύ χρήσιμη για την αύξηση του συνολικού κέρδους, την αύξηση του SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), την εξάλειψη των παρεμβολών, την παροχή διαφοροποιημένης λήψης, τη μετακίνηση της συστοιχίας σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, τη μέτρηση της κατεύθυνσης άφιξης των εισερχόμενων σημάτων κ.λπ.
- Η συστοιχία κεραιών χρησιμοποιείται σε ασύρματο, στρατιωτικό ραντάρ , και δορυφορικές επικοινωνίες .
- Αυτά χρησιμοποιούνται στην παρατήρηση της αστρονομίας.
- Αυτά ισχύουν ως επί το πλείστον στις τηλεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων αλλά και στις κινητές επικοινωνίες.
- Αυτά χρησιμοποιούνται όπου απαιτείται υψηλή ισχύς σήματος για μετάδοση και λήψη σε μεγάλες αποστάσεις.
Έτσι, αυτό είναι μια επισκόπηση της κεραίας πίνακες – εργασία με εφαρμογές. Μια συστοιχία κεραιών χρησιμοποιεί απλώς πολλές κεραίες για τη λήψη και μετάδοση σημάτων σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Έτσι η συστοιχία κεραιών χρησιμοποιείται κυρίως για την αύξηση της ποιότητας & της εμβέλειας του σήματος μας. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποια είναι η λειτουργία μιας κεραίας;
