Una antena es un dispositivo especializado que puede irradiar cierta cantidad de energía en una dirección particular para una mejor transmisión de salida. Para una salida más eficiente, se le agregan algunos elementos de antena más que se conocen como conjuntos de antenas. Una sola antena tiene buena directividad pero falla un poco en la transmisión de la señal al receptor con pérdidas, por lo que se utiliza un conjunto de antenas. Entonces, en tantas aplicaciones, necesitamos antenas con características directivas extremadamente altas que pueden mejorarse aumentando el tamaño eléctrico de la antena. Aumentar la dimensión de la antena sin aumentar el tamaño de los elementos individuales es formar elementos de matriz de antenas. Este artículo analiza una descripción general de conjunto de antenas – tipos y su funcionamiento con aplicaciones.
¿Qué es un conjunto de antenas?
Una definición de conjunto de antenas es; un grupo de antenas que están dispuestas para formar una sola antena para generar patrones de radiación pero no generados por antenas individuales. Entonces, un conjunto de antenas funcionarán juntas para transmitir o recibir señales de radio. El diseño y mantenimiento de esta antena son rentables ya que cada antena es más pequeña. El diagrama del conjunto de antenas se muestra a continuación.
Para el conjunto de antenas, se debe proporcionar el espaciado y la fase adecuados durante la configuración. Una vez que las antenas transmiten una señal a una distancia muy larga, se requiere que posean una alta ganancia directiva ya que la señal se deforma y distorsiona mientras se transmite de un extremo a otro. Aunque una sola antena transmite con una buena directividad, no logra transmitir una señal del transmisor al receptor sin pérdidas. Así que esta es la razón principal para usar el conjunto de antenas.
Diseño de antena de matriz
Un conjunto de antenas se diseña organizando varias antenas para formar un solo sistema que proporcione una alta ganancia directiva. Las antenas dentro del conjunto deben estar espaciadas correctamente y en la fase adecuada para que la contribución independiente de cada antena dentro del arreglo en la misma dirección se sume mientras que se cancela en reposo en todas las demás direcciones. Este tipo de disposición mejora la directividad del sistema. Una vez que todas las antenas dentro de un sistema están dispuestas en línea recta, se conoce como conjunto de antenas lineales.
Funcionamiento de la matriz de antenas
Un conjunto de antenas es un conjunto de varios elementos de antena. En general, una matriz de elementos múltiples utiliza una antena dipolo de media onda. Esta antena tiene un patrón de radiación omnidireccional, por lo que las ondas se emiten en un ángulo amplio. Para mejorar la capacidad de estas antenas para emitir, especialmente en una sola dirección, estas antenas simplemente se organizan en forma de matriz con el espacio adecuado. Estas matrices se excitan simultáneamente al proporcionar corriente por fase adecuada.
Generalmente, en un conjunto de antenas, las corrientes dentro de los diferentes elementos de la antena están en fase si alcanza el valor más alto al fluir en una dirección similar al mismo tiempo. Por lo tanto, una vez que los elementos de la antena se alimentan con la fase adecuada de cada elemento del conjunto, las ondas esféricas se superponen debido a la interferencia y generan una onda de radio. Aquí en el sistema, la interferencia puede ser constructiva (o) destructiva y depende completamente de las ondas radiadas por los elementos.
Como resultado, si las ondas emitidas por los elementos de la antena están en fase, se suman de manera útil, de modo que aumenta la potencia radiada. Mientras que, si las ondas emitidas por los elementos individuales no están en fase, entonces se suman destructivamente para cancelarse entre sí. Entonces esto puede causar una reducción en la potencia radiada.
Así, las radiaciones emitidas por los elementos de la matriz están en fase y se suman para proporcionar un haz direccional que tiene la fuerza máxima para que pueda viajar distancias muy largas. Por lo tanto, el patrón de radiación proporcionado por un conjunto de antenas tiene un lóbulo principal que especifica un haz fuerte en una sola dirección. Cuando aumenta el número de elementos en la matriz, el lóbulo principal se vuelve más estrecho y los lóbulos laterales más pequeños especifican un aumento en la ganancia proporcionada por la antena.
Tipos de antenas de matriz
Los arreglos de antenas se clasifican en cuatro tipos de arreglos de antenas laterales, laterales, colineales y parásitas, donde cada tipo se analiza a continuación.
Conjunto de antenas laterales
A continuación se muestra la disposición del conjunto de antenas laterales, donde varios elementos idénticos están dispuestos en paralelo a lo largo de la línea del eje de la antena. En este tipo de arreglo, los elementos están dispuestos horizontalmente a una distancia equivalente entre sí y cada elemento es alimentado por una corriente de fase y magnitud similar.
Siempre que los elementos de esta disposición estén energizados, se emitirá la máxima radiación desde el costado, lo que significa la dirección normal al eje del conjunto, mientras que se emitirá cierta cantidad de radiación desde las otras direcciones. Por lo tanto, proporciona un patrón de radiación bidireccional porque irradia en ambas direcciones a lo largo del costado. Por lo tanto, en esta disposición, la dirección del principio de radiación es común al eje de la matriz y al plano de posición del elemento. A continuación se muestra el patrón de radiación del conjunto de antenas laterales.
El patrón de radiación del conjunto de antenas laterales es vertical porque la alineación del elemento es horizontal.
Si queremos cambiar el patrón de radiación de bidireccional a unidireccional, entonces una matriz similar debe organizarse a una distancia de λ/4 detrás de esta matriz de antenas y excitar la réplica de la matriz a través de una corriente que tenga un adelanto de fase de 90°. Por lo general, la cantidad de elementos dentro de esta disposición depende del espacio disponible con la necesidad del costo y el ancho del haz, mientras que la longitud de la matriz se toma entre 2 λ y 10 λ. En general, estos conjuntos de antenas se utilizan en sistemas de radiodifusión en el extranjero.
Conjunto de antenas de fuego final
Una disposición de conjunto de antenas de disparo final es lo mismo que los elementos en la disposición de costado, sin embargo, la principal diferencia entre estas dos configuraciones es la forma de excitación. En esta disposición, los elementos generalmente se alimentan desfasados con 180°, mientras que en la disposición lateral cada elemento se alimenta con la corriente de una fase similar. En esta disposición, la radiación máxima se alcanza a lo largo del eje del conjunto.
Por lo tanto, para obtener un patrón de radiación unidireccional, esta disposición completa de elementos idénticos simplemente se energiza con una corriente de amplitud equivalente, sin embargo, la fase cambia continuamente a lo largo de la línea. Por lo tanto, se puede afirmar que una matriz de fuego final genera un patrón de radiación unidireccional por la radiación más alta que ocurre a través del eje de la matriz de antenas.
En el diagrama de patrón de radiación anterior, la distancia principal entre los elementos dentro de este arreglo normalmente se entiende como λ/4 (o) 3λ/4. Por lo tanto, estas matrices se usan con mayor frecuencia en la comunicación punto a punto y son apropiadas para rangos de frecuencia alta, media y baja.
matriz colineal
En una matriz colineal, los elementos de la antena simplemente se organizan en una sola línea de un extremo al otro, lo que significa uno tras otro. Por lo tanto, esta disposición puede tener una orientación horizontal o vertical. La matriz colineal con una disposición horizontal se muestra a continuación.
A todos los elementos de la antena, la excitación la proporcionan corrientes de la misma fase y magnitud a todos los elementos. Similar a un conjunto de antenas laterales, esto también proporciona radiación en la dirección normal al eje del conjunto de antenas. Por lo tanto, el patrón de radiación de la matriz colineal está algo relacionado con la matriz de antenas laterales.
Esta disposición simplemente ofrece la mayor ganancia siempre que los elementos estén espaciados a una distancia de 0,3 a 0,5 λ, pero esto puede causar problemas de construcción y de alimentación dentro del conjunto de antenas. Entonces, los elementos están dispuestos más cerca uno del otro.
El patrón de radiación de matriz colineal se muestra arriba. Cabe señalar aquí que con un aumento en la longitud de la matriz, la directividad también aumenta. En general, se utiliza una matriz colineal de dos elementos porque admite la operación multibanda, pero a veces, algunas aplicaciones utilizan una combinación de matrices colineales, de disparo final y de costado porque esto mejora la directividad y la ganancia a un rango muy alto.
matriz parasitaria
Los conjuntos de elementos múltiples, como los elementos de antena parásitos, se organizan de forma parásita, lo que proporciona una ganancia direccional máxima sin alimentar cada elemento del conjunto. Este tipo de arreglo simplemente ayuda a lidiar con el problema de la línea de alimentación al no proporcionar excitación directa a cada elemento del conjunto de antenas. La disposición de la antena parásita se muestra a continuación.
Los elementos que no se alimentan directamente se conocen como elementos parásitos y simplemente extraen su poder de la radiación emitida por el elemento impulsado que está presente cerca. Como resultado, los elementos parásitos se activan por acoplamiento electromagnético ya que el elemento impulsor está cerca.
Los elementos parásitos del conjunto de antenas no se excitan directamente, sino que dependen de la excitación enviada hacia el elemento impulsor. Entonces, la corriente inducida dentro del elemento parásito causada por el elemento excitado está determinada por la distancia entre estos dos elementos y su sintonización.
Por lo tanto, se produce un patrón de radiación unidireccional con una distancia de separación de 'λ/4' y una diferencia de fase de 90° entre los elementos impulsores y parásitos. Por lo tanto, el patrón de radiación de esta matriz es simplemente creado por un reflector dispuesto después del elemento impulsor, que incluye ondas retrorreflejadas hacia la onda delantera. El rango de frecuencia para este tipo de conjuntos de antenas varía de 100 a 1000 MHz.
¿Qué es la ganancia del conjunto de antenas?
La ganancia del conjunto de antenas se puede definir como la relación entre la intensidad dentro de una dirección específica y la intensidad de la radiación obtenida si se irradia una potencia similar con un solo radiador isotrópico.
¿Cuál es el propósito de un conjunto de antenas?
El propósito de un conjunto de antenas es transmitir/recibir ondas de radio trabajando como una sola antena.
¿Qué es una buena ganancia de antena?
El bueno ganancia de la antena es 3dB, 6dB, etc.
¿Qué es un arreglo en una antena?
El arreglo en una antena es un grupo de antenas que están conectadas para formar una sola antena.
¿Cuál es el factor de matriz de una matriz de antenas?
Un factor de conjunto de antenas es una función de las posiciones de la antena dentro del conjunto y los pesos utilizados. Entonces, este factor puede cambiar significativamente las propiedades de directividad del elemento de antena en particular. Entonces, este fenómeno se observa principalmente una vez que las antenas están conectadas entre sí.
Ventajas y desventajas
Ventajas del conjunto de antenas Incluya lo siguiente.
- La fuerza de la señal aumenta con mucha fuerza.
- Se puede lograr una alta directividad.
- El tamaño de los lóbulos menores se reduce drásticamente.
- Es posible obtener una alta relación S/R.
- Se pueden obtener grandes ganancias.
- Se reduce la cantidad de desperdicio de energía.
- Lograr mejores resultados es posible.
- El diseño del conjunto de antenas simplemente respalda el mejor rendimiento de la antena.
Las desventajas del conjunto de antenas incluyen lo siguiente.
- Los conjuntos de antenas son caros.
- Las pérdidas resistivas aumentarán.
- Requiere un alto mantenimiento.
- El montaje es difícil.
- Ocupa un gran espacio exterior.
Aplicaciones
Las aplicaciones de conjuntos de antenas incluyen lo siguiente.
- Un conjunto de antenas es muy útil para aumentar la ganancia general, aumentar la SINR (relación señal/interferencia más ruido), cancelar la interferencia, proporcionar diversidad de recepción, mover el conjunto en una dirección particular, medir la dirección de llegada de las señales entrantes, etc.
- El conjunto de antenas se utiliza en aplicaciones inalámbricas y militares. Radar , y comunicaciones satelitales .
- Estos se utilizan en la observación astronómica.
- Estos son principalmente aplicables en comunicaciones de larga distancia y también en comunicaciones móviles.
- Estos se utilizan donde se requiere una señal de alta intensidad para la transmisión y recepción a larga distancia.
Así, esto es una visión general de la antena Arreglos: trabajar con aplicaciones. Un conjunto de antenas simplemente usa varias antenas para capturar y transmitir señales en diferentes direcciones. Por lo tanto, el conjunto de antenas se utiliza principalmente para aumentar la calidad y el alcance de nuestra señal. Aquí hay una pregunta para ti, ¿cuál es la función de una antena?
