Ăng-ten là một thiết bị chuyên dụng có thể phát ra một lượng năng lượng nào đó theo một hướng cụ thể để truyền tải đầu ra tốt hơn. Để có đầu ra hiệu quả hơn, một vài thành phần ăng-ten khác được thêm vào nó được gọi là mảng Ăng-ten. Một ăng-ten duy nhất có khả năng định hướng tốt nhưng hơi thất bại trong việc truyền tín hiệu đến máy thu và bị suy hao nên một mảng ăng-ten được sử dụng. Vì vậy, trong rất nhiều ứng dụng, chúng ta cần ăng ten với các đặc tính định hướng cực cao có thể được tăng cường bằng cách tăng kích thước điện của ăng-ten. Để tăng kích thước của ăng-ten mà không tăng kích thước của các phần tử riêng lẻ là tạo thành các phần tử mảng ăng-ten. Bài viết này đề cập đến một cái nhìn tổng quan về mảng ăng ten – các loại và cách chúng hoạt động với các ứng dụng.
Mảng ăng-ten là gì?
Một định nghĩa mảng ăng ten là; một nhóm các ăng-ten được sắp xếp để tạo thành một ăng-ten duy nhất để tạo ra các mẫu bức xạ nhưng không được tạo ra bởi các ăng-ten riêng lẻ. Vì vậy, một bộ ăng-ten sẽ hoạt động cùng nhau để truyền hoặc nhận tín hiệu vô tuyến. Việc thiết kế và bảo trì ăng-ten này có hiệu quả về chi phí vì mọi ăng-ten đều nhỏ hơn. Sơ đồ mảng ăng ten được hiển thị bên dưới.
Đối với mảng ăng-ten, phải cung cấp khoảng cách & pha thích hợp trong khi định cấu hình. Một khi ăng-ten truyền tín hiệu đến một khoảng cách rất xa thì yêu cầu chúng phải có mức tăng định hướng cao khi tín hiệu bị biến dạng và biến dạng trong khi truyền từ đầu này sang đầu kia. Mặc dù, một ăng-ten duy nhất truyền với định hướng tốt, nhưng nó không thể truyền tín hiệu từ bộ phát đến bộ thu mà không bị suy hao. Vì vậy, đây là lý do chính để sử dụng mảng ăng ten.
Thiết kế ăng-ten mảng
Một mảng ăng-ten được thiết kế bằng cách sắp xếp một số ăng-ten để tạo thành một hệ thống duy nhất nhằm mang lại mức tăng chỉ thị cao. Các ăng-ten trong mảng phải được đặt cách nhau hợp lý & ở pha thích hợp để sự đóng góp độc lập của mọi ăng-ten trong bố trí theo cùng một hướng được cộng lại trong khi nó bị triệt tiêu ở tất cả các hướng còn lại. Kiểu sắp xếp này cải thiện tính định hướng của hệ thống. Khi tất cả các ăng-ten trong một hệ thống được sắp xếp theo một đường thẳng, nó được gọi là mảng ăng-ten tuyến tính.
Anten Mảng Làm Việc
Một mảng ăng ten là một tập hợp các phần tử ăng ten khác nhau. Nói chung, một mảng nhiều phần tử sử dụng ăng ten lưỡng cực nửa bước sóng. Ăng-ten này có kiểu bức xạ đa hướng nên sóng được phát ra trên một góc rộng. Để nâng cao khả năng phát ra đặc biệt theo một hướng của các ăng-ten này, các ăng-ten này được sắp xếp đơn giản ở dạng mảng với khoảng cách phù hợp. Các mảng này được kích thích đồng thời bằng cách cung cấp dòng điện theo pha thích hợp.
Nói chung, trong một dãy ăng-ten, các dòng điện trong các phần tử ăng-ten khác nhau cùng pha nếu nó đạt được giá trị cao nhất khi chạy qua một hướng tương tự tại cùng một thời điểm. Do đó, một khi các phần tử ăng-ten được cung cấp pha thích hợp từ mọi phần tử của mảng, sóng hình cầu được chồng lên do nhiễu và tạo ra sóng vô tuyến. Ở đây trong hệ thống, giao thoa có thể mang tính xây dựng (hoặc) phá hoại và hoàn toàn phụ thuộc vào sóng bức xạ của các phần tử.
Kết quả là, nếu các sóng phát ra từ các phần tử ăng-ten cùng pha, chúng sẽ được thêm vào một cách hữu ích, do đó làm tăng công suất bức xạ. Trong khi đó, nếu các sóng phát ra từ các phần tử riêng lẻ không cùng pha, thì chúng được thêm vào một cách triệt tiêu để triệt tiêu lẫn nhau. Vì vậy, điều này có thể làm giảm công suất bức xạ.
Giống như vậy, các bức xạ phát ra từ các phần tử mảng cùng pha và cộng lại để cung cấp chùm tia định hướng có cường độ tối đa để nó có thể truyền đi những khoảng cách rất dài. Do đó, dạng bức xạ được cung cấp bởi một mảng ăng ten có thùy chính xác định chùm tia mạnh theo một hướng. Khi số lượng phần tử trong mảng tăng lên, thùy chính sẽ hẹp hơn và các thùy bên nhỏ hơn chỉ định mức tăng được cung cấp bởi ăng-ten.
Các loại ăng-ten mảng
Anten mảng được phân thành bốn loại anten mặt rộng, đầu cuối, cộng tuyến & anten ký sinh trong đó mỗi loại được thảo luận bên dưới.
Mảng ăng-ten bề rộng
Sự sắp xếp mảng ăng-ten bề rộng được hiển thị bên dưới trong đó các phần tử giống hệt nhau khác nhau được sắp xếp song song dọc theo đường trục của ăng-ten. Trong kiểu sắp xếp này, các phần tử được sắp xếp theo chiều ngang với khoảng cách tương đương với nhau và mọi phần tử được cung cấp bởi một dòng điện có cùng pha và cường độ.
Bất cứ khi nào các phần tử trong sự sắp xếp này được cung cấp năng lượng thì bức xạ cực đại sẽ được phát ra từ bề rộng, nghĩa là hướng bình thường tới trục mảng trong khi một số lượng bức xạ sẽ được phát ra từ các hướng khác. Vì vậy, nó cung cấp một mô hình bức xạ hai chiều bởi vì nó bức xạ theo cả hai hướng dọc theo bề rộng. Do đó, trong cách sắp xếp này, hướng của nguyên tắc bức xạ là chung cho trục mảng & mặt phẳng của vị trí phần tử. Mô hình bức xạ của mảng ăng ten bề rộng được hiển thị bên dưới.
Mô hình bức xạ của mảng ăng ten bề rộng là dọc vì căn chỉnh của phần tử nằm ngang.
Nếu chúng ta muốn thay đổi kiểu bức xạ từ hai chiều thành một chiều thì một mảng tương tự cần sắp xếp ở khoảng cách λ/4 phía sau mảng ăng ten này và kích thích mảng bản sao thông qua dòng điện có đạo trình pha 90°. Thông thường, số lượng phần tử trong sự sắp xếp này phụ thuộc vào không gian có sẵn với nhu cầu về chi phí & độ rộng chùm trong khi chiều dài mảng được lấy trong khoảng từ 2 λ đến 10 λ. Nói chung, các mảng ăng-ten này được sử dụng trong các hệ thống phát sóng ở nước ngoài.
Mảng ăng-ten chữa cháy
Cách sắp xếp mảng ăng ten đầu cuối giống như các phần tử trong cách sắp xếp mặt rộng, tuy nhiên, sự khác biệt chính giữa hai cấu hình này là cách kích thích. Trong cách sắp xếp này, các phần tử thường được cung cấp lệch pha 180°, trong khi ở cách sắp xếp bề rộng, mỗi phần tử được cung cấp dòng điện có pha tương tự. Trong sự sắp xếp này, bức xạ cực đại đạt được dọc theo trục mảng.
Như vậy, để có được dạng bức xạ một chiều, cách sắp xếp các phần tử hoàn toàn giống nhau này chỉ đơn giản là cấp năng lượng bằng dòng điện có biên độ tương đương, tuy nhiên, pha thay đổi liên tục dọc theo đường dây. Vì vậy, có thể nói rằng một mảng kết thúc lửa tạo ra mô hình bức xạ một chiều bằng bức xạ cao nhất xảy ra qua trục của mảng ăng ten.
Trong giản đồ bức xạ ở trên, khoảng cách chính giữa các phần tử trong sự sắp xếp này thường được hiểu là λ/4 (hoặc) 3λ/4. Vì vậy, các mảng này được sử dụng thường xuyên nhất trong giao tiếp điểm-điểm & phù hợp với dải tần số cao, trung bình và thấp.
Mảng cộng tuyến
Trong một mảng cộng tuyến, các phần tử ăng ten được sắp xếp đơn giản theo một đường thẳng từ đầu này đến đầu kia, nghĩa là nối tiếp nhau. Vì vậy, sự sắp xếp này có thể là hướng ngang hoặc dọc. Mảng cộng tuyến với sự sắp xếp theo chiều ngang được hiển thị bên dưới.
Đối với tất cả các phần tử ăng ten, sự kích thích được cung cấp bởi các dòng điện cùng pha & cường độ cho tất cả các phần tử. Tương tự như một mảng rộng, điều này cũng cung cấp bức xạ theo hướng bình thường tới trục của mảng ăng ten. Do đó, mô hình bức xạ của mảng cộng tuyến phần nào liên quan đến mảng ăng ten bề rộng.
Sự sắp xếp này chỉ đơn giản là mang lại mức tăng cao nhất bất cứ khi nào các phần tử được đặt cách nhau ở khoảng cách 0,3 đến 0,5λ nhưng điều này có thể gây ra các vấn đề về cấu trúc cũng như nguồn cấp dữ liệu trong mảng ăng ten. Vì vậy, các yếu tố được sắp xếp gần nhau hơn.
Mô hình bức xạ mảng cộng tuyến được hiển thị ở trên. Cần lưu ý ở đây rằng với sự gia tăng độ dài của mảng, tính định hướng cũng tăng lên. Nói chung, mảng cộng tuyến hai phần tử thường được sử dụng vì nó hỗ trợ hoạt động đa băng tần nhưng đôi khi, một số ứng dụng sử dụng kết hợp mảng rộng, mảng cuối & mảng cộng tuyến vì điều này nâng cao tính định hướng & mức tăng lên phạm vi rất cao.
Mảng ký sinh
Các mảng đa phần tử như các phần tử ăng ten ký sinh được sắp xếp ký sinh để cung cấp mức tăng định hướng tối đa mà không cần cung cấp cho mọi phần tử mảng. Kiểu sắp xếp này đơn giản giúp giải quyết vấn đề đường cấp bằng cách không cung cấp kích thích trực tiếp cho mọi phần tử mảng ăng ten. Sự sắp xếp ăng-ten ký sinh được hiển thị dưới đây.
Các phần tử không được cung cấp trực tiếp được gọi là các phần tử ký sinh & chúng chỉ đơn giản là lấy năng lượng từ bức xạ phát ra bởi phần tử được điều khiển có mặt gần đó. Kết quả là, các phần tử ký sinh được kích hoạt bằng khớp nối điện từ do phần tử dẫn động ở gần đó.
Các phần tử ký sinh của mảng ăng ten không bị kích thích trực tiếp mà chúng dựa vào sự kích thích được truyền tới phần tử điều khiển. Vì vậy, dòng điện cảm ứng trong phần tử ký sinh do phần tử bị điều khiển gây ra được xác định bởi khoảng cách giữa hai phần tử này và sự điều chỉnh của chúng.
Do đó, một mô hình bức xạ một chiều được tạo ra với khoảng cách phân tách 'λ/4' và độ lệch pha 90° giữa các phần tử dẫn động cũng như phần tử ký sinh. Như vậy, dạng bức xạ của mảng này đơn giản được tạo ra bởi một gương phản xạ bố trí sau phần tử dẫn động, bao gồm các sóng phản xạ ngược về phía sóng tới. Dải tần cho các loại mảng ăng ten này nằm trong khoảng từ 100 – 1000 MHz.
Antenna Array Gain là gì?
Độ lợi mảng ăng ten có thể được định nghĩa là tỷ số giữa cường độ trong một hướng xác định với cường độ bức xạ thu được nếu một công suất tương tự được bức xạ bằng một bộ bức xạ đẳng hướng.
Mục đích của một mảng ăng ten là gì?
Mục đích của mảng ăng ten là truyền/nhận sóng vô tuyến bằng cách hoạt động như một ăng ten duy nhất.
Anten thu được tốt là gì?
Tốt ăng-ten là 3 dB, 6dB, v.v.
Một mảng trong một ăng-ten là gì?
Mảng trong ăng-ten là một nhóm ăng-ten được kết nối để tạo thành một ăng-ten duy nhất.
Hệ số mảng của một mảng ăng ten là gì?
Hệ số mảng ăng-ten là một chức năng của các vị trí của ăng-ten trong mảng và trọng số được sử dụng. Vì vậy, yếu tố này có thể thay đổi đáng kể các thuộc tính định hướng của phần tử ăng-ten cụ thể. Vì vậy, hiện tượng này chủ yếu được quan sát thấy khi ăng-ten được kết nối với nhau.
Ưu điểm và nhược điểm
Anten mảng lợi thế bao gồm những điều sau đây.
- Độ mạnh của tín hiệu tăng rất mạnh.
- Chỉ thị cao có thể đạt được.
- Kích thước của các thùy nhỏ giảm mạnh.
- Có thể đạt được tỷ lệ S/N cao.
- Lợi nhuận lớn có thể thu được.
- Lượng điện năng hao phí giảm.
- Đạt được kết quả tốt hơn là có thể.
- Thiết kế mảng ăng-ten chỉ đơn giản là hỗ trợ hiệu suất tốt hơn của ăng-ten.
Anten mảng bất lợi bao gồm những điều sau đây.
- Mảng ăng-ten đắt tiền.
- Các tổn thất điện trở sẽ được tăng lên.
- Nó đòi hỏi bảo trì cao.
- Gắn kết là khó khăn.
- Nó chiếm một không gian bên ngoài rất lớn.
Các ứng dụng
Các ứng dụng mảng ăng-ten bao gồm những điều sau đây.
- Một mảng ăng-ten rất hữu ích trong việc tăng mức tăng tổng thể, tăng SINR (Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cộng với nhiễu), loại bỏ nhiễu, cung cấp khả năng thu đa dạng, di chuyển mảng theo một hướng cụ thể, đo sự xuất hiện của hướng tín hiệu đến, v.v.
- Mảng ăng ten được sử dụng trong mạng không dây, quân sự ra-đa , và Truyền thông vệ tinh .
- Chúng được sử dụng trong quan sát thiên văn.
- Chúng chủ yếu được áp dụng trong liên lạc đường dài và cả liên lạc di động.
- Chúng được sử dụng ở bất cứ nơi nào cần cường độ tín hiệu cao để truyền và nhận đường dài.
Như vậy, đây là tổng quan về anten mảng – làm việc với các ứng dụng. Một mảng ăng-ten chỉ đơn giản là sử dụng một số ăng-ten để thu và truyền tín hiệu theo các hướng khác nhau. Vì vậy, mảng ăng-ten chủ yếu được sử dụng để tăng chất lượng và phạm vi tín hiệu của chúng tôi. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, chức năng của ăng-ten là gì?
