¿Requisitos de distancia en conjuntos de antenas?

El espaciado del conjunto de antenas y, por lo tanto, el tamaño generalmente se basa en la longitud de onda de las señales de interés, no en la longitud del elemento radiante.

Es un problema de geometría en el campo lejano, siendo la relación entre la separación de la antena y la longitud de onda el parámetro interesante.

La interferencia constructiva y destructiva contribuye al patrón y la ganancia que se puede lograr con la matriz. Si los elementos están mucho más juntos que lambda/10, los patrones geométricos de los frentes de onda de cada antena son demasiado similares para crear patrones de interferencia útiles, y el arreglo actúa más como una sola antena en esas separaciones y frecuencias. A medida que las antenas se separan entre sí en el campo lejano, el número de lóbulos en el patrón aumenta, por lo que administrar y apuntar el patrón se vuelve mucho más complicado.

¿Se puede reducir el tamaño de los conjuntos de antenas si se puede reducir el tamaño de los propios elementos de la antena?

No, ellos no pueden. Los arreglos de antenas funcionan por interferencia constructiva y destructiva donde, en una dirección, la radiación de las antenas del arreglo está en la misma fase, lo que lleva a un máximo de radiación, y en una dirección las fases son opuestas, lo que lleva a una radiación nula. . El patrón de interferencia es una función de la diferencia de fase de estos diferentes campos radiados y si las antenas estuvieran en las mismas ubicaciones, no habría interferencia.

La forma analítica de analizar un conjunto de antenas se denomina factor de conjunto . Para N antenas idénticas, el factor de matriz es:

dónde$w_i$es el peso de la antena específica,$r_i$es el vector que define la posición de la antena, y$k$es el vector de onda.

Si solo quiere tener una buena idea de cómo afectan las ubicaciones y las diferencias de fase, eche un vistazo al código de Python que usé para responder otra pregunta de SE: https://nbviewer.jupyter.org/gist/Diimu/71010f1ffee95e6fe0082ad1dffda5c3/ analytic_dipoles.ipynb . La herramienta utiliza los dipolos ideales de Hertz y no tiene en cuenta su acoplamiento mutuo, pero se puede utilizar para modelar cosas sorprendentemente complicadas.

Si no tiene Python instalado, puede probarlo en, por ejemplo, https://jupyter.org/try . Python es un lenguaje bastante fácil de usar si tienes experiencia en programación. A continuación puede ver el patrón de directividad de un conjunto de dos antenas dipolo eléctricas horizontales que se alimentan con la misma fase y amplitud. La distancia varía de 0 a 1 longitud de onda en un bucle. Como puede ver, el caso donde la distancia es$0.1\lambda$el patrón de radiación es virtualmente idéntico al$0\lambda$. En$0.5\lambda$ve una alta directividad ya que los dos dipolos se cancelan entre sí en la dirección del desplazamiento y se amplifican entre sí$90^\circ$lejos de eso

Para obtener más información, consulte a continuación, o prácticamente cualquier libro de teoría de antenas:

• http://www.antenna-theory.com/arrays/arrayfactor.php
• http://www.faculty.jacobs-university.de/jwallace/xwallace/courses/ap/ch5.pdf

El tamaño mínimo del conjunto es una función del patrón de radiación de la antena, la longitud de onda de la señal y los objetivos de rendimiento del conjunto. Para espacios muy reducidos, las antenas pueden incluso interactuar entre sí. En algunos casos, las antenas más pequeñas con espacios reducidos pueden degradar el rendimiento del conjunto al introducir un acoplamiento entre las antenas o lóbulos laterales y lóbulos posteriores no deseados de los patrones de radiación de antena más pequeños.

Para visualizar cómo el espaciado afecta la radiación del conjunto, considere el caso de una antena isotrópica, una con la misma radiación en todas las direcciones. En este caso, la ecuación del factor de matriz describe el patrón de radiación de la matriz.

Sin embargo, esta ecuación puede ser difícil de visualizar. Proporciona la vista de campo lejano de la señal. Una forma de ver lo que sucede en una matriz es visualizar las ondas emitidas por cada antena y cómo interactúan de manera constructiva y destructiva. Por ejemplo, una sola antena isotrópica emitirá ondas en todas las direcciones. En un solo plano, la ola parecerá ondas en un estanque.

Cuando se combinan varias antenas y se espacian, las ondas interferirán constructivamente e interferirán destructivamente. Esto suele configurarse para crear una viga. La siguiente imagen muestra 5 antenas (como puntos blancos) formando un haz.

PARA ver cómo el espaciado afecta los patrones de radiación de un conjunto de 5 antenas isotrópicas, la siguiente animación muestra cómo cambia el patrón de radiación con el espaciado de las antenas.

Hay algunas notas sobre cómo recrear las visualizaciones aquí: http://exnumerus.blogspot.com/2021/02/visualizing-3d-sine-wave-using-blender.html