안테나 어레이

Antenna array
일반적인 유형의 어레이 안테나, 반사 어레이 UHF 텔레비전 안테나.이 예에서는 와이어 스크린 리플렉터 앞에 장착된 8개의 디폴레드리븐 소자로 구성됩니다.X자형 다이폴은 VHF(174~216MHz)와 UHF(470~700MHz) TV 대역 모두를 커버하는 넓은 대역폭을 제공합니다.5dB VHF 및 12dB UHF의 게인과 18dB의 전후 비율이 있습니다.
VHF 러시아 이동식 방공 레이더인 Nebo-M의 대형 평면 배열 안테나.175개의 접이식 다이폴 안테나로 구성됩니다.초기 단계별 배열인 안테나는 수직 부채꼴 빔을 방사하여 안테나 전면의 공역을 가로로 스윕할 수 있었다.

안테나 어레이(또는 어레이 안테나)는 단일 안테나로서 함께 작동하여 전파를 송수신하는 여러 개의 연결된 안테나 세트입니다.개별 안테나(소자라 불린다)는 보통 특정 위상 관계에서 소자에 전력을 공급하는 피드라인에 의해 단일 수신기 또는 송신기에 연결됩니다.각 개별 안테나에 의해 방사되는 전파는 결합 및 중첩되어 원하는 방향으로 방사되는 전력을 증가시키기 위해 합산(건설적으로 간섭)하고 다른 방향으로 방사되는 전력을 감소시키기 위해 취소(파괴적으로 간섭)한다.마찬가지로 수신에 사용할 때 개별 안테나로부터의 개별 무선주파수 전류는 수신기에서 올바른 위상관계로 결합되어 원하는 방향에서 수신한 신호를 강화하고 원치 않는 방향에서 수신한 신호를 취소한다.보다 고도의 어레이 안테나에는 복수의 송신기 또는 수신기 모듈이 있으며, 각각은 개별 안테나 소자 또는 소자 그룹에 접속되어 있습니다.

안테나 어레이는 단일 소자에 의해 달성될 수 있는 것보다 좁은 전파 빔인 높은 게인(방향성)을 달성할 수 있습니다.일반적으로 사용되는 개별 안테나 소자의 수가 많을수록 이득이 높아지고 빔이 좁아집니다.일부 안테나 어레이(군용 단계별 어레이 레이더 등)는 수천 개의 개별 안테나로 구성됩니다.어레이는 높은 게인을 달성하기 위해 사용할 수 있으며, 통신 신뢰성을 높이는 경로 다양성([1]MIMO라고도 함)을 제공하고, 특정 방향으로부터의 간섭을 취소하며, 전자적으로 다른 방향을 가리키도록 무선 빔을 조정하고, Radio Direction Finding(RDF;[2] 무선 방향 검색)을 위해 사용할 수 있습니다.

안테나 어레이란 일반적으로 수신기 또는 송신기에 모두 연결된 여러 개의 동일한 피동 소자로 구성된 피동 어레이를 의미합니다.기생 어레이는 피드라인에 연결된 단일 구동 소자와 기생 소자라고 불리는 다른 소자로 구성됩니다.보통 Yagi-Uda 안테나의 다른 이름입니다.

페이즈드 어레이는 보통 전자 스캔 어레이를 의미합니다.각 요소가 컴퓨터에 의해 제어되는 위상 시프터를 통해 송신기 또는 수신기에 연결되어 있는 종동 어레이 안테나입니다.전파 빔은 안테나를 움직이지 않고 광각으로 어느 방향을 향해도 즉시 전자적으로 조종할 수 있습니다.단, "단계별 어레이"라는 용어는 일반 어레이 [2]안테나를 의미할 때도 있습니다.

어레이 구조

레일리 기준에 따르면 안테나의 지향성, 즉 안테나가 방출하는 전파 빔의 각폭은 전파의 파장을 안테나 폭으로 나눈 값에 비례한다.4분의 1파장의 단극이나 반파장 쌍극 등 1파장의 작은 안테나는 방향성(게인)이 크지 않습니다.광각으로 전파를 방사하는 전방향성 안테나입니다.좁은 빔으로 전파를 방사하는 지향성 안테나(고이득 안테나)를 작성하려면 두 가지 일반적인 기술을 사용할 수 있습니다.한 가지 기술은 포물선 반사체나 뿔과 같은 큰 금속 표면에 의한 반사 또는 유전체 렌즈에 의한 굴절을 사용하여 전파의 방향을 변경하여 단일 저이득 안테나에서 빔으로 전파를 집중시키는 것입니다.이 타입은 조리개 안테나라고 불립니다.포물선 접시는 이런 종류의 안테나의 한 예이다.

두 번째 방법은 동일한 송신기 또는 수신기에서 공급되는 여러 안테나를 사용하는 것입니다. 이를 어레이 안테나 또는 안테나 어레이라고 합니다.적절한 위상으로 안테나에 전류를 공급하면 간섭 현상에 의해 각 안테나로부터의 구형파가 어레이 앞에서 결합(슈퍼포즈)하여 특정 방향으로 이동하는 전파빔인 평면파를 생성한다.개개의 안테나로부터의 파동이 위상적으로 도달하는 방향에서는 파동이 합산(건설적 간섭)되어 방사 전력을 향상시킵니다.하나의 파형의 피크가 다른 파형의 계곡과 일치하면서 각각의 파형이 위상을 벗어나 도달하는 방향에서는 파동이 취소(파괴 간섭)되어 그 방향으로 복사되는 전력을 감소시킨다.마찬가지로 수신 시에는 원하는 방향에서 수신한 전파로부터 수신한 별도의 안테나가 수신한 발진전류가 서로 상동하고 수신기에서 결합하면 서로 보강하며 다른 방향에서 수신한 전파로부터의 전류는 상동하고 수신기에서 결합하면 서로 상쇄한다.

이러한 안테나의 방사선 패턴은 한 방향의 강한 빔, 메인 로브와 사이드롭이라고 불리는 다양한 각도의 약한 빔으로 구성되어 있으며, 일반적으로 원하지 않는 방향으로 잔류 방사선을 나타냅니다.안테나의 폭이 크고 구성 요소 안테나 소자의 수가 많을수록 메인 로브가 좁아지고 얻을 수 있는 이득이 높아지며 사이드롭이 작아집니다.

안테나 요소가 위상적으로 공급되는 어레이는 사이드 어레이이며, 메인 로브는 엘리먼트 평면에 수직으로 방출된다.

가장 큰 배열 안테나는 전파천문학 분야에서 사용되는 전파간섭계로, 큰 포물선 안테나로 구성된 여러 개의 전파망원경을 안테나 어레이로 연결하여 고해상도를 달성합니다.이러한 어레이는 조리개 합성이라고 불리는 기술을 사용하여 안테나 사이의 거리와 같은 직경의 안테나의 분해능을 가질 수 있습니다.다른 대륙의 초롱 베이스라인 간섭계(VLBI)라고 불리는 기술로, 수천 마일 크기의 "어레이 안테나"를 만들어 내면서 연결되었다.

갤러리

  • Sector antennas (white bars) on cell phone tower. Collinear dipole arrays, radiating a flat, fan-shaped beam.

    휴대폰 타워의 섹터 안테나(흰색 막대).평평한 부채꼴 빔을 방사하는 공선 다이폴 어레이.

  • 108 MHz reflective array antenna of an SCR-270 radar used during World War II consists of 32 half-wave dipole antennas in front of a reflecting screen.

    제2차 세계대전 당시 사용된 SCR-270 레이더의 108MHz 반사 어레이 안테나는 반사 스크린 앞에 32개의 반파 다이폴 안테나가 있다.

  • US Air Force PAVE PAWS phased array 420–450 MHz radar antenna for ballistic missile detection, Alaska. The two circular arrays are each composed of 2677 crossed dipole antennas.

    탄도 미사일 탐지를 위한 420~450MHz 레이더 안테나(알래스카).2개의 원형 어레이는 각각 2677개의 교차 쌍극 안테나로 구성됩니다.

  • Some of the crossed-dipole elements in the PAVE PAWS phased array antenna, left

    PAVE PAWS의 일부 교차 다이폴 요소(왼쪽)

  • Batwing VHF television broadcasting antenna

    배트윙 VHF 텔레비전 방송 안테나

  • Crossed-dipole FM radio broadcast antenna

    크로스 다이폴 FM 라디오 방송 안테나

  • Curtain array shortwave transmitting antenna, Austria. Wire dipoles suspended between towers

    커튼 어레이 단파 송신 안테나, 오스트리아.타워 사이에 매달린 와이어 다이폴

  • Turnstile antenna array used for satellite communication

    위성 통신에 사용되는 턴스타일 안테나 어레이

  • Flat microstrip array antenna for satellite TV reception.

    위성 TV 수신용 플랫 마이크로스트립 어레이 안테나.

  • The Very Large Array, a radio telescope made of a Y-shaped array of 27 dish antennas in Socorro, New Mexico

    뉴멕시코주 소코로에 있는 27개의 접시 안테나의 Y자형 배열로 만들어진 전파망원경 '초대형 배열'

  • HAARP, a phased array of 180 crossed dipoles in Alaska which can transmit a 3.6 MW beam of 3–10 MHz radio waves into the ionosphere for research purposes

    연구 목적으로 3-10MHz 전파의 3.6MW 빔을 전리층으로 전송할 수 있는 알래스카의 180개의 교차 쌍극자의 단계적 배열 HAARP

  • Array of four helical antennas used as a satellite tracking antenna, Pleumeur-Bodou, France

    프랑스 플뢰메르 보두의 위성 추적 안테나로 사용되는 4개의 헬리컬 안테나 배열

종류들

대부분의 어레이 안테나는 컴포넌트 안테나의 축이 방사 방향에 어떻게 관련되어 있는지에 따라 두 가지 클래스로 나눌 수 있습니다.

  • 브로드사이드 어레이는 전파의 방사방향(주엽)이 안테나 평면에 수직인 1차원 또는 2차원 어레이이다.수직으로 방사하려면 안테나를 위상 일치로 공급해야 합니다.
  • 엔드파이어 어레이는 방사방향이 안테나 라인을 따르는 선형 어레이이다.안테나는 인접한 안테나의 분리와 동일한 위상차를 공급해야 합니다.

또, 이러한 카테고리 중 어느 쪽에도 속하지 않는 어레이(단계별 어레이 등)도 있습니다.이 어레이에서는 방사 방향이 안테나 축에 대해 다른 각도로 되어 있습니다.

  • 구동 어레이 - 개별 컴포넌트 안테나가 모두 "구동"되어 송신기 또는 수신기에 연결되어 있는 어레이입니다.일반적으로 동일한 개별 안테나는 반파장 쌍극자 등의 단일 구동 소자로 구성되는 경우가 많지만, 야기 안테나나 턴스타일 안테나 등의 복합 안테나일 수도 있습니다.
    • Collinear 어레이 - 일직선으로 향하는 복수의 동일한 다이폴 안테나로 이루어진 브로드사이드 어레이.이것은 고이득 전방향성 안테나로 VHF 대역에서 텔레비전 방송국용 방송 안테나 및 육상 모바일 쌍방향 무선용 기지국 안테나로 자주 사용됩니다.
      • 슈퍼턴스타일 또는 배트윙 어레이 - 돛대에 초기에 장착된 여러 개의 크로스 다이폴 안테나로 구성된 텔레비전 방송에 사용되는 특수 수직 안테나.광대역 고이득 전방향 복사 패턴
    • 평면 어레이 - 평면 2차원 안테나 어레이.전방향성 안테나의 배열은 안테나 양쪽에서 180° 떨어진 2개의 빔을 방사하기 때문에 반사기 전면에 장착하거나 Yagi나 헬리컬 안테나 등의 지향성 안테나로 구성되어 단방향성 빔을 얻을 수 있습니다.
    • 반사형 어레이 - 금속판이나 와이어스크린 등의 평면 리플렉터 앞에 반파장 다이폴이 송전되는 평면형 안테나 어레이입니다.이것에 의해, 어레이에 수직(광폭)인 단일의 전파 빔이 방사됩니다.UHF 텔레비전 안테나 및 레이더 안테나로 사용됩니다.
      • 커튼 어레이 - 평행한 와이어의 "커튼"으로 이루어진 수직 리플렉터 앞에 매달린 와이어 다이폴의 평면 배열로 구성된 실외 와이어 단파 송신 안테나.단파 방송국의 장거리 송신 안테나로서 HF 대역에서 사용됩니다.단계별 어레이로 조종할 수 있습니다.
      • 마이크로스트립 안테나 - 프린트 회로 기판 위에 제조된 패치 안테나 어레이로 뒷면에 동박이 반사체로 기능합니다.그 요소들은 동박으로 만들어진 스트립라인을 통해 공급된다.UHF 및 위성 텔레비전 안테나로 사용됩니다.
    • 단계별 어레이의 구조를 나타내는 애니메이션.
      페이즈드 어레이 또는 전자 스캔 어레이 - 빔이 물리적으로 안테나를 이동시키지 않고 어레이 전면의 광각으로 임의의 방향을 가리키도록 전자적으로 조종할 수 있는 평면 어레이입니다.송신기에서 나오는 전류는 컴퓨터가 제어하는 위상 시프터를 통해 각 구성 요소 안테나에 공급됩니다.공급전류의 상대위상을 변화시킴으로써 빔을 즉시 다른 방향으로 향하게 할 수 있다.군사용 레이더에 널리 사용되는 이 기술은 민간 용도로 빠르게 확산되고 있다.
      • Passive Electronic Scaned Array(PESA; 패시브 전자 스캔 어레이) - 상기와 같은 단계별 어레이로, 단일 송신기 또는 수신기에서 위상 시프터를 통해 안테나 요소가 공급됩니다.
      • Active Electronic Scaned Array(AESA) - 각 안테나 엘리먼트에 자체 송신기 및/또는 수신기 모듈이 있으며 중앙 컴퓨터에 의해 제어되는 단계별 어레이입니다.이 2세대 페이즈드 어레이 기술은 여러 개의 빔을 여러 주파수로 동시에 방사할 수 있으며 주로 정교한 군사용 레이더에 사용된다.
    • 컨포멀 어레이 - 평면은 아니지만 곡면에 적합한 2차원 페이즈드 어레이입니다.개별 소자는 다양한 경로 길이를 보상하는 위상 시프터에 의해 구동되어 안테나가 평면파 빔을 방사할 수 있습니다.컨포멀 안테나는 종종 항공기와 비산물의 곡면에 통합되어 공기역학적 항력을 감소시킨다.
    • 스마트 안테나, 재구성 가능한 안테나 또는 적응형 어레이 - 전파의 도달 방향을 추정하여 전자적으로 방사 패턴을 최적화하여 수신하는 수신 어레이로, 그 방향으로 [3]메인 로브를 합성합니다.페이즈드 어레이와 마찬가지로 공급 라인에 위상 시프터가 있는 여러 개의 동일한 요소로 구성되며, 컴퓨터에 의해 제어됩니다.
  • Log-Periodic Dipole Array(LPDA) - 여러 개의 다이폴 구동 요소로 구성된 엔드파이어 어레이로, 길이가 점차 증가합니다.고이득 광대역 안테나로 동작합니다.텔레비전 수신 안테나 및 단파 통신에 사용됩니다.
  • 옥상 텔레비전 안테나, 야기와 로그 주기 안테나의 조합으로 이루어진 엔드파이어 기생 어레이
    기생 어레이 - 엔드파이어 어레이로, 1개의 안테나 소자(구동 소자)만이 송신기 또는 수신기에 접속되어 있고, 다른 요소(기생 소자)는 접속되어 있지 않은 회선상의 복수의 안테나 소자로 구성되어 있습니다.기생 소자는 공진기로 기능하여 종동 소자에서 전파를 흡수하고 다른 위상으로 전파를 재방사하여 안테나의 방사 패턴을 변경하여 원하는 방향으로 방사되는 전력을 증가시킵니다.이들은 하나의 구동 요소만을 가지고 있기 때문에 종종 "arrays"가 아닌 "Antennas"라고 불립니다.
    • Yagi-Uda 안테나 또는 Yagi 안테나 - 이 엔드파이어 어레이는 라인 내의 여러 반파장 다이폴 소자로 구성됩니다.방사 방향으로 여러 개의 "디렉터" 기생 요소가 있는 단일 구동 소자와 일반적으로 그 뒤에 있는 단일 "리플렉터" 기생 소자로 구성됩니다.HF, VHF 및 UHF 대역에서 텔레비전 안테나, 단파 통신 안테나 및 레이더 어레이로 널리 사용됩니다.
    • 쿼드 안테나 - 1개의 회선 내에 여러 개의 루프 안테나가 있으며, 1개의 구동 루프와 다른 1개의 기생 루프가 있습니다.Yagi 안테나와 같은 기능을 합니다.

안테나 어레이 설계

고정 방사 패턴을 제공하는 안테나 어레이에서는 피드 네트워크가 안테나 어레이의 일부라고 생각할 수 있습니다.따라서 안테나 어레이에는 1개의 포트가 있습니다.어레이의 각 요소의 페이싱이 적절하다면 좁은 빔을 형성할 수 있다.또, 각 소자가 받는 여자(방출중)의 진폭도 잘 선택되면, 특정 [4]패턴에 가까운 방사 패턴을 가지는 싱글 포토 어레이를 합성할 수 있다.어레이 패턴 합성을 위해 많은 방법이 개발되었습니다.추가로 고려해야 할 문제는 일치, 방사선 효율성 및 대역폭이다.

전자적으로 조종 가능한 안테나 어레이의 설계는 다릅니다.각 소자의 페이싱은 변화할 수 있으며, 각 소자의 상대적 진폭도 변화할 수 있기 때문입니다.여기서 안테나 어레이는 여러 개의 포트를 가지고 있기 때문에 단일 포트 케이스보다 매칭과 효율의 문제가 더 중요합니다.또한 안테나 간의 상호작용을 무시할 수 있는 경우를 제외하고 일치와 효율은 여진에 따라 달라집니다.

공간 다이버시티 및/또는 공간 멀티플렉싱(다양한 타입의 MIMO 무선통신)에 사용되는 안테나 어레이는 항상 복수의 포트를 [5]가진다.이는 방출 중에 개별적인 들뜸을 수신하고 수신 중에 다소 독립적인 신호를 전달하기 위한 것입니다.또, 특히 모바일 디바이스의 안테나 어레이의 경우(의 제10장 참조), 안테나 어레이의 주변이 그 동작에 영향을 주고, 시간이 지남에 따라 변화하기 때문에, 매칭과 효율의 문제가 관련된다.적합한 일치 메트릭 및 효율성 메트릭은 최악의 들뜸을 고려합니다.[6]

「 」를 참조해 주세요.

Wikimedia Commons에는 어레이 안테나 관련 미디어가 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ Poole, Ian (2016). "What is MIMO? Multiple Input Multiple Output Tutorial". Antennas and propagation. Radio-electronics.com (Adrio Communications. Retrieved February 23, 2017.
  2. ^ a b Bevelacqua, Peter (2016). "Array Antennas". Antenna-theory.com. Retrieved February 23, 2017.
  3. ^ Poole, Ian (2016). "Smart Antennas Tutorial". Antennas and propagation. Radio-electronics.com (Adrio Communications). Retrieved February 23, 2017.
  4. ^ Collin, Robert E. (1985). Antennas and Radiowave Propagation. McGraw-Hill. ISBN 0-07-011808-6.
  5. ^ a b Sibille, Alain; Oestges, Claude; Zanella, Alberto (2011). MIMO: From Theory to Implementation. Elsevier. ISBN 978-0-12-382194-2.
  6. ^ Broydé, F.; Clavelier, E. (January 2022). "The Radiation and Transducer Efficiencies of a Multiport Antenna Array". Excem Research Papers in Electronics and Electromagnetics (4). doi:10.5281/zenodo.5816837.