ANTENY I SYSTEMY ANTENOWE
ANTENY I SYSTEMY ANTENOWE
(wybrane zagadnienia)
Opracowanie :
dr inż. Adam Konrad Rutkowski
mgr inż. Adam Słowik
1
ANTENY
Rys. 2. Przykład anteny pętlowej wykorzystanej do układu namiaru
opartego na metodzie Watsona-Watta.
Anteny ze skrzyżowaną pętlą i pracujące w oparciu o metodę
Watsona-Watta są zwykle wykorzystywane w zestawach przenośnych
ze względu na małe rozmiary.
Rys. 1.Antena paraboliczna firmy TECOM
na pasmo 1-18 GHz (średnica 120cm).
Rys. 3. Przykład realizacji systemu anten Adcocka.
Rys. 4. Przykład konfiguracji anten interferometrycznego
2
systemu namiaru firmy Randtron.
Wybrane układy formowania charakterystyki kierunkowej
systemów antenowych
Macierz Blassa
Macierz Blassa jest macierzÄ… niesymetrycznÄ… o wymiarach NxM, gdzie N
jest liczbą anten dołączonych do macierzy natomiast M-liczbą portów wyjścio-
wych. Zbudowana jest ona jedynie ze sprzęgaczy i linii transmisyjnych. Liczba
użytych sprzęgaczy wynosi C=NxM. Przykładową strukturę macierzy Blassa po-
kazano na rys. 5.
Rys. 5. Schemat strukturalny macierzy Blassa.
3
Macierz Butler a
StrukturÄ™ jednej z odmian systemu z elektronicznym przemieszczaniem wiÄ…zki
przedstawiono na rys. 1. System składa się z czterech anten A1-A4 oraz z tzw.
macierzy Butler a zbudowanej z czterech kwadraturowych sprzęgaczy kierun-
kowych SK1-SK4 i dwóch przesuwników fazy.
0o
A1 A2 A3 A4
SK1 SK2
o o
- 45 - 45
SK4
SK3
1 2 3 4
Rys. 6. Ogólna struktura szyku liniowego czterech anten
zasilanych poprzez macierz Butler a.
4
 Po pobudzeniu jednego z wrót wejściowych 1-4 macierzy Butler a (rys.6.) po-
ziomy sygnałów zasilających poszczególne anteny będą jednakowe, natomiast
wystąpi zróżnicowanie ich faz. Różnica faz sygnałów, a konkretnie kąty wklęsłe
jakie tworzą wektory sygnałów docierających do sąsiednich anten jest stała
Ći,i+1
i zależy od tego, do których wrót macierzy Butler a podany został sygnał
z generatora. Wartości tych kątów w odniesieniu do układu przedstawionego na
rys. 6. wynoszÄ…:
- 45 gdy pobudzane sÄ… wrota 1 macierzy
Ći,i+1 = °
135 gdy pobudzane sÄ… wrota 2 macierzy
Ći,i+1 = °
- 135 gdy pobudzane sÄ… wrota 3 macierzy
Ći,i+1 = °
45 gdy pobudzane sÄ… wrota 4 macierzy
Ći,i+1 = °
Dzięki temu, w punktach leżących na określonych kierunkach, sygnały emito-
wane z anten będą występowały z fazami zbliżonymi, a na innych kierunkach,
z fazami różnymi. Będzie to efektem różnicy dróg propagacji sygnałów z po-
szczególnych anten do danego punktu w przestrzeni. Uzyska się w ten sposób
wypadkową wiązkę oświetlającą, której kątowe położenie związane będzie z
¨
różnicą faz sygnałów pobudzających sąsiednie anteny, co z kolei zdetermi-
Ći,i+1
nowane jest numerem pobudzanych wrót wejściowych macierzy Butler a. Ponad-
to położenie wiązki zależeć będzie od częstotliwości nadawanego sygnału i od
¨
odległości między antenami.
RozwiÄ…zanie takie pozwala na realizacjÄ™ szybkiego elektronicznego skanowa-
nia przestrzeni poprzez przełączanie z
ródła sygnału mikrofalowego do jednego
lub kilku odpowiednich wrót wejściowych macierzy.
5
U 0.9
wy4 wy1
U
0.8
max
0.7

d / = 0.5
0.6
o
= 45
Åš
0.5
0.4
wy2 wy3
0.3
0.2
0.1
0.0
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60
Õ
[ °]
¨2 ¨4 ¨1 ¨3
Rys. 7. Unormowane charakterystyki kierunkowe systemu czterech anten
zasilanych poprzez macierz Butler a MB 4x4
(d  odległość między sąsiednimi antenami,
- szerokość charakterystyki pojedynczej anteny).
Åš
6
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
o o o o
-45 -45 -45 -45
o
-22.5
o o
-67.5 -67.5
1 2 3 4 5 6 7 8
Rys. 8. Ogólna struktura szyku liniowego ośmiu anten połączonych z macierzą
Butler a MB 8x8 (linie pogrubione oznaczajÄ… przesuwniki fazy).
7
U 1.0
wy8 wy1
U
0.9
max
0.8
wy4 wy5
0.7

d / = 0.5
0.6
o
= 45
0.5 Åš
0.4 wy6 wy3
0.3
0.2
wy2 wy7
0.1
0.0
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60
Õ
[ °]
Rys. 9. Unormowane charakterystyki kierunkowe systemu ośmiu anten
zasilanych poprzez macierz Butler a MB 8x8
(d  odległość między sąsiednimi antenami,
- szerokość charakterystyki pojedynczej anteny).
Åš
8
Macierz Nolena
Macierz Nolena może być uważana jako kombinacja macierzy Butlera
i Blassa. Elementarne anteny są połączone z N-tego elementu do M-tego portu
wejściowego. Tak jak macierz Blassa, macierz Nolena może mieć różną liczbę
anten, nie tę samą co liczba portów wejściowych. Jest ona rzadko stosowana ze
względu na dużą liczbę elementów i trudności z zestrojeniem obwodu. Przykła-
dowÄ… strukturÄ™ takiej macierzy przedstawia rys. 10.
Rys. 10. Schemat strukturalny macierzy Nolena.
9
Soczewki formujÄ…ce wiÄ…zkÄ™
Soczewki formujące tworzą wiązkę stałą w kącie, podczas gdy szerokość
wiązki i poziom skrzyżowań w systemach z macierzami Butler a lub Blassa
zmienia się z częstotliwością.
Rys. 11. Zasada funkcjonowania soczewki Bootlace a.
10
Soczewka Rotmana (Rys. 12.) jest modyfikacjÄ… soczewki Bootlace a
z dodatkowym szykiem pobudzającym porty wejściowe.
Rys. 12. Zasada funkcjonowania soczewki Rotmana.
11
Adaptacyjne szyki antenowe
Adaptacyjne szyki antenowe wykorzystują złożony proces formowania
wiązki szyku antenowego za pomocą wagowego sumowania sygnałów
z poszczególnych elementów antenowych. Wagi mogą być w trakcie pracy dy-
namicznie zmieniane w celu osiągnięcia najlepszych warunków odbioru. Można
stwierdzić, że formowanie adaptacyjne wiązki antenowej jest iteracyjną realiza-
cjÄ… formowania optymalnego. Na rysunku 13 przedstawiono blokowy schemat
przykładowego adaptacyjnego układu formowania wiązki szyku antenowego.
Rys. 13. Schemat blokowy adaptacyjnego układu formowania wiązki.
12