Systèmes radar - Antennes multiéléments
Une seule antenne peut émettre une certaine quantité de puissance dans une direction particulière. De toute évidence, la quantité de puissance de rayonnement sera augmentée lorsque nous utilisons un groupe d'antennes ensemble. Le groupe d'antennes s'appelleAntenna array.
Un réseau d'antennes est un système rayonnant comprenant des radiateurs et des éléments. Chacun de ces radiateurs possède son propre champ d'induction. Les éléments sont placés si près que chacun se trouve dans le champ d'induction voisin. Par conséquent, le diagramme de rayonnement produit par eux, serait levector sum des individuels.
Les antennes rayonnent individuellement et lorsqu'elles sont dans un réseau, le rayonnement de tous les éléments se résume, pour former le faisceau de rayonnement, qui a un gain élevé, une directivité élevée et de meilleures performances, avec des pertes minimales.
On dit qu'un réseau d'antennes est Phased Antenna array si la forme et la direction du diagramme de rayonnement dépendent des phases et amplitudes relatives des courants présents à chaque antenne de ce réseau.
Motif de radiation
Considérons `` n '' éléments de rayonnement isotropes, qui, lorsqu'ils sont combinés, forment un array. La figure ci-dessous vous aidera à comprendre la même chose. Laissez l'espacement entre les éléments successifs être des unités «d».
Comme le montre la figure, tous les éléments de rayonnement reçoivent le même signal entrant. Ainsi, chaque élément produit une tension de sortie égale de $ sin \ left (\ omega t \ right) $. Cependant, il y aura un égalphase difference$ \ Psi $ entre les éléments successifs. Mathématiquement, il peut s'écrire -
$$ \ Psi = \ frac {2 \ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \: \: \: \: \: Equation \: 1 $$
Où,
$ \ theta $ est l'angle auquel le signal entrant est incident sur chaque élément de rayonnement.
Mathématiquement, nous pouvons écrire les expressions pour output voltages de 'n' éléments de rayonnement individuellement comme
$$ E_1 = \ sin \ gauche [\ omega t \ droite] $$
$$ E_2 = \ sin \ left [\ omega t + \ Psi \ right] $$
$$ E_3 = \ sin \ left [\ omega t + 2 \ Psi \ right] $$
$$. $$
$$. $$
$$. $$
$$ E_n = \ sin \ left [\ omega t + \ left (N-1 \ right) \ Psi \ right] $$
Où,
$ E_1, E_2, E_3,…, E_n $ sont les tensions de sortie des premier, deuxième, troisième,…, n ième éléments de rayonnement respectivement.
$ \ omega $ est la fréquence angulaire du signal.
Nous obtiendrons le overall output voltage$ E_a $ du tableau en ajoutant les tensions de sortie de chaque élément présent dans ce tableau, puisque tous ces éléments de rayonnement sont connectés dans un tableau linéaire. Mathématiquement, il peut être représenté par -
$$ E_a = E_1 + E_2 + E_3 +… + E_n \: \: \: Équation \: 2 $$
Substitute, les valeurs de $ E_1, E_2, E_3,…, E_n $ dans l'équation 2.
$$ E_a = \ sin \ left [\ omega t \ right] + \ sin \ left [\ omega t + \ Psi \ right] + \ sin \ left [\ omega t + 2 \ Psi \ right] + \ sin \ left [\ omega t + \ left (n-1 \ right) \ Psi \ right] $$
$$ \ Rightarrow E_a = \ sin \ left [\ omega t + \ frac {(n-1) \ Psi)} {2} \ right] \ frac {\ sin \ left [\ frac {n \ Psi} {2} \ right]} {\ sin \ left [\ frac {\ Psi} {2} \ right]} \: \: \: \: \: Equation \: 3 $$
Dans l'équation 3, il y a deux termes. A partir du premier terme, nous pouvons observer que la tension de sortie globale $ E_a $ est une onde sinusoïdale de fréquence angulaire $ \ omega $. Mais, il a un déphasage de $ \ left (n − 1 \ right) \ Psi / 2 $. Le deuxième terme de l'équation 3 est unamplitude factor.
La magnitude de l'équation 3 sera
$$ \ gauche | E_a \ right | = \ left | \ frac {\ sin \ left [\ frac {n \ Psi} {2} \ right]} {\ sin \ left [\ frac {\ Psi} {2} \ right]} \ right | \: \: \: \: \: Équation \: 4 $$
Nous obtiendrons l'équation suivante en remplaçant l'équation 1 dans l'équation 4.
$$ \ gauche | E_a \ right | = \ left | \ frac {\ sin \ left [\ frac {n \ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \ right]} {\ sin \ left [\ frac {\ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \ droite]} \ droite | \: \: \: \: \: Équation \: 5 $$
L'équation 5 est appelée field intensity pattern. Le modèle d'intensité de champ aura les valeurs de zéros lorsque le numérateur de l'équation 5 est zéro
$$ \ sin \ left [\ frac {n \ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \ right] = 0 $$
$$ \ Rightarrow \ frac {n \ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} = \ pm m \ pi $$
$$ \ Rightarrow nd \ sin \ theta = \ pm m \ lambda $$
$$ \ Rightarrow \ sin \ theta = \ pm \ frac {m \ lambda} {nd} $$
Où,
$ m $ est un entier égal à 1, 2, 3 et ainsi de suite.
Nous pouvons trouver le maximum valuesdu modèle d'intensité de champ en utilisant la règle L-Hospital lorsque le numérateur et le dénominateur de l'équation 5 sont égaux à zéro. Nous pouvons observer que si le dénominateur de l'équation 5 devient zéro, alors le numérateur de l'équation 5 devient également zéro.
Maintenant, obtenons la condition pour laquelle le dénominateur de l'équation 5 devient zéro.
$$ \ sin \ left [\ frac {\ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \ right] = 0 $$
$$ \ Rightarrow \ frac {\ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} = \ pm p \ pi $$
$$ \ Rightarrow d \ sin \ theta = \ pm p \ lambda $$
$$ \ Rightarrow \ sin \ theta = \ pm \ frac {p \ lambda} {d} $$
Où,
$ p $ est un entier et vaut 0, 1, 2, 3 et ainsi de suite.
Si nous considérons $ p $ comme zéro, alors nous obtiendrons la valeur de $ \ sin \ theta $ comme zéro. Dans ce cas, nous obtiendrons la valeur maximale du motif d'intensité de champ correspondant aumain lobe. Nous obtiendrons les valeurs maximales du modèle d'intensité de champ correspondant àside lobes, lorsque nous considérons d'autres valeurs de $ p $.
La direction du diagramme de rayonnement du réseau phasé peut être orientée en faisant varier les phases relatives du courant présent à chaque antenne. C'est leadvantage de réseau phasé à balayage électronique.