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EIN Antennen-Array ist eine Kombination aus mehreren sendenden oder empfangendenAntennen, um eine optimale Energieübertragung in eine oder mehrere Richtungen für eine bestimmte Frequenz zu erreichen. Der Effekt, mehrere Antennen in einer zu integrieren Array ist, dass die emittierte Strahlung in eine bestimmte Richtung fokussiert wird. Das passiert bei Sendeantennen mit einem begrenzten umgehen Leistung des Sendeendstufe um eine größtmögliche Reichweite durch die stark vergrößerte ERP-Fähigkeit. Bei Empfangsantennen empfängt ein Array ein stärkeres Signal, wodurch die Signal-Rausch-Verhältnis verbessert. Außerdem wird Strahlung aus einer bestimmten Richtung selektiv empfangen; das Auflösung ist vergrößert. Ein Beispiel für ein Empfangsantennen-Array ist das Radioteleskop von Westerbork. Die Antennen im Array sind in einem linearen Array angeordnet Linie angeordnet und in Matrixform in a eben. Sein Betrieb basiert auf Interferenz der von den einzelnen Antennenelementen emittierten oder empfangenen elektromagnetischen Wellen.
Sendeantennen
Bereits in den 1920er Jahren wurde die Bündelungswirkung von Antennenarrays für die Kurzwelle bekannt. Mitte der 1930er Jahre war dieser Antennentyp Kootwijk im Einsatz, insbesondere für Funktelegrafie und Sprechfunk mit dem damals Niederländisch-Ostindien. Solche Antennen werden noch immer für internationale Radiosendungen verwendet, wie z Weltweiter Rundfunk. Die Antennen sind manchmal drehbar angeordnet. Darüber hinaus wird der Hauptstrahl, der teilweise durch Reflexion an der Erdoberfläche bestimmt wird, in einem Winkel von 10° bis 20° nach oben gerichtet, um eine optimale Reflexion gegen die Ionosphäre. Die . für Kurzwellensender verwendet HRS-Antennen sein MatrixAntennen, die die emittierte Strahlung sowohl horizontal als auch vertikal bündeln, wobei die Azimut ist für fest installierte Antennen elektrisch steuerbar (das S in HRS steht für steuerbar).
Für die Übertragung von UKW-Radio und TV aus dem öffentlich-rechtliche Rundfunkanstalt in den 1950er-Jahren Mobilfunkmasten, wie sie in lächelte und lopik gebaut mit angeschlossenen Antennen-Arrays. Die Antennen bündeln die Strahlung in der horizontalen Ebene, strahlen aber generell in alle Bereiche Himmelsrichtungen so stark. Die Antennen sind notwendig, um den Sendern eine ausreichend große Reichweite zu geben, nicht nur weil die Feldstärke um 6 . ansteigt dB Abstand zur Sendeantenne nimmt mit jedem Faktor zwei ab, aber auch, weil in den Randbereichen des Sendebereichs die gesendete elektromagnetische Strahlung verläuft fast parallel zur Erdoberfläche und muss daher relativ große Distanzen durch zusätzliche dämpfende Hindernisse wie Wälder und Gebäude zurücklegen. Eine Antenne ist nicht nur kostengünstiger, die Strahlung in der Horizontalen sehr stark zu bündeln, so dass eine geringere Sendeleistung ausreicht, sondern es ist auch eine Bündelung notwendig, um zu vermeiden, dass die Strahlung in der Nähe des Senders und der empfindlichen Elektronik unnötig stark wird Geräte oder können unerwünschte Auswirkungen auf das menschliche Wohlbefinden haben.
Die Antennen werden oft an vier Seiten um den Sendeturm herum platziert und als halbe WellenlängeDipolantennen, mit Reflektoren zwischen Antennen und Sendemasten, meist aus Metallrahmen, oder im UHFBereich aus massiver Aluminiumplatte. Speziell für höhere Frequenzen werden Antennenarrays mit einer Anzahl von Schlitzantennen, schlitzt eine halbe Wellenlänge in einer Metallplatte oder einem Rohr.UHF-Antennen sind durch Plastikboxen vor Witterungseinflüssen und Verschmutzung oder Beschädigungen durch Insekten und Vögel geschützt und das sehen wir daran Handy-, UMTS- und DVB-T-Antennen.
Arbeitsprinzip
In der Figur ist beispielhaft ein Array von 8 vertikal übereinander angeordneten Antennenelementen 1 bis 8 dargestellt. Diese sind alle im gleichen Abstand d voneinander platziert. Wenn alle Antennenelemente ein gleich starkes Feld mit gleichem abstrahlen Frequenz und Phase, für die Strahlung mit dem Winkel α mit der horizontalen Ebene heben sich die Signale der Elemente 1 und 5 auf, da der Weglängenunterschied eine halbe Wellenlänge beträgt. Gleiches gilt für die Elementpaare 2 und 6, 3 und 7 und 4 und 8. Der Winkel, unter dem dies geschieht, ergibt sich für das Beispiel von N Elementen aus:
Allgemein für 2N Elemente mit N ganzzahligen:
Die Strahlung ist maximal senkrecht zu der Linie, in der die Strahler (Antennen) platziert sind.
Um zu verhindern, dass Strahlung auch sehr stark nach unten (und nach oben) fokussiert wird, muss der Abstand zwischen den Strahlern kleiner als eine ganze Wellenlänge sein, beispielsweise 0,8 Wellenlänge. Bei 8 Strahlern ist dann der Winkel, bei dem erstmals eine vollständige Auslöschung auftritt. 9° mit der Hauptabstrahlrichtung und dem Winkel (der 3 dB-Punkt,), bei dem noch die halbe Leistungsdichte erreicht wird), beträgt 3° (entspricht einem Öffnungswinkel von 6°). Der größte Teil der Leistung wird nun senkrecht zur Linie abgestrahlt, in der die Strahler aufgestellt sind.
In der Abbildung ist das Strahlungsdiagramm von 8 bis 0,8 λ aufgereiht isotrope Heizkörper dargestellt, sowie die von Strahlern, die in ungleichen Abständen angeordnet sind (grüne Kurve). Letzteres weist darauf hin, dass es Möglichkeiten gibt, die sonst auftretenden scharfen Minima zu vermeiden und die abgestrahlte Leistung senkrecht zur Hauptrichtung des Antennenarrays (bei einem Sendemast also nach unten) zu begrenzen. Bei genauer Betrachtung des Bildes der Sendeantennen des Senders Smilde fällt auf, dass nicht alle Antennen gleich nah am Mast platziert sind. Um die Abstrahlung in Hauptrichtung zu maximieren, werden weiter vom Mast entfernte Antennenelemente nach hinten phasenverschoben. Dies hat einen ähnlichen Effekt auf das Strahlungsdiagramm bei abweichenden Winkeln, nämlich das Verhindern zu scharfer Minima bei bestimmten Winkeln. Die endgültige Wahl hängt von den Anforderungen ab, die ein Antennensystem erfüllen muss. Zu scharfe Minima im Strahlungsdiagramm können zu Problemen führen, da am Boden das Signal reflektierter Signale viel stärker ist als das direkt empfangene. Darüber hinaus werden mit der zunehmenden Nutzung der drahtlosen Telekommunikation strengere Anforderungen an die maximale Strahlenbelastung des Menschen sowie an die Vermeidung von Störungen empfindlicher elektronischer Geräte gestellt. Diese Anforderungen können durch die Verwendung von Antennenarrays mit einem gut optimierten Strahlungsdiagramm erfüllt werden.
Phasenregelantenne
Bei einer Phased-Array-Antenne kann der zu sendende oder zu empfangende Strahl gerichtet werden. Dazu müssen die Strahler beim Senden mit gleicher Frequenz, aber mit Phasenunterschied angesteuert werden. Die Phasendifferenz, die für Strahler benötigt wird, die in einer Linie äquidistant zueinander angeordnet sind d, lässt sich aus der Weglängendifferenz berechnen, die bei einem gewünschten Strahlwinkel α gleich d Sündeα. Es ist möglich, die Phasendifferenz elektronisch zu steuern, wodurch die Richtung des Hauptstrahls elektronisch gesteuert werden kannφ zwischen zwei benachbarten Strahlern, die für eine maximale Verstärkung in Strahlrichtung erforderlich sind, dann folgt:
Phasengesteuerte Antennen werden eingesetzt in Marineschiffe angewendet, bei dem Antennen in Matrixform angeordnet sind. So entsteht ein multifunktionales fester ZustandRadarsystem die der Detektion von Schiffen, Flugzeugen und Flugkörpern sowie der Kommunikation mit Lenkflugkörpern dient. Dies ist möglich, weil der Winkel, in dem Strahlung ausgesandt und empfangen wird, sehr schnell umgeschaltet werden kann.
Ein sehr großes phasengesteuertes Antennenarray ist LOFARProjekt realisiert. Das Ausrichten der Antenne erfolgt fast ausschließlich hier Software: Die Signale der Antennen verteilt über eine Fläche von mehr als 100 mal 100 Kilometer werden zuerst digitalisiert und mit einem „Zeitstempel“ versehen und dann via Glasfaserkabel zu einer Supercomputer gesteuert, der per Software eine bestimmte Richtungseinstellung des Strahls realisiert. Auf diese Weise soll es Funksignale aus den entferntesten Teilen des Universums empfangen können.
Externe Links
- Alle legalen terrestrischen AM-, FM-, DAB- und DVB-Sender in den Niederlanden, radio-tv-nederland.nl (mit viel Fotomaterial von Sendeantennen)
- Geschichte der Kurzwellenkanäle Kootwijk
- Antennen-Array-Rechner
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