Sistem Radar - Antena Array Bertahap
Satu Antena dapat memancarkan sejumlah daya ke arah tertentu. Jelas, jumlah daya radiasi akan meningkat saat kita menggunakan kelompok Antena secara bersamaan. Kelompok Antena disebutAntenna array.
Antenna array adalah sistem radiasi yang terdiri dari radiator dan elemen. Masing-masing radiator ini memiliki medan induksi tersendiri. Unsur-unsur ditempatkan begitu dekat sehingga masing-masing terletak di medan induksi yang bertetangga. Oleh karena itu, pola radiasi yang dihasilkan oleh mereka adalahvector sum dari individu.
Antena memancarkan secara individual dan saat berada dalam sebuah array, radiasi semua elemen dijumlahkan, untuk membentuk berkas radiasi, yang memiliki penguatan tinggi, pengarahan tinggi, dan kinerja lebih baik, dengan kerugian minimum.
Sebuah array antena dikatakan Phased Antenna array jika bentuk dan arah pola radiasi bergantung pada fase relatif dan amplitudo arus yang ada di setiap Antena larik itu.
Pola radiasi
Mari kita pertimbangkan elemen radiasi isotropik 'n', yang bila digabungkan membentuk an array. Gambar yang diberikan di bawah ini akan membantu Anda memahami hal yang sama. Biarkan jarak antara elemen yang berurutan menjadi unit 'd'.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar, semua elemen radiasi menerima sinyal masuk yang sama. Jadi, setiap elemen menghasilkan tegangan keluaran yang sama $ sin \ left (\ omega t \ right) $. Namun, akan ada yang setaraphase difference$ \ Psi $ antara elemen yang berurutan. Secara matematis, dapat ditulis sebagai -
$$ \ Psi = \ frac {2 \ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \: \: \: \: \: Persamaan \: 1 $$
Dimana,
$ \ theta $ adalah sudut di mana sinyal yang masuk terjadi pada setiap elemen radiasi.
Secara matematis, kita dapat menuliskan ekspresi untuk output voltages elemen radiasi 'n' secara individual sebagai
$$ E_1 = \ sin \ kiri [\ omega t \ kanan] $$
$$ E_2 = \ sin \ kiri [\ omega t + \ Psi \ kanan] $$
$$ E_3 = \ sin \ kiri [\ omega t + 2 \ Psi \ kanan] $$
$$. $$
$$. $$
$$. $$
$$ E_n = \ sin \ kiri [\ omega t + \ kiri (N-1 \ kanan) \ Psi \ kanan] $$
Dimana,
$ E_1, E_2, E_3, ..., E_n $ adalah tegangan output pertama, kedua, ketiga, ..., n th masing-masing elemen radiasi.
$ \ omega $ adalah frekuensi sudut dari sinyal.
Kami akan mendapatkan overall output voltage$ E_a $ dari array dengan menambahkan tegangan output dari setiap elemen yang ada dalam array itu, karena semua elemen radiasi tersebut terhubung dalam array linier. Secara matematis, ini dapat direpresentasikan sebagai -
$$ E_a = E_1 + E_2 + E_3 +… + E_n \: \: \: Persamaan \: 2 $$
Substitute, nilai $ E_1, E_2, E_3,…, E_n $ pada Persamaan 2.
$$ E_a = \ sin \ kiri [\ omega t \ kanan] + \ sin \ kiri [\ omega t + \ Psi \ kanan] + \ sin \ kiri [\ omega t + 2 \ Psi \ kanan] + \ sin \ kiri [\ omega t + \ kiri (n-1 \ kanan) \ Psi \ kanan] $$
$$ \ Rightarrow E_a = \ sin \ kiri [\ omega t + \ frac {(n-1) \ Psi)} {2} \ kanan] \ frac {\ sin \ kiri [\ frac {n \ Psi} {2} \ kanan]} {\ sin \ left [\ frac {\ Psi} {2} \ right]} \: \: \: \: \: Persamaan \: 3 $$
Dalam Persamaan 3, ada dua suku. Dari suku pertama, kita dapat mengamati bahwa tegangan keluaran keseluruhan $ E_a $ adalah gelombang sinus yang memiliki frekuensi sudut $ \ omega $. Tapi, itu mengalami pergeseran fasa $ \ kiri (n − 1 \ kanan) \ Psi / 2 $. Suku kedua dari Persamaan 3 adalahamplitude factor.
Besarnya Persamaan 3 akan menjadi
$$ \ kiri | E_a \ kanan | = \ kiri | \ frac {\ sin \ kiri [\ frac {n \ Psi} {2} \ kanan]} {\ sin \ kiri [\ frac {\ Psi} {2} \ kanan]} \ kanan | \: \: \: \: \: Persamaan \: 4 $$
Kita akan mendapatkan persamaan berikut dengan mengganti Persamaan 1 pada Persamaan 4.
$$ \ kiri | E_a \ kanan | = \ kiri | \ frac {\ sin \ left [\ frac {n \ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \ right]} {\ sin \ left [\ frac {\ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \ kanan]} \ kanan | \: \: \: \: \: Persamaan \: 5 $$
Persamaan 5 disebut field intensity pattern. Pola intensitas bidang akan memiliki nilai nol jika pembilang Persamaan 5 adalah nol
$$ \ sin \ kiri [\ frac {n \ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \ kanan] = 0 $$
$$ \ Rightarrow \ frac {n \ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} = \ pm m \ pi $$
$$ \ Rightarrow nd \ sin \ theta = \ pm m \ lambda $$
$$ \ Rightarrow \ sin \ theta = \ pm \ frac {m \ lambda} {nd} $$
Dimana,
$ m $ adalah bilangan bulat dan sama dengan 1, 2, 3, dan seterusnya.
Kami dapat menemukan maximum valuespola intensitas lapangan dengan menggunakan aturan L-Hospital ketika pembilang dan penyebut Persamaan 5 sama dengan nol. Dapat kita amati bahwa jika penyebut persamaan 5 menjadi nol, maka pembilang persamaan 5 juga menjadi nol.
Sekarang, mari kita dapatkan kondisi di mana penyebut dari Persamaan 5 menjadi nol.
$$ \ sin \ kiri [\ frac {\ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \ kanan] = 0 $$
$$ \ Rightarrow \ frac {\ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} = \ pm p \ pi $$
$$ \ Rightarrow d \ sin \ theta = \ pm p \ lambda $$
$$ \ Rightarrow \ sin \ theta = \ pm \ frac {p \ lambda} {d} $$
Dimana,
$ p $ adalah bilangan bulat dan sama dengan 0, 1, 2, 3, dan seterusnya.
Jika kita menganggap $ p $ sebagai nol, maka kita akan mendapatkan nilai $ \ sin \ theta $ sebagai nol. Untuk kasus ini, kita akan mendapatkan nilai maksimum pola intensitas bidang yang sesuai denganmain lobe. Kami akan mendapatkan nilai maksimum dari pola intensitas lapangan yang sesuaiside lobes, jika kita mempertimbangkan nilai lain $ p $.
Arah pola radiasi dari array bertahap dapat diarahkan dengan memvariasikan fase relatif arus yang ada di setiap Antena. Ini adalahadvantage dari array bertahap pemindaian elektronik.