【东枫科技】KrakenSDR 天线阵列设置

标准测向需要五根相同的全向天线。您可以折衷使用更少的天线，但为了获得最佳性能，我们建议使用全部五根天线。这些天线通常是磁铁安装的鞭状天线，或偶极子天线。我们建议始终使用均匀圆形阵列 (UCA) 天线，因为它可以确定来自各个方向的方位。线性阵列的限制在于，它们无法区分来自阵列前方或后方的信号。

注意，安装天线时，通常从上向下看时按顺时针方向安装。因此，天线零是指向零度的第一个天线，天线一是指向天线一右侧的坐标，依此类推。

以下说明将更详细地介绍如何优化天线阵列。不过，最简单的入门方法是使用我们的 Excel 天线阵列间距计算器，该计算器Antenna_Array_Size_Calculator.xlsx

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间距乘数解释

间距乘数和频率共同决定了阵列的尺寸。间距乘数是一个值，它与目标波长相乘，得出阵列的“元件间距”。元件间距是指阵列中每个元件之间的距离。

在所有情况下，间隔乘数必须保持在 0.5 以下，以避免出现歧义（出现多个可能的方位解）。理想情况下，您还希望将间隔乘数保持在 0.2 以上，并接近 0.5。间隔乘数越大，阵列的分辨率就越高。这意味着更好的多径处理能力。低于 0.2 时，分辨率会变得太差。

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使用 Excel 计算器

在 Excel 计算器中，黄色框表示您可以更改的数字。

频率与阵列半径的关系

在此处输入您的频率，它将显示该特定频率的天线半径以及一系列间距乘数。

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固定阵列半径的可接受频率范围

为您的应用选择合适的阵列半径后，请在此部分输入半径。绿色框将显示此阵列半径适用的频率范围。
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半径的数组坐标

本节将向您展示给定阵列大小的天线单元的精确坐标。请注意，这些坐标需要旋转，以使 ANT-0 指向移动方向。

天线间距模板

您可以使用我们的天线间距模板，它有助于精确放置天线。阵列越精确，效果就越好。

对于这两个模板，分别打印中心五边形和五条臂，然后将它们粘合在一起。

每个孔的半径间隔为 50 毫米。因此，半径间距分别为 100 毫米、150 毫米、200 毫米和 250 毫米。这些间距覆盖以下频率范围：

100毫米：510 - 1275兆赫
150毫米：340 - 850兆赫
200毫米：255 - 637兆赫
250毫米：204 - 510兆赫

天线布置

均匀圆形阵列（UCA）

如果希望从阵列周围360度探测射电源，则应将天线排列成均匀圆形阵列（UCA）。阵元间距（阵列中每个相邻天线阵元尖端之间的距离）需要根据感兴趣的频率范围进行专门设置。

您必须设计阵列，使得元件间距I_e小于λ您感兴趣的最高频率的半波长I_e = sλ

其中s是波长间隔乘数，必须小于或等于 0.5，λ是以米为单位的波长。

阵元间距大于此值的阵列将会出现所谓的“模糊性”。简而言之，这意味着系统可能会检测到来自多个方向的信号源，而我们无法确定哪个方向才是真正的方向。这显然不理想，因此请始终将乘数保持在 0.5 以下。

使用小于 0.5 的间隔乘数也允许您设计更小的阵列尺寸，但会牺牲一些精度。通常，低至是s=0.2可以接受的，我们通常将阵列设置为s=0.33。需要注意的是，测向结果的精度会随着间隔乘数的减小而降低，对于 5 个阵元的阵列，精度在左右以下开始变得不可接受s=0.2。

由于阵元间计算取决于波长，因此可以得出结论，较低的频率需要更大的天线阵列尺寸。这表明，这种无线电测向方法对于波长较长的频率可能不切实际，因为阵列会占用大量空间。对于波长较长的高频和较小的甚高频频率，其他无线电测向方法（例如时差法、沃森-瓦特测向法和手动八木天线测向法）可能更合适。

通过测量半径而不是测量单元间距来设置UCA阵列可能更有用。给定间距乘数和波长，计算半径的公式如下：

r = sλ / √(2 (1-cos⁡(360/n))

其中s = spacing multiplier，λ = wavelength in meters和n = number of antenna elements

均匀线性阵列（ULA）

另一种设置阵列的方法是使用均匀线性阵列 (ULA)，即将天线排列成一条直线。这种布置的缺点是阵列的有效范围仅为 180 度，而且无法知道信号是来自阵列前方还是后方。

ULA 的优势在于其更大的孔径，从而实现更高的精度分辨率。但这种更高的精度仅适用于接近阵列正交角度的信号。在阵列 0 度和 180 度边缘附近，有效孔径会显得小得多。

想象一下，与阵列正交时相比，信号从阵列边缘“看到”的阵列表面积有多大。因此，线性阵列仅推荐用于某些特定情况，即您知道信号的大致方向，并且知道它不会偏离得太远。

元件间距计算公式与 UCA 相同。

I_e = sλ

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天线和同轴电缆精度

KrakenSDR 无法补偿外部天线系统中的相位失真。因此，您必须使用相同的天线、相同的同轴电缆，并尽可能精确地布置天线阵列。我们建议使用我们的阵列间距模板来帮助您完成此操作。一个技巧是在放置天线后测量天线单元之间的间距，并确认所有测量值均相同。

在 900 MHz 左右之前，所有连接天线和 KrakenSDR 的同轴电缆长度必须一致，误差在厘米以内。如果电缆长度不一致，则无法测向。

目标频率越高，天线位置布局和同轴电缆长度公差就需要越精确。例如，在 800 MHz 频率下，阵列中同轴电缆长度相差 1 厘米，就可能导致单元间相位失真高达 14 度。在 400 MHz 频率下，同样的 1 厘米相差会导致 7 度失真。

请注意，这种变形发生在元件之间，并不会直接转化为轴承变形，轴承变形通常较小。然而，请注意，电缆长度精度是一个重要的考虑因素。

天线阵列定位

在车辆上，天线最好安装在车顶。理想情况下，像车顶行李架这样可能遮挡天线的物体也应该被移除。

对于固定站点，您需要将阵列放置在尽可能高的位置，远离障碍物。附近的障碍物（例如其他天线、杆子、屋顶）可能会导致多径和其他折射效应，从而扭曲信号到达的角度，导致效果不佳。

在这两种情况下，都要确保同轴电缆整齐排列，最好所有电缆都朝同一方向走线，并用扎带捆扎在一起。保持电缆整齐排列可以确保所有电缆弯曲引起的相位失真都一致。

请注意，某些固定站点天线阵列（例如 Arrow Antennas 公司生产的阵列）可能带有用于放置不同半径元件的钻孔。务必注意，您一次只能使用一组元件。如果在同一阵列上同时放置其他未使用的元件，这些元件将阻挡、反射和折射入射信号，如果信号到达系统检测到的方向，则会导致角度严重失真。

如果需要运行多个天线阵列，则需要将多个阵列水平间距适当分布，或垂直高度分布。一个想法是将较小的阵列堆叠在较大的阵列之上。

伸缩天线长度

这些是我们 KrakenTenna 天线组的可用频率范围。这些天线的带宽相对较宽，其工作方式与 1/4 波长的地平面天线并不完全相同。

注意：我们先从最下方的延伸部分开始测量。最上方最薄的小延伸部分是第 7 个延伸部分。最下方最宽的延伸部分是第 1 个延伸部分。

这些频率范围基于将天线放置在接地平面上进行的驻波比 (SWR) 测量。如果没有合适的接地平面（例如汽车车顶），结果会有所不同。

如果您要调谐的频率不在以下范围内，请扩展与最接近频率匹配的元件数量。例如，对于 161 MHz，您可以使用三个扩展元件。

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外部射频组件

请注意，放置在射频链路中的任何外部组件（例如开关、低噪声放大器 (LNA) 和滤波器）都可能造成天线相位失真，从而导致效果不佳。您可能需要进行实验室测试，以确认您的组件是否会导致不可忽略的相位失真。通常，我们发现大多数简单的滤波器会导致可忽略的失真，而 LNA（只要它们完全相同，并且使用相同的适配器）也只会导致轻微的失真。