1. Wprowadzenie do anten
Antena to struktura przejściowa między przestrzenią swobodną a linią transmisyjną, jak pokazano na rysunku 1. Linia transmisyjna może mieć postać przewodu koncentrycznego lub pustej rury (falowodu), która służy do przesyłania energii elektromagnetycznej ze źródła do anteny lub z anteny do odbiornika. Pierwsza z nich to antena nadawcza, a druga – odbiorcza.antena.
Rysunek 1. Droga przesyłu energii elektromagnetycznej
Transmisja systemu antenowego w trybie transmisji z rysunku 1 jest reprezentowana przez ekwiwalent Thevenina, jak pokazano na rysunku 2, gdzie źródło jest reprezentowane przez idealny generator sygnału, linia transmisyjna jest reprezentowana przez linię o impedancji charakterystycznej Zc, a antena jest reprezentowana przez obciążenie ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Rezystancja obciążenia RL reprezentuje straty przewodzenia i dielektryczne związane ze strukturą anteny, podczas gdy Rr reprezentuje rezystancję promieniowania anteny, a reaktancja XA jest używana do reprezentowania urojonej części impedancji związanej z promieniowaniem anteny. W warunkach idealnych cała energia generowana przez źródło sygnału powinna zostać przeniesiona na rezystancję promieniowania Rr, która jest używana do reprezentowania zdolności radiacyjnej anteny. Jednak w zastosowaniach praktycznych występują straty przewodnikowo-dielektryczne wynikające z charakterystyki linii transmisyjnej i anteny, a także straty spowodowane odbiciem (niedopasowaniem) między linią transmisyjną a anteną. Biorąc pod uwagę impedancję wewnętrzną źródła i ignorując straty linii transmisyjnej oraz straty odbicia (niedopasowania), maksymalna moc jest dostarczana do anteny przy dopasowaniu sprzężonym.
Rysunek 2
Z powodu niedopasowania między linią transmisyjną a anteną, fala odbita z interfejsu nakłada się na falę padającą ze źródła do anteny, tworząc falę stojącą, która reprezentuje koncentrację i magazynowanie energii i jest typowym elementem rezonansowym. Typowy przebieg fali stojącej pokazano linią przerywaną na rysunku 2. Jeśli system antenowy nie jest prawidłowo zaprojektowany, linia transmisyjna może w dużej mierze pełnić funkcję elementu magazynującego energię, a nie falowodu i urządzenia do jej przesyłu.
Straty generowane przez linię transmisyjną, antenę i fale stojące są niepożądane. Straty liniowe można zminimalizować, wybierając linie transmisyjne o niskich stratach, natomiast straty antenowe można zmniejszyć, zmniejszając rezystancję strat, reprezentowaną przez współczynnik strat RL na rysunku 2. Fale stojące można zredukować, a magazynowanie energii w linii można zminimalizować, dopasowując impedancję anteny (obciążenia) do impedancji charakterystycznej linii.
W systemach bezprzewodowych, oprócz odbioru lub transmisji energii, anteny zazwyczaj służą do wzmacniania energii promieniowanej w określonych kierunkach i tłumienia energii promieniowanej w innych kierunkach. Dlatego, oprócz urządzeń detekcyjnych, anteny muszą również pełnić funkcję kierunkową. Anteny mogą występować w różnych formach, w zależności od potrzeb. Mogą to być przewody, apertury, łatki, układy elementów (macierze), reflektory, soczewki itp.
W systemach komunikacji bezprzewodowej anteny są jednym z najważniejszych elementów. Dobra konstrukcja anteny może zmniejszyć wymagania systemowe i poprawić ogólną wydajność systemu. Klasycznym przykładem jest telewizja, gdzie odbiór sygnału można poprawić, stosując anteny o wysokiej wydajności. Anteny są dla systemów komunikacyjnych tym, czym oczy dla ludzi.
2. Klasyfikacja anten
Antena tubowa to antena płaska, antena mikrofalowa o okrągłym lub prostokątnym przekroju poprzecznym, który stopniowo rozszerza się na końcu falowodu. Jest to najszerzej stosowany typ anteny mikrofalowej. Jej pole promieniowania jest określone przez rozmiar apertury tuby i rodzaj propagacji. Wpływ ścianki tuby na promieniowanie można obliczyć, korzystając z zasady dyfrakcji geometrycznej. Jeśli długość tuby pozostanie niezmieniona, rozmiar apertury i kwadratowa różnica faz będą rosły wraz ze wzrostem kąta otwarcia tuby, ale wzmocnienie nie zmieni się wraz ze wzrostem rozmiaru apertury. Jeśli pasmo częstotliwości tuby musi zostać rozszerzone, konieczne jest zmniejszenie odbicia na szyjce i aperturze tuby; odbicie będzie maleć wraz ze wzrostem rozmiaru apertury. Konstrukcja anteny tubowej jest stosunkowo prosta, a charakterystyka promieniowania jest również stosunkowo prosta i łatwa do kontrolowania. Jest ona powszechnie stosowana jako antena kierunkowa o średnim paśmie. Paraboliczne anteny tubowe z reflektorem o szerokim paśmie, niskich listkach bocznych i wysokiej sprawności są często stosowane w mikrofalowej komunikacji przekaźnikowej.
RM-DCPHA105145-20 (10,5-14,5 GHz)
RM-BDHA1850-20 (18-50 GHz)
RM-SGHA430-10 (1,70-2,60 GHz)
2. Antena mikropaskowa
Struktura anteny mikropaskowej składa się zazwyczaj z podłoża dielektrycznego, radiatora i płaszczyzny uziemienia. Grubość podłoża dielektrycznego jest znacznie mniejsza niż długość fali. Cienka warstwa metalu na spodzie podłoża jest połączona z płaszczyzną uziemienia, a cienka warstwa metalu o określonym kształcie jest wykonywana z przodu w procesie fotolitografii jako radiator. Kształt radiatora można modyfikować na wiele sposobów, w zależności od potrzeb.
Rozwój technologii integracji mikrofalowej i nowych procesów produkcyjnych przyczynił się do rozwoju anten mikropaskowych. W porównaniu z tradycyjnymi antenami, anteny mikropaskowe charakteryzują się nie tylko niewielkimi rozmiarami, niską wagą, niskim profilem i łatwością dopasowania, ale także łatwością integracji, niskim kosztem, możliwością produkcji masowej oraz zróżnicowanymi właściwościami elektrycznymi.
RM-MA424435-22 (4,25-4,35 GHz)
RM-MA25527-22 (25,5-27 GHz)
3. Antena szczelinowa falowodowa
Antena szczelinowa falowodu to antena wykorzystująca szczeliny w strukturze falowodu do emisji promieniowania. Zazwyczaj składa się z dwóch równoległych metalowych płyt tworzących falowód z wąską szczeliną między nimi. Gdy fale elektromagnetyczne przechodzą przez szczelinę falowodu, występuje zjawisko rezonansu, generujące silne pole elektromagnetyczne w pobliżu szczeliny, co umożliwia emisję promieniowania. Dzięki swojej prostej konstrukcji, antena szczelinowa falowodu może emitować promieniowanie szerokopasmowe o wysokiej wydajności, dlatego jest szeroko stosowana w radarach, komunikacji, czujnikach bezprzewodowych i innych dziedzinach w pasmach mikrofalowych i milimetrowych. Jej zalety to wysoka wydajność promieniowania, charakterystyka szerokopasmowa i dobre właściwości przeciwzakłóceniowe, dlatego jest preferowana przez inżynierów i naukowców.
RM-PA7087-43 (71-86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75-14,5 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10 GHz)
Antena dwustożkowa to szerokopasmowa antena o konstrukcji dwustożkowej, charakteryzująca się szeroką odpowiedzią częstotliwościową i wysoką wydajnością promieniowania. Dwie stożkowe części anteny dwustożkowej są symetryczne względem siebie. Dzięki takiej konstrukcji możliwe jest uzyskanie efektywnego promieniowania w szerokim paśmie częstotliwości. Antena ta jest zazwyczaj stosowana w takich dziedzinach jak analiza widmowa, pomiar promieniowania i badania EMC (kompatybilności elektromagnetycznej). Charakteryzuje się dobrym dopasowaniem impedancyjnym i charakterystyką promieniowania i nadaje się do zastosowań wymagających pokrycia wielu częstotliwości.
RM-BCA2428-4(24-28GHz)
RM-BCA218-4 (2-18 GHz)
Antena spiralna to szerokopasmowa antena o strukturze spiralnej, charakteryzująca się szeroką odpowiedzią częstotliwościową i wysoką wydajnością promieniowania. Antena spiralna osiąga różnorodność polaryzacji i szerokopasmowe charakterystyki promieniowania dzięki strukturze spiralnych cewek i jest odpowiednia do radarów, systemów łączności satelitarnej i systemów komunikacji bezprzewodowej.
RM-PSA0756-3 (0,75-6 GHz)
RM-PSA218-2R(2-18 GHz)
Aby dowiedzieć się więcej o antenach, odwiedź stronę:
Czas publikacji: 14 czerwca 2024 r.
