1. Wprowadzenie do anten
Antena jest konstrukcją przejściową pomiędzy wolną przestrzenią a linią przesyłową, jak pokazano na rysunku 1. Linia transmisyjna może mieć postać linii koncentrycznej lub pustej rurki (falowodu), która służy do przesyłania energii elektromagnetycznej ze źródła do anteny lub z anteny do odbiornika. Pierwsza jest anteną nadawczą, a druga anteną odbiorczą.
Rysunek 1 Ścieżka transmisji energii elektromagnetycznej (przestrzeń wolna od anteny)
Transmisja systemu antenowego w trybie transmisji z rysunku 1 jest reprezentowana przez odpowiednik Thevenina, jak pokazano na rysunku 2, gdzie źródło jest reprezentowane przez idealny generator sygnału, linia transmisyjna jest reprezentowana przez linię o charakterystycznej impedancji Zc i antena jest reprezentowana przez obciążenie ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Rezystancja obciążenia RL reprezentuje przewodnictwo i straty dielektryczne związane ze strukturą anteny, Rr reprezentuje rezystancję radiacyjną anteny, a reaktancja XA służy do reprezentowania urojonej części impedancji związanej z promieniowaniem anteny. W idealnych warunkach cała energia wytwarzana przez źródło sygnału powinna zostać przeniesiona na rezystancję radiacyjną Rr, która jest wykorzystywana do przedstawienia zdolności radiacyjnej anteny. Jednakże w zastosowaniach praktycznych występują straty przewodnik-dielektryk wynikające z charakterystyki linii przesyłowej i anteny, a także straty spowodowane odbiciem (niedopasowaniem) pomiędzy linią przesyłową a anteną. Biorąc pod uwagę wewnętrzną impedancję źródła i ignorując straty w linii przesyłowej i odbicia (niedopasowanie), maksymalna moc jest dostarczana do anteny w ramach dopasowania sprzężonego.
Rysunek 2
Z powodu niedopasowania między linią transmisyjną a anteną fala odbita od interfejsu nakłada się na falę padającą ze źródła do anteny, tworząc falę stojącą, która reprezentuje koncentrację i magazynowanie energii i jest typowym urządzeniem rezonansowym. Typowy wzór fali stojącej pokazano linią przerywaną na rysunku 2. Jeśli system antenowy nie zostanie odpowiednio zaprojektowany, linia przesyłowa może w dużym stopniu pełnić funkcję elementu magazynującego energię, a nie falowodu i urządzenia do przesyłania energii.
Straty powodowane przez linię przesyłową, antenę i fale stojące są niepożądane. Straty w liniach można zminimalizować, wybierając linie przesyłowe o niskich stratach, natomiast straty w antenie można zmniejszyć, zmniejszając rezystancję strat reprezentowaną przez RL na rysunku 2. Fale stojące można zredukować, a magazynowanie energii w linii można zminimalizować, dopasowując impedancję antenę (obciążenie) o impedancji charakterystycznej linii.
W systemach bezprzewodowych, oprócz odbierania lub przesyłania energii, anteny są zwykle wymagane do wzmacniania energii wypromieniowanej w niektórych kierunkach i tłumienia energii wypromieniowanej w innych kierunkach. Dlatego oprócz urządzeń detekcyjnych anteny muszą być stosowane również jako urządzenia kierunkowe. Anteny mogą mieć różne formy, aby spełnić określone potrzeby. Może to być drut, apertura, łatka, zespół elementów (macierz), odbłyśnik, soczewka 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 programów można poprawić, stosując anteny o wysokiej wydajności. Anteny są dla systemów komunikacyjnych tym, czym oczy dla człowieka.
2. Klasyfikacja anten
1. Antena przewodowa
Anteny drutowe są jednym z najpowszechniejszych rodzajów anten, ponieważ można je spotkać niemal wszędzie – w samochodach, budynkach, statkach, samolotach, statkach kosmicznych itp. Anteny drutowe mają różne kształty, np. liniowe (dipolowe), pętlowe, spiralne, jak pokazano na rysunku 3. Anteny pętlowe nie muszą być tylko okrągłe. Mogą mieć kształt prostokątny, kwadratowy, owalny lub inny. Antena okrągła jest najbardziej popularna ze względu na prostą konstrukcję.
Rysunek 3
2. Anteny aperturowe
Anteny aperturowe odgrywają coraz większą rolę ze względu na rosnące zapotrzebowanie na bardziej złożone formy anten i wykorzystanie wyższych częstotliwości. Niektóre formy anten aperturowych (anteny piramidalne, stożkowe i prostokątne) pokazano na rysunku 4. Ten typ anteny jest bardzo przydatny w zastosowaniach w samolotach i statkach kosmicznych, ponieważ można je bardzo wygodnie zamontować na zewnętrznej powłoce samolotu lub statku kosmicznego. Ponadto można je pokryć warstwą materiału dielektrycznego, aby chronić je przed trudnymi warunkami środowiskowymi.
Rysunek 4
3. Antena mikropaskowa
Anteny mikropaskowe stały się bardzo popularne w latach 70. XX wieku, głównie do zastosowań satelitarnych. Antena składa się z podłoża dielektrycznego i metalowej łaty. Plaster metalowy może mieć wiele różnych kształtów, a najpowszechniejsza jest antena prostokątna pokazana na rysunku 5. Anteny mikropaskowe mają niski profil, nadają się do powierzchni płaskich i niepłaskich, są proste i niedrogie w produkcji, charakteryzują się dużą wytrzymałością po zamontowaniu na sztywnych powierzchniach i są kompatybilne z konstrukcjami MMIC. Można je montować na powierzchni samolotów, statków kosmicznych, satelitów, rakiet, samochodów, a nawet urządzeń mobilnych i można je odpowiednio zaprojektować.
Rysunek 5
4. Antena macierzowa
Charakterystyka promieniowania wymagana w wielu zastosowaniach może nie zostać osiągnięta za pomocą pojedynczego elementu anteny. Układy anten mogą wytwarzać promieniowanie z syntetyzowanych pierwiastków w celu wytworzenia maksymalnego promieniowania w jednym lub kilku określonych kierunkach, typowy przykład pokazano na rysunku 6.
Rysunek 6
5. Antena reflektorowa
Sukces eksploracji kosmosu doprowadził także do szybkiego rozwoju teorii anten. Ze względu na potrzebę komunikacji na bardzo duże odległości do przesyłania i odbierania sygnałów oddalonych o miliony mil należy stosować anteny o wyjątkowo dużym zysku. W tym zastosowaniu typową anteną jest antena paraboliczna pokazana na rysunku 7. Antena tego typu ma średnicę 305 metrów lub większą, a tak duży rozmiar jest niezbędny do osiągnięcia dużego wzmocnienia wymaganego do przesyłania lub odbierania sygnałów milionów mile stąd. Inną formą odbłyśnika jest odbłyśnik narożny, jak pokazano na rysunku 7 (c).
Rysunek 7
6. Anteny obiektywowe
Soczewki służą przede wszystkim do kolimacji padającej rozproszonej energii, aby zapobiec jej rozprzestrzenianiu się w niepożądanych kierunkach promieniowania. Odpowiednio zmieniając geometrię soczewki i dobierając odpowiedni materiał, potrafią przekształcić różne formy rozbieżnej energii w fale płaskie. Można je stosować w większości zastosowań, takich jak anteny z reflektorem parabolicznym, szczególnie przy wyższych częstotliwościach, a ich rozmiar i waga stają się bardzo duże przy niższych częstotliwościach. Anteny soczewkowe są klasyfikowane według materiałów konstrukcyjnych lub kształtów geometrycznych, niektóre z nich pokazano na rysunku 8.
Rysunek 8
Więcej informacji na temat anten można znaleźć na stronie:
Czas publikacji: 19 lipca 2024 r
