1. Introducere în antene
O antenă este o structură de tranziție între spațiul liber și o linie de transmisie, așa cum se arată în Figura 1. Linia de transmisie poate fi sub forma unei linii coaxiale sau a unui tub gol (ghid de undă), care este utilizat pentru a transmite energie electromagnetică de la o sursă. la o antenă sau de la o antenă la un receptor. Prima este o antenă de transmisie, iar cea de-a doua este o antenă de recepție.
Figura 1 Calea de transmitere a energiei electromagnetice (sursă-linie de transmisie-spațiu fără antenă)
Transmisia sistemului de antenă în modul de transmisie din figura 1 este reprezentată de echivalentul Thevenin așa cum se arată în figura 2, unde sursa este reprezentată de un generator de semnal ideal, linia de transmisie este reprezentată de o linie cu impedanța caracteristică Zc și antena este reprezentată de o sarcină ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Rezistența de sarcină RL reprezintă pierderile de conducție și dielectrice asociate structurii antenei, în timp ce Rr reprezintă rezistența la radiație a antenei, iar reactanța XA este utilizată pentru a reprezenta partea imaginară a impedanței asociată cu radiația antenei. În condiții ideale, toată energia generată de sursa de semnal ar trebui să fie transferată la rezistența la radiație Rr, care este utilizată pentru a reprezenta capacitatea de radiație a antenei. Cu toate acestea, în aplicațiile practice, există pierderi conductor-dielectric datorită caracteristicilor liniei de transmisie și antenei, precum și pierderi cauzate de reflexia (nepotrivirea) între linia de transmisie și antenă. Luând în considerare impedanța internă a sursei și ignorând linia de transmisie și pierderile de reflexie (nepotrivire), puterea maximă este furnizată antenei sub potrivire conjugată.
Figura 2
Din cauza nepotrivirii dintre linia de transmisie și antenă, unda reflectată de la interfață este suprapusă cu unda incidentă de la sursă la antenă pentru a forma o undă staționară, care reprezintă concentrarea și stocarea energiei și este un dispozitiv rezonant tipic. Un model tipic de undă staționară este prezentat de linia punctată în Figura 2. Dacă sistemul de antenă nu este proiectat corespunzător, linia de transmisie poate acționa ca un element de stocare a energiei în mare măsură, mai degrabă decât ca un ghid de undă și dispozitiv de transmisie a energiei.
Pierderile cauzate de linia de transmisie, antenă și undele staționare sunt nedorite. Pierderile de linie pot fi minimizate prin selectarea liniilor de transmisie cu pierderi reduse, în timp ce pierderile de antenă pot fi reduse prin reducerea rezistenței la pierderi reprezentată de RL în Figura 2. Undele staționare pot fi reduse și stocarea energiei în linie poate fi minimizată prin potrivirea impedanței antena (sarcina) cu impedanța caracteristică a liniei.
În sistemele fără fir, pe lângă primirea sau transmiterea energiei, antenele sunt de obicei necesare pentru a spori energia radiată în anumite direcții și pentru a suprima energia radiată în alte direcții. Prin urmare, pe lângă dispozitivele de detectare, antenele trebuie folosite și ca dispozitive direcționale. Antenele pot fi sub diferite forme pentru a satisface nevoi specifice. Poate fi un fir, o deschidere, un plasture, un ansamblu de elemente (matrice), un reflector, o lentilă etc.
În sistemele de comunicații fără fir, antenele sunt una dintre componentele cele mai critice. Designul bun al antenei poate reduce cerințele sistemului și poate îmbunătăți performanța generală a sistemului. Un exemplu clasic este televiziunea, unde recepția transmisiei poate fi îmbunătățită prin utilizarea antenelor de înaltă performanță. Antenele sunt pentru sistemele de comunicare ceea ce ochii sunt pentru oameni.
2. Clasificarea antenei
1. Antena cu fir
Antenele cu fir sunt unul dintre cele mai comune tipuri de antene, deoarece se găsesc aproape peste tot - mașini, clădiri, nave, avioane, nave spațiale etc. Există diferite forme de antene cu fir, cum ar fi linie dreaptă (dipol), buclă, spirală, după cum se arată în Figura 3. Antenele buclă nu trebuie doar să fie circulare. Ele pot fi dreptunghiulare, pătrate, ovale sau orice altă formă. Antena circulară este cea mai comună datorită structurii sale simple.
Figura 3
2. Antene cu deschidere
Antenele cu deschidere joacă un rol mai mare datorită cererii tot mai mari pentru forme mai complexe de antene și utilizării frecvențelor mai mari. Unele forme de antene cu deschidere (antene piramidale, conice și dreptunghiulare cu corn) sunt prezentate în Figura 4. Acest tip de antenă este foarte util pentru aplicații pentru avioane și nave spațiale deoarece pot fi montate foarte convenabil pe carcasa exterioară a aeronavei sau a navei spațiale. În plus, acestea pot fi acoperite cu un strat de material dielectric pentru a le proteja de mediile dure.
Figura 4
3. Antena microstrip
Antenele microstrip au devenit foarte populare în anii 1970, în principal pentru aplicații prin satelit. Antena constă dintr-un substrat dielectric și un petic metalic. Patch-ul metalic poate avea multe forme diferite, iar antena dreptunghiulară cu patch prezentată în Figura 5 este cea mai comună. Antenele Microstrip au un profil redus, sunt potrivite pentru suprafețe plane și neplane, sunt simple și ieftine de fabricat, au o robustețe ridicată atunci când sunt montate pe suprafețe rigide și sunt compatibile cu modelele MMIC. Ele pot fi montate pe suprafața aeronavelor, navelor spațiale, sateliților, rachetelor, mașinilor și chiar a dispozitivelor mobile și pot fi proiectate conform.
Figura 5
4. Antena matrice
Este posibil ca caracteristicile de radiație cerute de multe aplicații să nu fie atinse de un singur element de antenă. Rețelele de antene pot produce radiația din elementele sintetizate pentru a produce radiație maximă în una sau mai multe direcții specifice, un exemplu tipic este prezentat în Figura 6.
Figura 6
5. Antena reflector
Succesul explorării spațiului a dus și la dezvoltarea rapidă a teoriei antenei. Datorită necesității comunicării pe distanțe ultra-lungi, antene cu câștig extrem de mare trebuie folosite pentru a transmite și recepționa semnale la milioane de mile distanță. În această aplicație, o formă obișnuită de antenă este antena parabolică prezentată în Figura 7. Acest tip de antenă are un diametru de 305 metri sau mai mult și o dimensiune atât de mare este necesară pentru a obține câștigul mare necesar pentru a transmite sau primi semnale de milioane de mile depărtare. O altă formă de reflector este un reflector de colț, așa cum se arată în Figura 7 (c).
Figura 7
6. Antene lentile
Lentilele sunt utilizate în principal pentru a colima energia incidentă împrăștiată pentru a preveni răspândirea acesteia în direcții de radiație nedorite. Schimbând în mod corespunzător geometria lentilei și alegând materialul potrivit, acestea pot converti diferite forme de energie divergentă în unde plane. Ele pot fi utilizate în majoritatea aplicațiilor, cum ar fi antenele reflectoare parabolice, în special la frecvențe mai mari, iar dimensiunea și greutatea lor devin foarte mari la frecvențe mai joase. Antenele cu lentile sunt clasificate în funcție de materialele lor de construcție sau formele geometrice, dintre care unele sunt prezentate în Figura 8.
Figura 8
Pentru a afla mai multe despre antene, vă rugăm să vizitați:
Ora postării: Iul-19-2024
