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 utilizată 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 transmisie a energiei electromagnetice (spațiu fără sursă-linie de transmisie-antenă)
Transmisia sistemului de antene 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 impedanță caracteristică Zc, iar antena este reprezentată de o sarcină ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Rezistența de sarcină RL reprezintă pierderile de conducție și dielectric 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 asociate radiației antenei. În condiții ideale, toată energia generată de sursa de semnal ar trebui să fie transferată rezistenței la radiație Rr, care este utilizată pentru a reprezenta capacitatea de radiație a antenei. Cu toate acestea, în aplicațiile practice, există pierderi conductor-dielectric datorate caracteristicilor liniei de transmisie și ale antenei, precum și pierderi cauzate de reflexie (nepotrivire) dintre linia de transmisie și antenă. Luând în considerare impedanța internă a sursei și ignorând pierderile prin linia de transmisie și reflexie (nepotrivire), puterea maximă este furnizată antenei în condiții de adaptare conjugată.
Figura 2
Din cauza neconcordanței dintre linia de transmisie și antenă, unda reflectată de la interfață se suprapune 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. O diagramă tipică de undă staționară este prezentată de linia punctată din Figura 2. Dacă sistemul de antenă nu este proiectat corespunzător, linia de transmisie poate acționa în mare măsură ca element de stocare a energiei, mai degrabă decât ca ghid de undă și dispozitiv de transmisie a energiei.
Pierderile cauzate de linia de transmisie, antenă și undele staționare sunt nedorite. Pierderile pe linie pot fi reduse la minimum prin selectarea liniilor de transmisie cu pierderi reduse, în timp ce pierderile pe antenă pot fi reduse prin reducerea rezistenței la pierderi reprezentate de RL în Figura 2. Undele staționare pot fi reduse, iar stocarea energiei în linie poate fi minimizată prin potrivirea impedanței antenei (sarcinii) cu impedanța caracteristică a liniei.
În sistemele wireless, pe lângă recepționarea sau transmiterea energiei, antenele sunt de obicei necesare pentru a amplifica energia radiată în anumite direcții și a suprima energia radiată în alte direcții. Prin urmare, pe lângă dispozitivele de detectare, antenele trebuie utilizate și ca dispozitive direcționale. Antenele pot avea diverse forme pentru a satisface nevoi specifice. Pot 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 printre cele mai importante componente. O proiectare bună a antenei poate reduce cerințele sistemului și poate îmbunătăți performanța generală a sistemului. Un exemplu clasic este televiziunea, unde recepția transmisiilor poate fi îmbunătățită prin utilizarea unor antene de înaltă performanță. Antenele sunt pentru sistemele de comunicații ceea ce ochii sunt pentru oameni.
2. Clasificarea antenelor
1. Antenă 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 diverse forme de antene cu fir, cum ar fi linia dreaptă (dipol), buclă, spirală, așa cum se arată în Figura 3. Antenele cu buclă nu trebuie doar să fie circulare. Ele pot fi dreptunghiulare, pătrate, ovale sau de orice altă formă. Antena circulară este cea mai comună datorită structurii sale simple.
Figura 3
2. Antene cu apertură
Antenele cu apertură joacă un rol din ce în ce mai important datorită cererii tot mai mari de antene mai complexe și utilizării frecvențelor mai înalte. Unele forme de antene cu apertură (antene piramidale, conice și dreptunghiulare cu corn) sunt prezentate în Figura 4. Acest tip de antenă este foarte util pentru aplicațiile aeronavelor și navelor spațiale, deoarece poate fi montată foarte convenabil pe carcasa exterioară a aeronavei sau a navei spațiale. În plus, pot fi acoperite cu un strat de material dielectric pentru a le proteja de medii dure.
Figura 4
3. Antenă microstrip
Antenele microstrip au devenit foarte populare în anii 1970, în principal pentru aplicații satelitare. Antena constă dintr-un substrat dielectric și un patch metalic. Patch-ul metalic poate avea multe forme diferite, iar antena patch dreptunghiulară 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 designurile MMIC. Acestea pot fi montate pe suprafața aeronavelor, navelor spațiale, sateliților, rachetelor, mașinilor și chiar a dispozitivelor mobile și pot fi proiectate conform standardelor.
Figura 5
4. Antenă de rețea
Caracteristicile de radiație necesare multor aplicații pot să nu fie atinse de un singur element de antenă. Rețelele de antene pot produce radiația elementelor sintetizate pentru a produce o radiație maximă într-una sau mai multe direcții specifice, un exemplu tipic fiind prezentat în Figura 6.
Figura 6
5. Antenă reflectorizantă
Succesul explorării spațiului a dus, de asemenea, la dezvoltarea rapidă a teoriei antenelor. Datorită necesității comunicațiilor la distanțe ultra-lungi, trebuie utilizate antene cu câștig extrem de mare pentru a transmite și recepționa semnale la milioane de kilometri distanță. În această aplicație, o formă comună de antenă este antena parabolică prezentată în Figura 7. Acest tip de antenă are un diametru de 305 metri sau mai mult, iar o dimensiune atât de mare este necesară pentru a obține câștigul ridicat necesar pentru a transmite sau recepționa semnale la milioane de kilometri distanță. O altă formă de reflector este un reflector de colț, așa cum se arată în Figura 7 (c).
Figura 7
6. Antene cu lentilă
Lentilele sunt utilizate în principal pentru a colima energia împrăștiată incidentă pentru a preveni răspândirea acesteia în direcții de radiație nedorite. Prin modificarea corespunzătoare a geometriei lentilei și alegerea materialului potrivit, acestea pot converti diverse forme de energie divergentă în unde plane. 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 mici. Antenele cu lentilă sunt clasificate în funcție de materialele de construcție sau formele geometrice, unele dintre acestea fiind prezentate în Figura 8.
Figura 8
Pentru a afla mai multe despre antene, vă rugăm să vizitați:
Data publicării: 19 iulie 2024
