1. Uvod v antene
Antena je prehodna struktura med prostim prostorom in daljnovodom, kot je prikazano na sliki 1. Daljnovod je lahko v obliki koaksialnega voda ali votle cevi (valovoda), ki se uporablja za prenos elektromagnetne energije od vira do antene ali od antene do sprejemnika. Prva je oddajna antena, druga pa sprejemna antena.
Slika 1 Pot prenosa elektromagnetne energije (prostor med virom, prenosnim vodom in anteno)
Prenos antenskega sistema v načinu prenosa na sliki 1 je predstavljen s Theveninovim ekvivalentom, kot je prikazano na sliki 2, kjer vir predstavlja idealni generator signala, daljnovod je predstavljen z linijo z značilno impedanco Zc, antena pa je predstavljena z obremenitvijo ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Upor obremenitve RL predstavlja prevodnostne in dielektrične izgube, povezane s strukturo antene, medtem ko Rr predstavlja sevalno upornost antene, reaktanca XA pa se uporablja za predstavitev imaginarnega dela impedance, povezane s sevanjem antene. V idealnih pogojih bi se morala vsa energija, ki jo ustvari vir signala, prenesti na sevalno upornost Rr, ki se uporablja za predstavitev sevalne zmogljivosti antene. Vendar pa v praktični uporabi obstajajo prevodno-dielektrične izgube zaradi značilnosti daljnovoda in antene, pa tudi izgube zaradi odboja (neusklajenosti) med daljnovodom in anteno. Če upoštevamo notranjo impedanco vira in zanemarimo izgube v daljnovodu in odboju (neusklajenosti), antena doseže največjo moč pri konjugiranem ujemanju.
Slika 2
Zaradi neusklajenosti med daljnovodom in anteno se odbiti val z vmesnika prekriva z vpadnim valom od vira do antene in tvori stoječi val, ki predstavlja koncentracijo in shranjevanje energije ter je tipična resonančna naprava. Tipičen vzorec stoječega vala je prikazan s pikčasto črto na sliki 2. Če antenski sistem ni pravilno zasnovan, lahko daljnovod v veliki meri deluje kot element za shranjevanje energije in ne kot valovod in naprava za prenos energije.
Izgube, ki jih povzročajo daljnovod, antena in stoječi valovi, so nezaželene. Izgube v vodu je mogoče zmanjšati z izbiro daljnovodov z nizkimi izgubami, izgube v anteni pa z zmanjšanjem upornosti izgub, ki jo na sliki 2 predstavlja RL. Stoječe valove je mogoče zmanjšati in shranjevanje energije v vodu zmanjšati z usklajevanjem impedance antene (bremena) z značilno impedanco voda.
V brezžičnih sistemih so poleg sprejemanja ali oddajanja energije običajno potrebne tudi antene za povečanje sevane energije v določenih smereh in zatiranje sevane energije v drugih smereh. Zato je treba antene poleg detekcijskih naprav uporabljati tudi kot usmerjene naprave. Antene so lahko v različnih oblikah, da ustrezajo specifičnim potrebam. Lahko so žica, odprtina, obliž, sklop elementov (matrika), reflektor, leča itd.
V brezžičnih komunikacijskih sistemih so antene ena najpomembnejših komponent. Dobra zasnova antene lahko zmanjša sistemske zahteve in izboljša splošno delovanje sistema. Klasičen primer je televizija, kjer je mogoče sprejem oddajanja izboljšati z uporabo visokozmogljivih anten. Antene so za komunikacijske sisteme to, kar so oči za ljudi.
2. Klasifikacija anten
1. Žična antena
Žične antene so ena najpogostejših vrst anten, saj jih najdemo skoraj povsod – v avtomobilih, stavbah, ladjah, letalih, vesoljskih plovilih itd. Obstajajo različne oblike žičnih anten, kot so ravne (dipol), zančne, spiralne, kot je prikazano na sliki 3. Zančne antene niso nujno okrogle. Lahko so pravokotne, kvadratne, ovalne ali katere koli druge oblike. Krožna antena je najpogostejša zaradi svoje preproste strukture.
Slika 3
2. Aperturne antene
Aperturne antene igrajo vse večjo vlogo zaradi naraščajočega povpraševanja po bolj kompleksnih oblikah anten in uporabe višjih frekvenc. Nekatere oblike aperturnih anten (piramidalne, stožčaste in pravokotne rogovne antene) so prikazane na sliki 4. Ta vrsta antene je zelo uporabna za uporabo v letalih in vesoljskih plovilih, saj jih je mogoče zelo priročno namestiti na zunanjo lupino letala ali vesoljskega plovila. Poleg tega jih je mogoče prekriti s plastjo dielektričnega materiala, da jih zaščiti pred ostrim okoljem.
Slika 4
3. Mikrotrakasta antena
Mikrotrakaste antene so postale zelo priljubljene v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, predvsem za satelitske aplikacije. Antena je sestavljena iz dielektrične podlage in kovinskega obliža. Kovinski obliž ima lahko veliko različnih oblik, najpogostejša pa je pravokotna antena, prikazana na sliki 5. Mikrotrakaste antene imajo nizek profil, so primerne za ravne in neravne površine, so preproste in poceni za izdelavo, imajo visoko robustnost pri namestitvi na toge površine in so združljive z MMIC zasnovami. Namestiti jih je mogoče na površino letal, vesoljskih plovil, satelitov, raket, avtomobilov in celo mobilnih naprav ter so lahko konformno zasnovane.
Slika 5
4. Antenska mreža
Karakteristik sevanja, ki jih zahtevajo številne aplikacije, ni mogoče doseči z enim samim antenskim elementom. Antenski nizi lahko sevanje iz sintetiziranih elementov ustvarijo tako, da proizvedejo maksimalno sevanje v eni ali več določenih smereh, tipičen primer je prikazan na sliki 6.
Slika 6
5. Reflektorska antena
Uspeh raziskovanja vesolja je privedel tudi do hitrega razvoja teorije anten. Zaradi potrebe po komunikaciji na ultra dolge razdalje je treba za oddajanje in sprejemanje signalov na milijone kilometrov stran uporabiti antene z izjemno visokim ojačanjem. V tej uporabi je pogosta oblika antene parabolična antena, prikazana na sliki 7. Ta vrsta antene ima premer 305 metrov ali več, tako velika velikost pa je potrebna za doseganje visokega ojačanja, potrebnega za oddajanje ali sprejemanje signalov na milijone kilometrov stran. Druga oblika reflektorja je vogalni reflektor, kot je prikazano na sliki 7 (c).
Slika 7
6. Leče antene
Leče se uporabljajo predvsem za kolimacijo vpadne razpršene energije, da se prepreči njeno širjenje v neželene smeri sevanja. Z ustrezno spremembo geometrije leče in izbiro pravega materiala lahko pretvorijo različne oblike divergentne energije v ravninske valove. Uporabljajo se lahko v večini aplikacij, kot so parabolične reflektorske antene, zlasti pri višjih frekvencah, njihova velikost in teža pa postaneta pri nižjih frekvencah zelo veliki. Lečne antene so razvrščene glede na materiale, iz katerih so izdelane, ali geometrijske oblike, nekatere od njih pa so prikazane na sliki 8.
Slika 8
Če želite izvedeti več o antenah, obiščite:
Čas objave: 19. julij 2024
