1. Uvod v antene
Antena je prehodna struktura med prostim prostorom in prenosnim vodom, kot je prikazano na sliki 1. Prenosni vod je lahko v obliki koaksialnega voda ali votle cevi (valovoda), ki se uporablja za prenos elektromagnetne energije iz vira na anteno ali z antene na sprejemnik. Prva je oddajna antena, druga pa sprejemna antena.
Slika 1 Prenosna pot elektromagnetne energije (vir-oddajnik-prostor brez antene)
Prenos antenskega sistema v načinu prenosa na sliki 1 je predstavljen s Theveninovim ekvivalentom, kot je prikazano na sliki 2, kjer je vir predstavljen z idealnim generatorjem signala, prenosni vod je predstavljen z linijo s karakteristično impedanco Zc in anteno predstavlja obremenitev ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Obremenitveni upor RL predstavlja prevodne in dielektrične izgube, povezane s strukturo antene, medtem ko Rr predstavlja sevalni upor antene, reaktanca XA pa se uporablja za predstavitev namišljenega dela impedance, povezanega s sevanjem antene. V idealnih pogojih bi se morala vsa energija, ki jo ustvari vir signala, prenesti na upornost sevanja Rr, ki se uporablja za predstavitev sevalne sposobnosti antene. Vendar pa v praktičnih aplikacijah obstajajo izgube prevodnika-dielektrika zaradi značilnosti prenosnega voda in antene, pa tudi izgube, ki jih povzroči odboj (neusklajenost) med prenosnim vodom in anteno. Ob upoštevanju notranje impedance vira in neupoštevanja izgub prenosnega voda in refleksije (neusklajenosti) je največja moč zagotovljena anteni pri konjugiranem ujemanju.
Slika 2
Zaradi neusklajenosti med prenosnim vodom in anteno se odbiti val od vmesnika prekriva z vpadnim valom od vira do antene, da se tvori stoječi val, ki predstavlja koncentracijo in shranjevanje energije in je tipična resonančna naprava. Tipičen vzorec stoječega valovanja je prikazan s pikčasto črto na sliki 2. Če antenski sistem ni pravilno zasnovan, lahko prenosni vod v veliki meri deluje kot element za shranjevanje energije, ne pa kot valovod in naprava za prenos energije.
Izgube zaradi daljnovoda, antene in stoječih valov so nezaželene. Izgube v liniji je mogoče zmanjšati z izbiro prenosnih vodov z majhnimi izgubami, medtem ko je mogoče izgube antene zmanjšati z zmanjšanjem izgubnega upora, ki ga predstavlja RL na sliki 2. Stoječe valove je mogoče zmanjšati in shranjevanje energije v liniji lahko zmanjšate z ujemanjem impedance anteno (obremenitev) z karakteristično impedanco voda.
V brezžičnih sistemih so poleg sprejemanja ali oddajanja energije antene običajno potrebne za povečanje sevane energije v določenih smereh in zadušitev sevane energije v drugih smereh. Zato je treba antene poleg detekcijskih naprav uporabljati tudi kot usmerjene naprave. Antene so lahko v različnih oblikah, ki ustrezajo posebnim potrebam. To je lahko žica, zaslonka, zaplata, sklop elementov (niz), reflektor, leča itd.
V brezžičnih komunikacijskih sistemih so antene ena najbolj kritičnih 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. Razvrstitev antene
1. Žična antena
Žične antene so ena najpogostejših vrst anten, saj jih najdemo skoraj povsod – avtomobili, zgradbe, ladje, letala, vesoljska plovila itd. Obstajajo različne oblike žičnih anten, kot so ravne (dipolne), zanke, spirale, kot je prikazano na sliki 3. Ni nujno, da so zanke le 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 imajo večjo vlogo zaradi vse večjega povpraševanja po kompleksnejših oblikah anten in uporabe višjih frekvenc. Nekatere oblike aperturnih anten (piramidalne, stožčaste in pravokotne rogaste 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, ki jih ščiti pred težkimi okolji.
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. Kovinska zaplata ima lahko veliko različnih oblik, najpogostejša pa je pravokotna zaplata, prikazana na sliki 5. Mikrotrakaste antene imajo nizek profil, primerne so za ravne in neravne površine, so enostavne in poceni za izdelavo, imajo visoko robustnost pri namestitvi na toge površine in so združljive z zasnovami MMIC. Lahko se namestijo na površino letal, vesoljskih plovil, satelitov, izstrelkov, avtomobilov in celo mobilnih naprav ter so lahko konformno oblikovani.
Slika 5
4. Antenski niz
Značilnosti sevanja, ki jih zahtevajo številne aplikacije, morda ne bo mogoče doseči z enim samim antenskim elementom. Antenski nizi lahko ustvarijo sevanje sintetiziranih elementov, da proizvedejo največje sevanje v eni ali več določenih smereh, tipičen primer je prikazan na sliki 6.
Slika 6
5. Reflektorska antena
Uspeh raziskovanja vesolja je pripeljal tudi do hitrega razvoja teorije anten. Zaradi potrebe po komunikaciji na ultra dolge razdalje je treba za oddajanje in sprejemanje signalov na milijone milj daleč uporabiti antene z izredno visokim ojačenjem. V tej aplikaciji je običajna oblika antene parabolična antena, prikazana na sliki 7. Ta vrsta antene ima premer 305 metrov ali več in tako velika velikost je potrebna za doseganje visokega ojačanja, potrebnega za oddajanje ali sprejemanje signalov na milijone milj stran. Druga oblika reflektorja je kotni reflektor, kot je prikazano na sliki 7 (c).
Slika 7
6. Antene leče
Leče se uporabljajo predvsem za kolimiranje vpadne razpršene energije, da preprečijo njeno širjenje v neželenih smereh sevanja. Z ustrezno spremembo geometrije leče in izbiro pravega materiala lahko pretvorijo različne oblike divergentne energije v ravne valove. Uporabljajo se lahko v večini aplikacij, kot so parabolične reflektorske antene, zlasti pri višjih frekvencah, njihova velikost in teža pa postaneta zelo veliki pri nižjih frekvencah. Antene z lečo so razvrščene glede na njihove konstrukcijske materiale ali geometrijske oblike, od katerih so nekatere prikazane na sliki 8.
Slika 8
Če želite izvedeti več o antenah, obiščite:
Čas objave: 19. julij 2024
