1. Uvod u antene
Antena je prijelazna struktura između slobodnog prostora i dalekovoda, kao što je prikazano na slici 1. Dalekovod može biti u obliku koaksijalnog voda ili šuplje cijevi (valovoda), koja se koristi za prijenos elektromagnetske energije od izvora do antene ili od antene do prijemnika. Prva je odašiljačka antena, a druga je prijemna antena.
Slika 1 Put prijenosa elektromagnetske energije (prostor bez izvora-prijenosne linije-antene)
Prijenos antenskog sustava u načinu prijenosa na slici 1 predstavljen je Theveninovim ekvivalentom kao što je prikazano na slici 2, gdje je izvor predstavljen idealnim generatorom signala, dalekovod je predstavljen vodom s karakterističnom impedancijom Zc, a antena je predstavljena opterećenjem ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Otpor opterećenja RL predstavlja gubitke vodljivosti i dielektrične gubitke povezane sa strukturom antene, dok Rr predstavlja otpor zračenja antene, a reaktancija XA koristi se za predstavljanje imaginarnog dijela impedancije povezane sa zračenjem antene. U idealnim uvjetima, sva energija koju generira izvor signala trebala bi se prenijeti na otpor zračenja Rr, koji se koristi za predstavljanje zračenja antene. Međutim, u praktičnim primjenama postoje gubici vodič-dielektrični gubici zbog karakteristika dalekovoda i antene, kao i gubici uzrokovani refleksijom (neusklađenošću) između dalekovoda i antene. Uzimajući u obzir unutarnju impedanciju izvora i zanemarujući gubitke u dalekovodu i refleksiji (neusklađenosti), anteni se osigurava maksimalna snaga pri konjugiranom usklađivanju.
Slika 2
Zbog neusklađenosti između dalekovoda i antene, reflektirani val s međupovršine superponira se s upadnim valom od izvora do antene kako bi se formirao stojni val, koji predstavlja koncentraciju i pohranu energije te je tipičan rezonantni uređaj. Tipičan uzorak stojnog vala prikazan je isprekidanom linijom na slici 2. Ako antenski sustav nije pravilno projektiran, dalekovod može u velikoj mjeri djelovati kao element za pohranu energije, a ne kao valovod i uređaj za prijenos energije.
Gubici uzrokovani dalekovodom, antenom i stojnim valovima su nepoželjni. Gubici na vodu mogu se smanjiti odabirom dalekovoda s niskim gubicima, dok se gubici na anteni mogu smanjiti smanjenjem otpora gubitaka predstavljenog s RL na slici 2. Stojni valovi mogu se smanjiti, a pohrana energije u vodu može se smanjiti usklađivanjem impedancije antene (opterećenja) s karakterističnom impedancijom voda.
U bežičnim sustavima, osim primanja ili odašiljanja energije, antene su obično potrebne za pojačavanje zračene energije u određenim smjerovima i suzbijanje zračene energije u drugim smjerovima. Stoga se, osim uređaja za detekciju, antene moraju koristiti i kao usmjereni uređaji. Antene mogu biti u različitim oblicima kako bi zadovoljile specifične potrebe. To može biti žica, otvor blende, flaster, sklop elemenata (niz), reflektor, leća itd.
U bežičnim komunikacijskim sustavima, antene su jedna od najvažnijih komponenti. Dobar dizajn antene može smanjiti zahtjeve sustava i poboljšati ukupne performanse sustava. Klasičan primjer je televizija, gdje se prijem emitiranja može poboljšati korištenjem visokoučinkovitih antena. Antene su za komunikacijske sustave ono što su oči za ljude.
2. Klasifikacija antena
1. Žičana antena
Žičane antene jedna su od najčešćih vrsta antena jer se nalaze gotovo svugdje - automobili, zgrade, brodovi, avioni, svemirske letjelice itd. Postoje različiti oblici žičanih antena, kao što su ravna linija (dipol), petljasta, spiralna, kao što je prikazano na slici 3. Petljaste antene ne moraju biti samo kružne. Mogu biti pravokutne, kvadratne, ovalne ili bilo kojeg drugog oblika. Kružna antena je najčešća zbog svoje jednostavne strukture.
Slika 3
2. Aperturne antene
Aperturne antene igraju sve veću ulogu zbog sve veće potražnje za složenijim oblicima antena i korištenja viših frekvencija. Neki oblici aperturnih antena (piramidalne, konusne i pravokutne rogovne antene) prikazani su na slici 4. Ova vrsta antene vrlo je korisna za primjenu u zrakoplovima i svemirskim letjelicama jer se mogu vrlo praktično montirati na vanjsku ljusku zrakoplova ili svemirske letjelice. Osim toga, mogu se prekriti slojem dielektričnog materijala kako bi se zaštitile od teških uvjeta okoline.
Slika 4
3. Mikrostripna antena
Mikrostripne antene postale su vrlo popularne 1970-ih, uglavnom za satelitske primjene. Antena se sastoji od dielektrične podloge i metalne pločice. Metalna pločica može imati mnogo različitih oblika, a pravokutna antena prikazana na slici 5 je najčešća. Mikrostripne antene imaju nizak profil, prikladne su za ravne i neravne površine, jednostavne su i jeftine za proizvodnju, imaju visoku robusnost kada se montiraju na krute površine i kompatibilne su s MMIC dizajnom. Mogu se montirati na površinu zrakoplova, svemirskih letjelica, satelita, projektila, automobila, pa čak i mobilnih uređaja te mogu biti konformno dizajnirane.
Slika 5
4. Antenski niz
Karakteristike zračenja koje zahtijevaju mnoge primjene ne mogu se postići jednim antenskim elementom. Antenski nizovi mogu proizvesti zračenje iz sintetiziranih elemenata kako bi proizveli maksimalno zračenje u jednom ili više specifičnih smjerova, tipičan primjer prikazan je na slici 6.
Slika 6
5. Reflektorska antena
Uspjeh istraživanja svemira također je doveo do brzog razvoja teorije antena. Zbog potrebe za komunikacijom na ultra-dugim udaljenostima, antene s izuzetno visokim pojačanjem moraju se koristiti za odašiljanje i primanje signala udaljenih milijunima kilometara. U ovoj primjeni, uobičajeni oblik antene je parabolična antena prikazana na slici 7. Ova vrsta antene ima promjer od 305 metara ili više, a tako velika veličina je potrebna za postizanje visokog pojačanja potrebnog za odašiljanje ili primanje signala udaljenih milijunima kilometara. Drugi oblik reflektora je kutni reflektor, kao što je prikazano na slici 7 (c).
Slika 7
6. Antene objektiva
Leće se prvenstveno koriste za kolimaciju upadne raspršene energije kako bi se spriječilo njezino širenje u neželjenim smjerovima zračenja. Odgovarajućom promjenom geometrije leće i odabirom pravog materijala, mogu pretvoriti različite oblike divergentne energije u ravne valove. Mogu se koristiti u većini primjena poput paraboličnih reflektorskih antena, posebno na višim frekvencijama, a njihova veličina i težina postaju vrlo velike na nižim frekvencijama. Lećne antene klasificiraju se prema materijalima od kojih su izrađene ili geometrijskim oblicima, od kojih su neki prikazani na slici 8.
Slika 8
Za više informacija o antenama posjetite:
Vrijeme objave: 19. srpnja 2024.
