1. Uvod u antene
Antena je prijelazna struktura između slobodnog prostora i prijenosnog voda, kao što je prikazano na slici 1. Prijenosni vod može biti u obliku koaksijalnog voda ili šuplje cijevi (valovoda), koja se koristi za prijenos elektromagnetske energije iz izvora na antenu ili s antene na prijemnik. Prva je odašiljačka antena, a potonja je prijemna antena.
Slika 1 Put prijenosa elektromagnetske energije (izvor-prijenosna linija-prostor bez 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, prijenosna linija je predstavljena linijom s karakterističnom impedancijom Zc, a antena je predstavljena opterećenjem ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Otpor opterećenja RL predstavlja vodljivost i dielektrične gubitke povezane sa strukturom antene, dok Rr predstavlja otpor zračenja antene, a reaktancija XA koristi se za predstavljanje imaginarnog dijela impedancije povezanog sa zračenjem antene. Pod idealnim uvjetima, sva energija koju generira izvor signala trebala bi se prenijeti na otpor zračenja Rr, koji se koristi za predstavljanje sposobnosti zračenja antene. Međutim, u praktičnim primjenama postoje gubici vodič-dielektrik zbog karakteristika dalekovoda i antene, kao i gubici uzrokovani refleksijom (nesklapanjem) između dalekovoda i antene. Uzimajući u obzir unutarnju impedanciju izvora i zanemarujući gubitke prijenosne linije i refleksije (neusklađenosti), maksimalna snaga se daje anteni pod konjugiranim usklađivanjem.
Slika 2
Zbog neusklađenosti između prijenosne linije i antene, reflektirani val od sučelja superponira se s upadnim valom od izvora do antene kako bi se formirao stojni val, koji predstavlja koncentraciju i pohranu energije i tipičan je rezonantni uređaj. Tipični uzorak stojnog vala prikazan je isprekidanom linijom na slici 2. Ako antenski sustav nije pravilno projektiran, dalekovod može djelovati kao element za pohranu energije u velikoj mjeri, a ne kao valovod i uređaj za prijenos energije.
Gubici uzrokovani dalekovodom, antenom i stojnim valovima su nepoželjni. Gubici u liniji mogu se svesti na najmanju moguću mjeru odabirom prijenosnih vodova s malim gubicima, dok se gubici antene mogu smanjiti smanjenjem otpora gubitaka predstavljenog s RL na slici 2. Stojeći valovi mogu se smanjiti, a skladištenje energije u liniji može se minimizirati usklađivanjem impedancije antena (opterećenje) s karakterističnom impedancijom voda.
U bežičnim sustavima, osim primanja ili odašiljanja energije, antene su obično potrebne za povećanje zračene energije u određenim smjerovima i potiskivanje zračene energije u drugim smjerovima. Dakle, osim uređaja za detekciju, antene se moraju koristiti i kao usmjereni uređaji. Antene mogu biti u različitim oblicima kako bi zadovoljile specifične potrebe. To može biti žica, otvor, zakrpa, sklop elemenata (niz), reflektor, leća itd.
U bežičnim komunikacijskim sustavima antene su jedna od najkritičnijih komponenti. Dobar dizajn antene može smanjiti zahtjeve sustava i poboljšati ukupne performanse sustava. Klasičan primjer je televizija, gdje se prijem emitiranja može poboljšati korištenjem antena visokih performansi. Antene su za komunikacijske sustave ono što su oči za ljude.
2. Klasifikacija antena
1. Žičana antena
Žičane antene su jedna od najčešćih vrsta antena jer ih nalazimo gotovo posvuda - automobili, zgrade, brodovi, zrakoplovi, svemirske letjelice, itd. Postoje različiti oblici žičane antene, kao što su ravne (dipolne), petljaste, spiralne, kružne (dipolne), kružne (dipolne), kružne (petljaste), spiralne (dipolne), kružne (dipolne), kružne (dipolne), kružne (petljaste), spiralne (dipolne), kružne (dipolne), kružne (dipolne), kružne, spiralne (dipolne), kružne (dipolne), kružne (dipolne), kružne, spiralne (dipolne), kružne (dipolne), kružne (dipolne), kružne, spiralne (dipolne), kružne (dipolne), kružne (dipolne), kružne, spiralne (dipolne), kružne (dipolne), kružne (dipolne), kružne (spirale), kružne (dipolne), kružne (dipolne), kružne (dipolne), kružne (dipolne), kružne (spirale). kao što je prikazano na slici 3. Okvirne antene ne moraju biti samo kružne. Mogu biti pravokutnog, kvadratnog, ovalnog ili bilo kojeg drugog oblika. Kružna antena je najčešća zbog svoje jednostavne strukture.
Slika 3
2. Antene s otvorom blende
Antene s otvorom imaju sve veću ulogu zbog sve veće potražnje za složenijim oblicima antena i korištenja viših frekvencija. Neki oblici antena s otvorom (piramidalne, stožaste i pravokutne rogaste antene) prikazani su na slici 4. Ova vrsta antene vrlo je korisna za aplikacije u zrakoplovima i svemirskim letjelicama jer se mogu vrlo jednostavno montirati na vanjsku školjku zrakoplova ili svemirske letjelice. Osim toga, mogu se prekriti slojem dielektričnog materijala kako bi se zaštitili od oštrih okolina.
Slika 4
3. Mikrotrakasta antena
Mikrotrakaste antene postale su vrlo popularne 1970-ih, uglavnom za satelitske aplikacije. Antena se sastoji od dielektrične podloge i metalne zakrpe. Metalni patch može imati mnogo različitih oblika, a pravokutna patch antena prikazana na slici 5 je najčešća. Mikrotrakaste antene imaju nizak profil, prikladne su za ravne i neplanarne 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 i mogu biti konformno dizajnirani.
Slika 5
4. Antenski niz
Karakteristike zračenja koje zahtijevaju mnoge primjene možda se neće postići jednim elementom antene. Antenski nizovi mogu stvarati zračenje od sintetiziranih elemenata da proizvedu 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 velikim udaljenostima, antene s iznimno velikim pojačanjem moraju se koristiti za prijenos i primanje signala milijunima milja daleko. 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 neophodna za postizanje visokog pojačanja potrebnog za slanje ili primanje signala milijuna miljama daleko. Drugi oblik reflektora je kutni reflektor, kao što je prikazano na slici 7 (c).
Slika 7
6. Antene s lećama
Leće se prvenstveno koriste za kolimiranje upadne raspršene energije kako bi se spriječilo njeno širenje u neželjenim smjerovima zračenja. Odgovarajućom promjenom geometrije leće i odabirom pravog materijala, oni mogu pretvoriti različite oblike divergentne energije u ravne valove. Mogu se koristiti u većini aplikacija kao što su parabolične reflektorske antene, posebno na višim frekvencijama, a njihova veličina i težina postaju vrlo velike na nižim frekvencijama. Antene s lećom klasificiraju se prema materijalima od kojih su izrađene ili geometrijskim oblicima, od kojih su neki prikazani na slici 8.
Slika 8
Da biste saznali više o antenama, posjetite:
Vrijeme objave: 19. srpnja 2024
