1. Introduksjon til antenner
En antenne er en overgangsstruktur mellom ledig plass og en transmisjonslinje, som vist i figur 1. Transmisjonslinjen kan være i form av en koaksiallinje eller et hult rør (bølgeleder), som brukes til å overføre elektromagnetisk energi fra en kilde til en antenne, eller fra en antenne til en mottaker. Førstnevnte er en senderantenne, og sistnevnte er en mottaksantenne.
Figur 1 Elektromagnetisk energioverføringsvei (kilde-overføringslinje-antennefritt rom)
Sendingen av antennesystemet i overføringsmodusen i figur 1 er representert av Thevenin-ekvivalenten som vist i figur 2, hvor kilden er representert av en ideell signalgenerator, overføringslinjen er representert av en linje med karakteristisk impedans Zc, og antennen er representert ved en last ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Belastningsmotstanden RL representerer lednings- og dielektriske tap knyttet til antennestrukturen, mens Rr representerer strålingsmotstanden til antennen, og reaktansen XA brukes til å representere den imaginære delen av impedansen knyttet til antennestrålingen. Under ideelle forhold bør all energien som genereres av signalkilden overføres til strålingsmotstanden Rr, som brukes til å representere strålingsevnen til antennen. I praktiske applikasjoner er det imidlertid leder-dielektriske tap på grunn av egenskapene til overføringslinjen og antennen, samt tap forårsaket av refleksjon (mismatch) mellom overføringslinjen og antennen. Tatt i betraktning den interne impedansen til kilden og ignorerer overføringslinjen og refleksjonstap (mistilpasning), gis den maksimale effekten til antennen under konjugattilpasning.
Figur 2
På grunn av misforholdet mellom overføringslinjen og antennen, blir den reflekterte bølgen fra grensesnittet overlagret med den innfallende bølgen fra kilden til antennen for å danne en stående bølge, som representerer energikonsentrasjon og lagring og er en typisk resonansanordning. Et typisk stående bølgemønster er vist med den stiplede linjen i figur 2. Hvis antennesystemet ikke er riktig utformet, kan overføringslinjen fungere som et energilagringselement i stor grad, snarere enn som en bølgeleder og energioverføringsenhet.
Tapene forårsaket av overføringslinjen, antennen og stående bølger er uønsket. Linjetap kan minimeres ved å velge overføringslinjer med lavt tap, mens antennetap kan reduseres ved å redusere tapsmotstanden representert ved RL i figur 2. Stående bølger kan reduseres og energilagring i linjen kan minimeres ved å matche impedansen på antennen (belastningen) med den karakteristiske impedansen til linjen.
I trådløse systemer, i tillegg til å motta eller sende energi, kreves det vanligvis antenner for å forbedre utstrålt energi i visse retninger og undertrykke utstrålt energi i andre retninger. Derfor må antenner i tillegg til deteksjonsenheter også brukes som retningsapparater. Antenner kan være i ulike former for å møte spesifikke behov. Det kan være en ledning, en blenderåpning, en lapp, en elementsammenstilling (array), en reflektor, en linse, etc.
I trådløse kommunikasjonssystemer er antenner en av de mest kritiske komponentene. God antennedesign kan redusere systemkravene og forbedre den generelle systemytelsen. Et klassisk eksempel er fjernsyn, der mottak av sendinger kan forbedres ved å bruke høyytelsesantenner. Antenner er for kommunikasjonssystemer det øyne er for mennesker.
2. Antenneklassifisering
1. Ledningsantenne
Trådantenner er en av de vanligste antennetypene fordi de finnes nesten overalt – biler, bygninger, skip, fly, romfartøy osv. Det finnes ulike former for ledningsantenner, som rett linje (dipol), sløyfe, spiral, som vist i figur 3. Sløyfeantenner trenger ikke bare være sirkulære. De kan være rektangulære, firkantede, ovale eller annen form. Den sirkulære antennen er den vanligste på grunn av sin enkle struktur.
Figur 3
2. Blenderantenner
Aperture-antenner spiller en større rolle på grunn av den økende etterspørselen etter mer komplekse former for antenner og utnyttelsen av høyere frekvenser. Noen former for åpningsantenner (pyramideformede, koniske og rektangulære hornantenner) er vist i figur 4. Denne typen antenner er svært nyttige for fly- og romfartøyapplikasjoner fordi de kan monteres veldig praktisk på det ytre skallet til flyet eller romfartøyet. I tillegg kan de dekkes med et lag av dielektrisk materiale for å beskytte dem mot tøffe miljøer.
Figur 4
3. Mikrostrip-antenne
Microstrip-antenner ble veldig populære på 1970-tallet, hovedsakelig for satellittapplikasjoner. Antennen består av et dielektrisk substrat og en metalllapp. Metalllappen kan ha mange forskjellige former, og den rektangulære patchantennen vist i figur 5 er den vanligste. Microstrip-antenner har lav profil, er egnet for plane og ikke-plane overflater, er enkle og rimelige å produsere, har høy robusthet når de monteres på stive overflater, og er kompatible med MMIC-design. De kan monteres på overflaten av fly, romfartøy, satellitter, missiler, biler og til og med mobile enheter og kan utformes konformt.
Figur 5
4. Array-antenne
Strålingsegenskapene som kreves av mange applikasjoner kan ikke oppnås av et enkelt antenneelement. Antennearrayer kan lage strålingen fra elementene syntetisert for å produsere maksimal stråling i en eller flere spesifikke retninger, et typisk eksempel er vist i figur 6.
Figur 6
5. Reflektorantenne
Suksessen med romutforskning har også ført til den raske utviklingen av antenneteori. På grunn av behovet for ultra-langdistansekommunikasjon, må ekstremt høyforsterkede antenner brukes til å sende og motta signaler millioner av miles unna. I denne applikasjonen er en vanlig antenneform parabolantennen vist i figur 7. Denne antennetypen har en diameter på 305 meter eller mer, og en så stor størrelse er nødvendig for å oppnå den høye forsterkningen som kreves for å sende eller motta signaler millioner av mil unna. En annen form for reflektor er en hjørnereflektor, som vist i figur 7 (c).
Figur 7
6. Linseantenner
Linser brukes først og fremst til å kollimere innfallende spredt energi for å forhindre at den sprer seg i uønskede strålingsretninger. Ved å endre geometrien til linsen på riktig måte og velge riktig materiale, kan de konvertere ulike former for divergerende energi til plane bølger. De kan brukes i de fleste applikasjoner som parabolske reflektorantenner, spesielt ved høyere frekvenser, og deres størrelse og vekt blir veldig stor ved lavere frekvenser. Linseantenner er klassifisert i henhold til deres konstruksjonsmaterialer eller geometriske former, hvorav noen er vist i figur 8.
Figur 8
For å lære mer om antenner, vennligst besøk:
Innleggstid: 19. juli-2024
