1. Introduksjon til antenner
En antenne er en overgangsstruktur mellom fritt rom og en transmisjonslinje, som vist i figur 1. Transmisjonslinjen kan være i form av en koaksialledning 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 sendeantenne, og sistnevnte er en mottakerantenne.
Figur 1 Elektromagnetisk energioverføringsbane (kilde-overføringslinje-antennefritt rom)
Transmisjonen til antennesystemet i transmisjonsmodusen i figur 1 er representert av Thevenin-ekvivalenten som vist i figur 2, hvor kilden er representert av en ideell signalgenerator, transmisjonslinjen er representert av en linje med karakteristisk impedans Zc, og antennen er representert av en last ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Lastmotstanden RL representerer lednings- og dielektriske tap forbundet med antennestrukturen, mens Rr representerer antennens strålingsmotstand, og reaktansen XA brukes til å representere den imaginære delen av impedansen forbundet med antennestrålingen. Under ideelle forhold bør all energien som genereres av signalkilden overføres til strålingsmotstanden Rr, som brukes til å representere antennens strålingskapasitet. Imidlertid er det i praktiske anvendelser leder-dielektriske tap på grunn av egenskapene til transmisjonslinjen og antennen, samt tap forårsaket av refleksjon (mismatch) mellom transmisjonslinjen og antennen. Når man tar hensyn til kildens interne impedans og ignorerer transmisjonslinjen og refleksjonstap (mismatch), tilføres antennen maksimal effekt under konjugert matching.
Figur 2
På grunn av avviket mellom transmisjonslinjen og antennen, legges den reflekterte bølgen fra grensesnittet over den innfallende bølgen fra kilden til antennen for å danne en stående bølge, som representerer energikonsentrasjon og -lagring og er en typisk resonansenhet. Et typisk stående bølgemønster er vist med den stiplede linjen i figur 2. Hvis antennesystemet ikke er riktig utformet, kan transmisjonslinjen i stor grad fungere som et energilagringselement, snarere enn som en bølgeleder og energioverføringsenhet.
Tapene forårsaket av transmisjonslinjen, antennen og stående bølger er uønskede. Linjetap kan minimeres ved å velge lavtaps-transmisjonslinjer, mens antennetap kan reduseres ved å redusere tapsmotstanden representert av RL i figur 2. Stående bølger kan reduseres og energilagring i linjen kan minimeres ved å matche antennens impedans (last) med linjens karakteristiske impedans.
I trådløse systemer er antenner vanligvis nødvendige, i tillegg til å motta eller sende energi, for å forsterke utstrålt energi i bestemte retninger og undertrykke utstrålt energi i andre retninger. Derfor må antenner, i tillegg til deteksjonsenheter, også brukes som retningsbestemte enheter. Antenner kan være i forskjellige former for å møte spesifikke behov. Det kan være en ledning, en åpning, en lapp, en elementenhet (matrise), en reflektor, en linse, osv.
I trådløse kommunikasjonssystemer er antenner en av de viktigste komponentene. God antennedesign kan redusere systemkravene og forbedre den generelle systemytelsen. Et klassisk eksempel er fjernsyn, hvor kringkastingsmottaket kan forbedres ved å bruke høyytelsesantenner. Antenner er for kommunikasjonssystemer det øyne er for mennesker.
2. Antenneklassifisering
1. Trådantenne
Trådantenner er en av de vanligste antennetypene fordi de finnes nesten overalt – i biler, bygninger, skip, fly, romfartøy osv. Det finnes forskjellige former for trådantenner, som rettlinjede (dipol), sløyfeantenner og spiralantenner, som vist i figur 3. Sløyfeantenner trenger ikke bare å være sirkulære. De kan være rektangulære, firkantede, ovale eller ha en hvilken som helst annen form. Den sirkulære antennen er den vanligste på grunn av sin enkle struktur.
Figur 3
2. Blenderåpningsantenner
Blenderåpningsantenner spiller en større rolle på grunn av den økende etterspørselen etter mer komplekse antenneformer og bruken av høyere frekvenser. Noen former for blenderåpningsantenner (pyramideformede, koniske og rektangulære hornantenner) er vist i figur 4. Denne typen antenne er svært nyttig for fly- og romfartøyapplikasjoner fordi de kan monteres veldig enkelt på det ytre skallet til flyet eller romfartøyet. I tillegg kan de dekkes med et lag med dielektrisk materiale for å beskytte dem mot tøffe miljøer.
Figur 4
3. Mikrostripantenne
Mikrostripantenner ble svært populære på 1970-tallet, hovedsakelig for satellittapplikasjoner. Antennen består av et dielektrisk substrat og en metallpatch. Metallpatchen kan ha mange forskjellige former, og den rektangulære patchantennen vist i figur 5 er den vanligste. Mikrostripantenner 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 designes konformt.
Figur 5
4. Arrayantenne
Strålingsegenskapene som kreves av mange applikasjoner, kan kanskje ikke oppnås av et enkelt antenneelement. Antennearrayer kan syntetisere strålingen fra elementene for å produsere maksimal stråling i én 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 kommunikasjon over ultralange avstander, må antenner med ekstremt høy forsterkning brukes til å sende og motta signaler millioner av kilometer unna. I denne applikasjonen er en vanlig antenneform den parabolske antennen vist i figur 7. Denne typen antenne 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 kilometer unna. En annen form for reflektor er en hjørnereflektor, som vist i figur 7 (c).
Figur 7
6. Linseantenner
Linser brukes primært til å kollimere innfallende spredt energi for å forhindre at den sprer seg i uønskede strålingsretninger. Ved å endre linsens geometri 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 størrelsen og vekten deres blir veldig stor ved lavere frekvenser. Linseantenner klassifiseres i henhold til konstruksjonsmaterialer eller geometriske former, hvorav noen er vist i figur 8.
Figur 8
For å lære mer om antenner, vennligst besøk:
Publisert: 19. juli 2024
