Hva er en sløyfeantenne?
En sløyfeantenne dannes ved å arrangere ett eller flere ledende elementer i en lukket bane og mate strukturen med et RF-signal. Sløyfen kan være sirkulær, firkantet, rektangulær, trekantet, elliptisk eller utformet i en annen form for å oppfylle spesifikke mekaniske og elektriske krav.
I motsetning til en konvensjonell dipolantenne, som primært er assosiert med et elektrisk strømelement, oppfører en elektrisk liten sløyfe seg omtrent som en magnetisk dipol. Dens virkemåte er nært knyttet til magnetfeltkomponenten i en elektromagnetisk bølge, noe som gjør sløyfeantenner spesielt nyttige i mottak, retningsfinning, nærfeltsregistrering, RFID og elektromagnetiske målesystemer.
Sløyfeantenner er ikke begrenset til et enkelt frekvensområde. Driftsfrekvensen deres avhenger av sløyfeomkretsen i forhold til bølgelengden, antall vindinger, lederdimensjoner, lastkomponenter, matestruktur og omkringliggende installasjonsmiljø. Sløyfedesign kan derfor finnes fra lavfrekvente mottakersystemer til UHF- og mikrobølgeapplikasjoner.
Grunnleggende struktur og driftsprinsipp
Når en RF-strøm flyter rundt en ledende sløyfe, produserer den et magnetfelt omtrent vinkelrett på sløyfens plan. Ved mottaksoperasjon induserer et skiftende magnetfelt som passerer gjennom sløyfen en spenning ved terminalene.
Styrken på det mottatte signalet avhenger av flere faktorer:
Loop-området
Antall svinger
Driftsfrekvens
Orientering i forhold til det innkommende feltet
Ledermotstand
Tuning og matching av nettverk
Skjerming og nærliggende metallstrukturer
For en elektrisk liten sløyfe kan strømstyrken og fasen behandles som tilnærmet ensartede rundt lederen. Denne tilnærmingen blir mindre nøyaktig etter hvert som omkretsen øker. I en resonant stor sløyfe varierer strømfordelingen betydelig rundt strukturen og produserer strålingskarakteristikker som er forskjellige fra en liten magnetisk sløyfe.
Små sløyfeantenner
En liten sløyfeantenne har en omkrets som er mye mindre enn driftsbølgelengden. En vanlig brukt teknisk tilnærming er:
C≤0,1λ
hvor C er sløyfeomkretsen og λ er bølgelengden.
På grunn av sin lille elektriske størrelse har en liten sløyfe generelt lav strålingsmotstand. Ledertap kan derfor utgjøre en betydelig del av den totale inngangsmotstanden, noe som reduserer strålingseffektiviteten når antennen brukes til overføring.
Små sløyfer er også svært induktive og krever ofte en tuningkondensator eller et matchingnettverk. Når de er tunet til resonans, kan de gi nyttig mottaksfølsomhet, men den høye kvalitetsfaktoren kan resultere i en relativt smal driftsbåndbredde.
Disse egenskapene gjør ikke små sløyfer til dårlige antenner. I stedet gjør de dem spesielt egnet for applikasjoner der kompakt størrelse, magnetfeltrespons, retningsbestemte nullpunkter eller smalbåndsselektivitet er viktigere enn høy strålingseffektivitet.
Store sløyfeantenner
En stor sløyfe, noen ganger kalt en resonanssløyfe, har en omkrets som ikke lenger er elektrisk liten. En vanlig design bruker en omkrets nær én bølgelengde:
C≈λ
I dette tilfellet er ikke strømmen jevn rundt sløyfen. Amplituden og faseendringene langs lederen gir en mer kompleks feltfordeling.
Sammenlignet med elektrisk små sløyfer gir resonanssløyfer vanligvis høyere strålingsmotstand og forbedret sendeeffektivitet. De kan brukes som praktiske sende- eller mottakerantenner, selv om impedansen, polarisasjonen og strålingsmønsteret deres avhenger sterkt av omkrets, form, mateposisjon og installasjonsmiljø.
Sirkulære og firkantede fullbølgesløyfer er vanlige konfigurasjoner. En firkantet sløyfe kan være enklere å produsere og montere, mens en sirkulær sløyfe gir en jevn og symmetrisk geometri. Når begge har lignende elektrisk omkrets, kan deres generelle ytelse være sammenlignbar, selv om den nøyaktige impedansen og mønsteregenskapene vil variere.
Figur 1. Eksempler på konfigurasjoner av sirkulære og firkantede sløyfeantenner.
Strålingsmønster
Strålingsmønsteret til en elektrisk liten sløyfe ligner på en ideell magnetisk dipol. Strålingen er minimal langs aksen vinkelrett på sløyfeplanet og sterkest i retninger som ligger omtrent innenfor sløyfeplanet.
I tre dimensjoner ligner det idealiserte mønsteret en torus som omgir løkkeaksen. Når en liten løkke monteres vertikalt, har dens horisontale planrespons vanligvis en åttetallsform, med to dype nullpunkter normalt på løkkeplanet.
Disse nullverdiene er nyttige for retningssøking og interferensdemping. Ved å rotere antennen til det mottatte signalet når et minimum, kan en operatør bestemme en retningslinje mot eller bort fra signalkilden.
Retningen for maksimal respons, nulldybden og polarisasjonen avhenger av sløyfens orientering, matearrangement, installasjonshøyde, ledergeometri og nærliggende strukturer. Polarisasjon bør derfor ikke beskrives utelukkende i henhold til plasseringen av matepunktet.
Figur 2. Illustrative strålingsmønstre for en sløyfeantenne ved forskjellige elevasjonsvinkler.
Mating, tuning og impedansmatching
Inngangsimpedansen til en sløyfeantenne avhenger sterkt av dens elektriske størrelse.
En liten sløyfe har normalt en induktiv reaktans og lav strålingsmotstand. En variabel eller fast kondensator kan kobles til for å danne en resonanskrets ved ønsket frekvens. Transformatorkobling, gammamatching, kapasitiv kobling eller aktive forsterkerkretser kan også brukes til å koble antennen til en mottaker eller et 50-ohm RF-system.
For overføringsapplikasjoner krever ledertap, kondensatortap og strømhåndteringskapasitet nøye vurdering. Høy sirkulasjonsstrøm kan forekomme i en innstilt sløyfe selv når inngangseffekten virker moderat.
Store resonansløyfer har høyere strålingsmotstand, men krever fortsatt passende plassering av mating og impedanstransformasjon. Balansert mating eller en balun kan være nødvendig for å forhindre at matekabelen blir en del av strålingssystemet.
Sløyfeform og antall viklinger
En sløyfeantenne trenger ikke å være helt sirkulær. Sirkulære, firkantede og rektangulære sløyfer er de vanligste fordi de er relativt enkle å beregne og produsere.
Å legge til flere vindinger øker den induserte mottakerspenningen og induktansen. Det øker imidlertid også ledertap, distribuert kapasitans og selvresonanseffekter. Flere vindinger gir ikke automatisk bedre bredbåndsytelse.
Ferrittstenger eller magnetiske kjerner brukes ofte i kompakte MF- og AM-mottaksantenner. Det magnetiske materialet konsentrerer magnetisk fluks gjennom viklingen, noe som gjør at en fysisk liten struktur gir nyttig mottaksfølsomhet.
Ved høyere frekvenser kan trykte løkker, mikrostripløkker og integrerte løkkestrukturer produseres direkte på kretskort for RFID, trådløs sensor, kommunikasjonsterminaler og RF-måleenheter.
Fordeler med sløyfeantenner
Loopantenner tilbyr flere praktiske fordeler:
- Kompakt mekanisk struktur
- Flere mulige former og installasjonsformater
- Nyttig magnetfeltfølsomhet
- Dype retningsbestemte nullpunkter i design med liten løkke
- Egnet for retningssøking og interferensavvisning
- Enkel integrering med tuning og aktive kretser
- Skalerbar for LF-, HF-, VHF-, UHF- og mikrobølgedesign
Designbegrensninger
Viktige begrensninger inkluderer:
- Lav strålingsmotstand i elektrisk små design
- Redusert sendeeffektivitet når ledertapet er betydelig
- Smal båndbredde i høy-Q-innstilte løkker
- Følsomhet for metalliske gjenstander i nærheten
- Potensielt høy sirkulasjonsstrøm og -spenning
- Behov for nøye impedanstilpasning
- Mønsterforvrengning forårsaket av matekabler og installasjonskonstruksjoner
Typiske bruksområder
Loopantenner er mye brukt i:
- AM-, MF-, HF- og kortbølgemottakere
- Radiopeilingsutstyr
- RFID og nærfeltskommunikasjonssystemer
- EMI- og EMC-magnetfeltmålinger
- Spektrumovervåking og feltstyrketesting
- Induktiv kommunikasjon og trådløse kraftsystemer
- Bærbare og kjøretøymonterte mottaksplattformer
- Trykte RF- og mikrobølgekretser
- Antenneforskning, kalibrering og måling
For måling av EMI og feltstyrke er kalibrerte sløyfeantenner spesielt nyttige når magnetfeltkomponenten i et RF-miljø må evalueres. I kommunikasjons- og overvåkingssystemer kan deres retningsbestemte nullpunkter bidra til å redusere interferens eller identifisere retningen til et ukjent signal.
Ingeniørmessig betydning
Sløyfeantenner demonstrerer hvordan elektrisk størrelse, strømfordeling, magnetfeltkobling og impedanstilpasning påvirker antennens ytelse.
En fysisk lignende sløyfe kan oppføre seg som en kompakt magnetisk mottakerantenne, en smalbåndsresonanssensor, en fullbølgesenderantenne eller et nærfeltskoblingselement, avhengig av omkrets og driftsfrekvens.
RF MISO tilbyr antenne- og mikrobølgekomponentløsninger for RF-testing, kommunikasjon, radar, antennemåling og systemintegrasjon. Å forstå grunnleggende strukturer som sløyfeantennen hjelper ingeniører med å evaluere frekvensområde, forsterkning, polarisering, impedans, båndbredde, strålingseffektivitet og retningsrespons når de velger eller utvikler et antennesystem.
For å lære mer om antenner, vennligst besøk:
Publisert: 31. juli 2026
