1. Uvod u antene
Antena je prelazna struktura između slobodnog prostora i dalekovoda, kao što je prikazano na Slici 1. Dalekovod može biti u obliku koaksijalne linije ili šuplje cijevi (talasovoda), koja se koristi za prenos elektromagnetne energije od izvora do antene ili od antene do prijemnika. Prva je predajna antena, a druga je prijemna antena.
Slika 1 Put prenosa elektromagnetne energije (prostor bez izvora-prenosne linije-antene)
Prijenos antenskog sistema 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 linijom s karakterističnom impedansom Zc, a antena je predstavljena opterećenjem ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Otpor opterećenja RL predstavlja gubitke provodljivosti i dielektrične gubitke povezane sa strukturom antene, dok Rr predstavlja otpor zračenja antene, a reaktansa XA se koristi za predstavljanje imaginarnog dijela impedance povezane sa zračenjem antene. Pod idealnim uslovima, sva energija koju generiše izvor signala trebala bi se prenijeti na otpor zračenja Rr, koji se koristi za predstavljanje zračenja antene. Međutim, u praktičnim primjenama postoje gubici provodnika i dielektričnih gubitaka zbog karakteristika dalekovoda i antene, kao i gubici uzrokovani refleksijom (neusklađenošću) između dalekovoda i antene. Uzimajući u obzir unutrašnju impedansu izvora i zanemarujući gubitke u dalekovodu i refleksiji (neusklađenosti), anteni se obezbjeđuje maksimalna snaga pri konjugovanom usklađivanju.
Slika 2
Zbog neusklađenosti između dalekovoda i antene, reflektovani talas sa međupovršine se superponira sa upadnim talasom od izvora do antene i formira stojni talas, koji predstavlja koncentraciju i skladištenje energije i tipičan je rezonantni uređaj. Tipičan obrazac stojnog talasa prikazan je isprekidanom linijom na Slici 2. Ako antenski sistem nije pravilno dizajniran, dalekovod može u velikoj mjeri djelovati kao element za skladištenje energije, a ne kao talasovod i uređaj za prenos energije.
Gubici uzrokovani dalekovodom, antenom i stojnim valovima su nepoželjni. Gubici na liniji mogu se minimizirati odabirom dalekovoda s niskim gubicima, dok se gubici na anteni mogu smanjiti smanjenjem otpora gubitaka predstavljenog sa RL na Slici 2. Stojni valovi se mogu smanjiti, a skladištenje energije u liniji može se minimizirati usklađivanjem impedanse antene (opterećenja) s karakterističnom impedansom linije.
U bežičnim sistemima, pored prijema ili odašiljanja energije, antene su obično potrebne za pojačavanje izračene energije u određenim smjerovima i suzbijanje izračene energije u drugim smjerovima. Stoga se, pored 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, sočivo itd.
U bežičnim komunikacijskim sistemima, antene su jedna od najvažnijih komponenti. Dobar dizajn antene može smanjiti sistemske zahtjeve i poboljšati ukupne performanse sistema. Klasičan primjer je televizija, gdje se prijem emitovanja može poboljšati korištenjem visokoučinkovitih antena. Antene su za komunikacijske sisteme ono što su oči za ljude.
2. Klasifikacija antena
1. Žičana antena
Žičane antene su jedna 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 pravougaone rog antene) prikazani su na slici 4. Ova vrsta antene je vrlo korisna za primjenu u avionima i svemirskim letjelicama jer se mogu vrlo praktično montirati na vanjsku ljusku aviona ili svemirske letjelice. Osim toga, mogu se prekriti slojem dielektričnog materijala kako bi se zaštitile od teških okruženja.
Slika 4
3. Mikrostripna antena
Mikrostripne antene postale su vrlo popularne 1970-ih, uglavnom za satelitske primjene. Antena se sastoji od dielektrične podloge i metalnog dijela. Metalni dio može imati mnogo različitih oblika, a pravokutna antena prikazana na slici 5 je najčešća. Mikrostripne antene imaju nizak profil, pogodne 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 aviona, svemirskih letjelica, satelita, raketa, 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 učiniti zračenje iz sintetiziranih elemenata kako bi proizveli maksimalno zračenje u jednom ili više specifičnih smjerova, tipičan primjer je prikazan na slici 6.
Slika 6
5. Reflektorska antena
Uspjeh istraživanja svemira doveo je i do brzog razvoja teorije antena. Zbog potrebe za komunikacijom na ultra-dugim udaljenostima, antene s izuzetno visokim pojačanjem moraju se koristiti za prijenos i prijem signala udaljenih milionima kilometara. U ovoj primjeni, uobičajeni oblik antene je parabolična antena prikazana na slici 7. Ovaj tip antene ima promjer od 305 metara ili više, a tako velika veličina je neophodna za postizanje visokog pojačanja potrebnog za prijenos ili prijem signala udaljenih milionima kilometara. Drugi oblik reflektora je kutni reflektor, kao što je prikazano na slici 7 (c).
Slika 7
6. Antene sočiva
Sočiva se prvenstveno koriste za kolimaciju upadne raspršene energije kako bi se spriječilo njeno širenje u neželjenim smjerovima zračenja. Odgovarajućom promjenom geometrije sočiva 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. Sočiva antene se klasificiraju prema materijalima od kojih su napravljeni ili geometrijskim oblicima, od kojih su neki prikazani na slici 8.
Slika 8
Za više informacija o antenama, posjetite:
Vrijeme objave: 19. juli 2024.
