Šta je kružna antena?
Petljasta antena se formira raspoređivanjem jednog ili više provodnih elemenata u zatvorenu putanju i napajanjem strukture RF signalom. Petlja može biti kružna, kvadratna, pravougaona, trougaona, eliptična ili dizajnirana u drugom obliku kako bi se zadovoljili specifični mehanički i električni zahtjevi.
Za razliku od konvencionalne dipolne antene, koja je prvenstveno povezana s elementom električne struje, električno mala petlja se ponaša približno kao magnetni dipol. Njen rad je usko povezan s komponentom magnetnog polja elektromagnetnog vala, što petljne antene čini posebno korisnim u prijemu, određivanju smjera, detekciji bliskog polja, RFID-u i elektromagnetnim mjernim sistemima.
Petljaste antene nisu ograničene na jedan frekvencijski opseg. Njihova radna frekvencija zavisi od obima petlje u odnosu na talasnu dužinu, broja namotaja, dimenzija provodnika, komponenti opterećenja, strukture napajanja i okolnog okruženja instalacije. Stoga se dizajni petlji mogu naći od niskofrekventnih prijemnih sistema do UHF i mikrotalasnih primjena.
Osnovna struktura i princip rada
Kada RF struja teče kroz provodnu petlju, ona proizvodi magnetsko polje približno okomito na ravninu petlje. U prijemnom režimu, promjenjivo magnetsko polje koje prolazi kroz petlju indukuje napon na njenim terminalima.
Jačina primljenog signala zavisi od nekoliko faktora:
Područje petlje
Broj okretaja
Radna frekvencija
Orijentacija u odnosu na ulazno polje
Otpor provodnika
Mreža za podešavanje i usklađivanje
Zaštita i obližnje metalne konstrukcije
Za električno malu petlju, magnituda i faza struje mogu se tretirati kao približno uniformne oko provodnika. Ova aproksimacija postaje manje tačna kako se obim povećava. U velikoj rezonantnoj petlji, raspodjela struje značajno varira oko strukture i proizvodi karakteristike zračenja koje se razlikuju od onih kod male magnetske petlje.
Male kružne antene
Mala kružna antena ima obim mnogo manji od radne talasne dužine. Uobičajeno korištena inženjerska aproksimacija je:
C≤0,1λ
gdje je C obim petlje, a λ talasna dužina.
Zbog svoje male električne veličine, mala petlja uglavnom ima nizak otpor zračenju. Gubitak provodnika stoga može predstavljati značajan dio njegovog ukupnog ulaznog otpora, smanjujući efikasnost zračenja kada se antena koristi za prenos.
Male petlje su također vrlo induktivne i često zahtijevaju kondenzator za podešavanje ili mrežu za usklađivanje. Kada su podešene na rezonancu, mogu pružiti korisnu osjetljivost prijema, ali njihov visoki faktor kvalitete može rezultirati relativno uskim radnim propusnim opsegom.
Ove karakteristike ne čine male antenske petlje lošim. Umjesto toga, čine ih posebno pogodnim za primjene gdje su kompaktna veličina, odziv magnetskog polja, usmjerene nule ili uskopojasna selektivnost važniji od visoke efikasnosti zračenja.
Velike kružne antene
Velika petlja, ponekad nazvana rezonantna petlja, ima obim koji više nije električno mali. Uobičajeni dizajn koristi obim blizak jednoj talasnoj dužini:
C≈λ
U ovom slučaju, struja nije jednolična oko petlje. Njena amplituda i faza se mijenjaju duž provodnika, što stvara složeniju raspodjelu polja.
U poređenju sa električno malim petljama, rezonantne petlje obično pružaju veću otpornost na zračenje i poboljšanu efikasnost prenosa. Mogu se koristiti kao praktične predajne ili prijemne antene, iako njihova impedansa, polarizacija i dijagram zračenja snažno zavise od obima, oblika, položaja napajanja i okruženja instalacije.
Kružne i kvadratne petlje punog vala su uobičajene konfiguracije. Kvadratna petlja može biti lakša za proizvodnju i montažu, dok kružna petlja pruža glatku i simetričnu geometriju. Kada obje imaju sličan električni obim, njihove opće performanse mogu biti uporedive, iako će se tačna impedancija i karakteristike uzorka razlikovati.
Slika 1. Primjeri konfiguracija kružne i kvadratne petljske antene.
Dijagram zračenja
Dijagram zračenja električno male petlje sličan je dijagramu zračenja idealnog magnetskog dipola. Zračenje je minimalno duž ose okomite na ravan petlje, a najjače u smjerovima koji leže približno unutar ravnine petlje.
U tri dimenzije, idealizirani uzorak podsjeća na torus koji okružuje osu petlje. Kada je mala petlja postavljena vertikalno, njen odziv u horizontalnoj ravni obično ima oblik osmice, s dvije duboke nule normalne na ravan petlje.
Ove nule su korisne za određivanje smjera i suzbijanje smetnji. Okretanjem antene dok primljeni signal ne dostigne minimum, operater može odrediti liniju smjera prema ili od izvora signala.
Smjer maksimalnog odziva, dubina nule i polarizacija zavise od orijentacije petlje, rasporeda napajanja, visine instalacije, geometrije provodnika i obližnjih struktura. Polarizaciju stoga ne treba opisivati isključivo prema lokaciji tačke napajanja.
Slika 2. Ilustrativni dijagrami zračenja kružne antene pod različitim uglovima elevacije.
Napajanje, podešavanje i usklađivanje impedanse
Ulazna impedancija kružne antene uveliko zavisi od njene električne veličine.
Mala petlja obično ima induktivnu reaktanciju i nizak otpor zračenju. Promjenjivi ili fiksni kondenzator može se spojiti kako bi se formiralo rezonantno kolo na potrebnoj frekvenciji. Transformatorsko spajanje, gama usklađivanje, kapacitivno spajanje ili aktivna pojačala također se mogu koristiti za povezivanje antene s prijemnikom ili RF sistemom od 50 oma.
Za primjene u prenosu, gubici u provodnicima, gubici u kondenzatorima i sposobnost rukovanja strujom zahtijevaju pažljivo razmatranje. Visoka kružna struja može se pojaviti u podešenoj petlji čak i kada se ulazna snaga čini umjerenom.
Velike rezonantne petlje imaju veću otpornost na zračenje, ali i dalje zahtijevaju odgovarajuće postavljanje napajanja i transformaciju impedanse. Balansirano napajanje ili balun mogu biti potrebni kako bi se spriječilo da napojni kabel postane dio zračećeg sistema.
Oblik petlje i broj zavoja
Kružna antena ne mora biti savršeno kružna. Kružne, kvadratne i pravokutne kružne antene su najčešće jer ih je relativno jednostavno izračunati i proizvesti.
Dodavanje više namotaja povećava indukovani prijemni napon i induktivnost. Međutim, također povećava gubitke u provodniku, distribuirani kapacitet i efekte vlastite rezonancije. Više namotaja ne proizvodi automatski bolje širokopojasne performanse.
Feritne šipke ili magnetska jezgra se često koriste u kompaktnim MF i AM prijemnim antenama. Magnetski materijal koncentrira magnetski fluks kroz namotaj, omogućavajući fizički maloj strukturi da osigura korisnu osjetljivost prijema.
Na višim frekvencijama, štampane petlje, mikrostripne petlje i integrirane strukture petlji mogu se proizvoditi direktno na štampanim pločama za RFID, bežično očitavanje, komunikacijske terminale i RF mjerne uređaje.
Prednosti kružnih antena
Kružne antene nude nekoliko praktičnih prednosti:
- Kompaktna mehanička struktura
- Više mogućih oblika i formata instalacije
- Korisna osjetljivost magnetskog polja
- Duboke usmjerene nule u dizajnima s malim petljama
- Pogodno za određivanje smjera i odbacivanje smetnji
- Jednostavna integracija sa tuning i aktivnim krugovima
- Skalabilno za LF, HF, VHF, UHF i mikrotalasne dizajne
Ograničenja dizajna
Važna ograničenja uključuju:
- Niska otpornost na zračenje u električno malim dizajnima
- Smanjena efikasnost prenosa kada su gubici u provodniku značajni
- Uska propusnost u petljama podešenim na visoki Q faktor
- Osetljivost na obližnje metalne predmete
- Potencijalno visoka cirkulirajuća struja i napon
- Potreba za pažljivim usklađivanjem impedanse
- Izobličenje uzorka uzrokovano dovodnim kablovima i instalacijskim konstrukcijama
Tipične primjene
Kružne antene se široko koriste u:
- AM, MF, HF i kratkotalasni prijemnici
- Oprema za radio-goniometriju
- RFID i sistemi za komunikaciju bliskog polja
- Mjerenja EMI i EMC magnetskog polja
- Praćenje spektra i testiranje jačine polja
- Induktivna komunikacija i bežični sistemi napajanja
- Prijenosne i na vozilima montirane prijemne platforme
- Štampana RF i mikrotalasna kola
- Istraživanje, kalibracija i mjerenje antena
Za mjerenje EMI-ja i jačine polja, kalibrirane kružne antene su posebno korisne kada se mora procijeniti komponenta magnetskog polja RF okruženja. U komunikacijskim i nadzornim sistemima, njihove usmjerene nule mogu pomoći u smanjenju smetnji ili identificiranju smjera nepoznatog signala.
Inženjerski značaj
Kružne antene pokazuju kako električna veličina, raspodjela struje, sprega magnetskog polja i usklađivanje impedanse utiču na performanse antene.
Fizički slična petlja može se ponašati kao kompaktna magnetska prijemna antena, uskopojasni rezonantni senzor, antena punog talasa ili element za spregu bliskog polja, ovisno o svom obimu i radnoj frekvenciji.
RF MISO pruža rješenja za antenske i mikrotalasne komponente za RF testiranje, komunikaciju, radar, mjerenje antena i integraciju sistema. Razumijevanje osnovnih struktura kao što je kružna antena pomaže inženjerima da procijene frekvencijski opseg, pojačanje, polarizaciju, impedanciju, propusni opseg, efikasnost zračenja i usmjereni odziv prilikom odabira ili razvoja antenskog sistema.
Za više informacija o antenama, posjetite:
Vrijeme objave: 31. jul 2026.
