1. Введення в антени
Антена — це перехідна структура між вільним простором і лінією передачі, як показано на малюнку 1. Лінія передачі може мати форму коаксіальної лінії або порожнистої трубки (хвилеводу), яка використовується для передачі електромагнітної енергії від джерела до антени або від антени до приймача. Перший є передавальною антеною, а другий є приймальною антеною.
Малюнок 1 Шлях передачі електромагнітної енергії (джерело-лінія передачі-антена вільний простір)
Передача антенної системи в режимі передачі на малюнку 1 представлена еквівалентом Тевенена, як показано на малюнку 2, де джерело представлено ідеальним генератором сигналу, лінія передачі представлена лінією з характеристичним опором Zc, і антена представлена навантаженням ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Опір навантаження RL представляє провідність і діелектричні втрати, пов’язані зі структурою антени, тоді як Rr представляє опір випромінювання антени, а реактивний опір XA використовується для представлення уявної частини імпедансу, пов’язаного з випромінюванням антени. За ідеальних умов уся енергія, що генерується джерелом сигналу, має бути передана радіаційному опору Rr, який використовується для представлення здатності випромінювання антени. Однак у практичних застосуваннях існують втрати в провіднику-діелектрику, зумовлені характеристиками лінії передачі та антени, а також втрати, викликані відображенням (невідповідністю) між лінією передачі та антеною. Враховуючи внутрішній опір джерела та ігноруючи втрати на лінії передачі та відбиття (неузгодження), максимальна потужність забезпечується для антени при спряженому узгодженні.
малюнок 2
Через неузгодженість між лінією передачі та антеною хвиля, відбита від поверхні розділу, накладається на хвилю, що падає від джерела до антени, утворюючи стоячу хвилю, яка представляє концентрацію та накопичення енергії та є типовим резонансним пристроєм. Типова схема стоячої хвилі показана пунктирною лінією на малюнку 2. Якщо антенну систему спроектовано неправильно, лінія передачі може значною мірою діяти як елемент зберігання енергії, а не як хвилевід і пристрій передачі енергії.
Втрати, спричинені лінією передачі, антеною та стоячими хвилями, є небажаними. Втрати в лінії можна мінімізувати, вибравши лінії передачі з низькими втратами, тоді як втрати антени можна зменшити, зменшивши опір втрат, представлений RL на малюнку 2. Стоячі хвилі можна зменшити, а накопичення енергії в лінії можна мінімізувати, узгодивши імпеданс антени (навантаження) з опором лінії.
У бездротових системах, крім прийому або передачі енергії, антени зазвичай потрібні для посилення випромінюваної енергії в певних напрямках і придушення випромінюваної енергії в інших напрямках. Тому, крім пристроїв виявлення, антени необхідно використовувати також як спрямовані пристрої. Антени можуть мати різні форми для задоволення конкретних потреб. Це може бути провід, діафрагма, накладка, елементний вузол (матриця), відбивач, лінза тощо.
У системах бездротового зв'язку антени є одними з найважливіших компонентів. Гарна конструкція антени може зменшити системні вимоги та підвищити загальну продуктивність системи. Класичним прикладом є телебачення, де прийом трансляції можна покращити за допомогою високопродуктивних антен. Для систем зв’язку антени є тим же, чим очі для людини.
2. Класифікація антен
1. Дротова антена
Дротові антени є одними з найпоширеніших типів антен, оскільки вони зустрічаються майже скрізь: автомобілі, будівлі, кораблі, літаки, космічні кораблі тощо. Існують різні форми дротяних антен, наприклад прямі (дипольні), петлеві, спіральні, як показано на малюнку 3. Рамкові антени не тільки повинні бути круглими. Вони можуть мати прямокутну, квадратну, овальну або будь-яку іншу форму. Кругова антена є найпоширенішою через її просту структуру.
малюнок 3
2. Апертурні антени
Апертурні антени відіграють більшу роль через зростаючий попит на більш складні форми антен і використання вищих частот. Деякі форми апертурних антен (пірамідальні, конічні та прямокутні рупорні антени) показані на малюнку 4. Цей тип антени дуже корисний для літаків і космічних кораблів, оскільки їх можна дуже зручно монтувати на зовнішній корпус літака або космічного корабля. Крім того, вони можуть бути покриті шаром діелектричного матеріалу, щоб захистити їх від агресивного середовища.
малюнок 4
3. Мікросмугова антена
Мікросмугові антени стали дуже популярними в 1970-х роках, головним чином для супутникових застосувань. Антена складається з діелектричної підкладки та металевої накладки. Металева накладка може мати багато різних форм, і прямокутна накладна антена, показана на малюнку 5, є найпоширенішою. Мікросмугові антени мають низький профіль, підходять для плоских і неплоських поверхонь, прості і недорогі у виготовленні, мають високу міцність при встановленні на твердих поверхнях і сумісні з конструкціями MMIC. Вони можуть бути встановлені на поверхні літаків, космічних кораблів, супутників, ракет, автомобілів і навіть мобільних пристроїв і можуть бути конформними.
малюнок 5
4. Антенна решітка
Характеристики випромінювання, необхідні для багатьох додатків, можуть бути недоступні одним елементом антени. Антенні решітки можуть створювати випромінювання від синтезованих елементів для отримання максимального випромінювання в одному або кількох конкретних напрямках, типовий приклад показаний на малюнку 6.
Малюнок 6
5. Рефлекторна антена
Успіх дослідження космосу також призвів до швидкого розвитку теорії антен. У зв’язку з необхідністю зв’язку на наддалеких відстанях необхідно використовувати антени з надзвичайно високим коефіцієнтом підсилення для передачі та прийому сигналів за мільйони миль. У цій програмі загальною формою антени є параболічна антена, показана на малюнку 7. Цей тип антени має діаметр 305 метрів або більше, і такий великий розмір необхідний для досягнення високого посилення, необхідного для передачі або прийому сигналів мільйонів миль. Іншою формою відбивача є кутовий відбивач, як показано на малюнку 7 (c).
Малюнок 7
6. Лінзові антени
Лінзи в основному використовуються для колімації падаючої розсіяної енергії, щоб запобігти її поширенню в небажаних напрямках випромінювання. Відповідним чином змінивши геометрію лінзи та вибравши відповідний матеріал, вони можуть перетворювати різні форми розбіжної енергії в плоскі хвилі. Їх можна використовувати в більшості додатків, таких як параболічні рефлекторні антени, особливо на високих частотах, і їхній розмір і вага стають дуже великими на нижчих частотах. Лінзові антени класифікуються відповідно до матеріалів конструкції або геометричних форм, деякі з яких показані на малюнку 8.
Малюнок 8
Щоб дізнатися більше про антени, відвідайте:
Час публікації: 19 липня 2024 р
