1. Bevezetés az antennákba
Az antenna egy átmeneti szerkezet a szabad tér és egy távvezeték között, ahogy az az 1. ábrán látható. A távvezeték lehet koaxiális vezeték vagy üreges cső (hullámvezető) formájában, amelyet elektromágneses energia továbbítására használnak egy forrásból egy antennába, vagy egy antennából egy vevőbe. Az előbbi egy adóantenna, az utóbbi pedig egy vevőantenna.
1. ábra Elektromágneses energiaátviteli útvonal (forrás-távvezeték-antenna-szabad tér)
Az antennarendszer átvitelét az 1. ábrán látható átviteli módban a Thevenin-ekvivalens ábrázolja, ahogyan az a 2. ábrán látható, ahol a forrást egy ideális jelgenerátor, az adóvezetéket egy Zc karakterisztikus impedanciájú vonal, az antennát pedig egy ZA terhelés [ZA = (RL + Rr) + jXA] képviseli. Az RL terhelési ellenállás az antenna szerkezetéhez kapcsolódó vezetési és dielektromos veszteségeket, míg az Rr az antenna sugárzási ellenállását, az XA reaktancia pedig az antenna sugárzásához kapcsolódó impedancia képzetes részét képviseli. Ideális körülmények között a jelforrás által generált összes energiának át kell kerülnie az Rr sugárzási ellenállásra, amelyet az antenna sugárzási képességének reprezentálására használnak. A gyakorlati alkalmazásokban azonban vezető-dielektromos veszteségek keletkeznek az adóvezeték és az antenna jellemzői miatt, valamint az adóvezeték és az antenna közötti visszaverődés (illesztési eltérés) okozta veszteségek is fellépnek. Figyelembe véve a forrás belső impedanciáját és figyelmen kívül hagyva az adóvezeték és a visszaverődés (illesztési eltérés) veszteségeit, a konjugált illesztés során az antenna maximális teljesítményt kap.
2. ábra
Az antenna és a távvezeték közötti eltérés miatt a határfelületről visszavert hullám szuperponálódik a forrásból az antennára érkező beeső hullámmal, így állóhullámot képezve, amely energiakoncentrációt és -tárolást jelent, és egy tipikus rezonáns eszköz. Egy tipikus állóhullám-mintázatot mutat a 2. ábrán a szaggatott vonal. Ha az antennarendszer nincs megfelelően megtervezve, az antenna nagymértékben energiatároló elemként működhet, ahelyett, hogy hullámvezetőként és energiatovábbító eszközként működne.
Az átviteli vonal, az antenna és az állóhullámok okozta veszteségek nemkívánatosak. A vonali veszteségek minimalizálhatók alacsony veszteségű távvezetékek kiválasztásával, míg az antenna veszteségei a 2. ábrán látható RL veszteségi ellenállás csökkentésével csökkenthetők. Az állóhullámok csökkenthetők, és a vonalban tárolt energia minimalizálható az antenna (terhelés) impedanciájának a vonal karakterisztikus impedanciájához való illesztésével.
A vezeték nélküli rendszerekben az energia vétele vagy továbbítása mellett az antennáknak általában bizonyos irányokban fel kell erősíteniük a kisugárzott energiát, más irányokban pedig el kell nyomniuk. Ezért az érzékelő eszközök mellett az antennákat irányító eszközként is használni kell. Az antennák különféle formájúak lehetnek, hogy megfeleljenek az igényeknek. Lehet vezeték, nyílás, folt, elemcsoport (tömb), reflektor, lencse stb.
A vezeték nélküli kommunikációs rendszerekben az antennák az egyik legfontosabb alkotóelemek. A jó antennatervezés csökkentheti a rendszerkövetelményeket és javíthatja a rendszer teljesítményét. Klasszikus példa erre a televízió, ahol a vételi minőség javítható nagy teljesítményű antennák használatával. Az antennák a kommunikációs rendszerek számára azt jelentik, ami a szem az emberek számára.
2. Antenna osztályozás
1. Drótantenna
A huzalantennák az egyik leggyakoribb antennatípus, mivel szinte mindenhol megtalálhatók - autókban, épületekben, hajókon, repülőgépeken, űrhajókban stb. A huzalantennáknak különböző formái vannak, például egyenes vonalú (dipólus), hurok, spirál, ahogy a 3. ábra is mutatja. A hurokantennáknak nem kell elég kör alakúnak lenniük. Lehetnek téglalap, négyzet, ovális vagy bármilyen más alakúak. A körantenna a leggyakoribb az egyszerű szerkezete miatt.
3. ábra
2. Rekeszantennák
Az apertúra-antennák egyre nagyobb szerepet játszanak az antennák bonyolultabb formái iránti növekvő kereslet és a magasabb frekvenciák kihasználása miatt. Az apertúra-antennák néhány formáját (piramis, kúpos és téglalap alakú kürtantennák) a 4. ábra mutatja. Ez a típusú antenna nagyon hasznos repülőgép- és űrhajó-alkalmazásokban, mivel nagyon kényelmesen felszerelhetők a repülőgép vagy űrhajó külső héjára. Ezenkívül dielektromos anyagréteggel is bevonhatók, hogy megvédjék őket a zord környezeti hatásoktól.
4. ábra
3. Mikrocsíkos antenna
A mikrocsíkantennák az 1970-es években váltak nagyon népszerűvé, főként műholdas alkalmazásokban. Az antenna egy dielektromos hordozóból és egy fémfelületből áll. A fémfelület sokféle alakú lehet, és az 5. ábrán látható téglalap alakú felületantenna a leggyakoribb. A mikrocsíkantennák alacsony profilúak, alkalmasak sík és nem sík felületekre, egyszerűen és olcsón gyárthatók, merev felületekre szerelve nagy robusztussággal rendelkeznek, és kompatibilisek az MMIC kialakításokkal. Repülőgépek, űrhajók, műholdak, rakéták, autók és akár mobil eszközök felületére is szerelhetők, és konform kialakításúak is lehetnek.
5. ábra
4. Tömbantenna
A sok alkalmazás által megkövetelt sugárzási jellemzőket egyetlen antennaelem nem feltétlenül éri el. Az antennarendszerek képesek az elemek szintetizált sugárzását úgy előállítani, hogy egy vagy több meghatározott irányban maximális sugárzást produkáljanak, egy tipikus példa a 6. ábrán látható.
6. ábra
5. Reflektorantenna
Az űrkutatás sikere az antennaelmélet gyors fejlődéséhez is vezetett. Az ultra-nagy távolságú kommunikáció szükségessége miatt rendkívül nagy nyereségű antennákat kell használni a jelek több millió mérföld távolságra történő adásához és vételéhez. Ebben az alkalmazásban egy gyakori antennaforma a 7. ábrán látható parabolaantenna. Az ilyen típusú antenna átmérője 305 méter vagy nagyobb, és ilyen nagy méret szükséges ahhoz, hogy elérjük a jelek több millió mérföld távolságra történő adásához vagy vételéhez szükséges nagy nyereséget. A reflektor egy másik formája a sarokreflektor, ahogyan az a 7(c) ábrán látható.
7. ábra
6. Lencseantennák
A lencséket elsősorban a beeső szórt energia kollimálására használják, hogy megakadályozzák annak nemkívánatos sugárzási irányokba való terjedését. A lencse geometriájának megfelelő megváltoztatásával és a megfelelő anyag kiválasztásával a divergens energia különböző formáit síkhullámokká alakíthatják. A legtöbb alkalmazásban használhatók, például parabola reflektorantennákban, különösen magasabb frekvenciákon, és méretük és súlyuk alacsonyabb frekvenciákon nagyon megnő. A lencseantennákat anyaguk vagy geometriai alakjuk szerint osztályozzák, amelyek közül néhányat a 8. ábra mutat be.
8. ábra
Az antennákról bővebben itt olvashat:
Közzététel ideje: 2024. július 19.
