1. Antennien esittely
Antenni on siirtymärakenne vapaan tilan ja siirtolinjan välillä, kuten kuvassa 1 on esitetty. Siirtolinja voi olla koaksiaalilinjan tai onton putken (aaltojohteen) muodossa, ja sitä käytetään sähkömagneettisen energian siirtämiseen lähteestä antenniin tai antennista vastaanottimeen. Ensimmäinen on lähetysantenni ja jälkimmäinen on vastaanottoantenni.
Kuva 1 Sähkömagneettisen energian siirtoreitti (lähde-siirtolinja-antenni-vapaa tila)
Kuvassa 1 esitetyn lähetysmoodin antennijärjestelmän lähetystä edustaa Theveninin ekvivalentti, kuten kuvassa 2 on esitetty. Lähetinlähdettä edustaa ihanteellinen signaaligeneraattori, siirtolinjaa edustaa linja, jonka ominaisimpedanssi on Zc, ja antennia edustaa kuorma ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Kuormavastus RL edustaa antennin rakenteeseen liittyviä johtavuus- ja dielektrisiä häviöitä, kun taas Rr edustaa antennin säteilyresistanssia ja reaktanssi XA edustaa antennin säteilyyn liittyvän impedanssin imaginääriosaa. Ideaalisissa olosuhteissa kaikki signaalilähteen tuottama energia tulisi siirtää säteilyresistanssiin Rr, jota käytetään antennin säteilykyvyn kuvaamiseen. Käytännön sovelluksissa kuitenkin esiintyy johdin-dielektrisiä häviöitä, jotka johtuvat siirtolinjan ja antennin ominaisuuksista, sekä siirtolinjan ja antennin välisen heijastuksen (epäsuhta) aiheuttamia häviöitä. Kun otetaan huomioon lähteen sisäinen impedanssi ja jätetään huomiotta siirtolinjan ja heijastushäviöt (epäsuhta), antennille syötetään suurin teho konjugaattisovituksessa.
Kuva 2
Lähetyslinjan ja antennin välisen epäsuhdan vuoksi rajapinnasta heijastunut aalto päällekkäin lähteestä antenniin tulevan aallon kanssa muodostaen seisovan aallon, joka edustaa energian keskittymistä ja varastointia ja on tyypillinen resonanssilaite. Tyypillinen seisovan aallon kuvio on esitetty katkoviivalla kuvassa 2. Jos antennijärjestelmää ei ole suunniteltu oikein, lähetyslinja voi toimia suurelta osin energian varastointielementtinä aaltojohtimen ja energiansiirtolaitteen sijaan.
Siirtolinjan, antennin ja seisovien aaltojen aiheuttamat häviöt ovat ei-toivottuja. Linjahäviöitä voidaan minimoida valitsemalla pienihäviöisiä siirtolinjoja, kun taas antennihäviöitä voidaan vähentää pienentämällä kuvassa 2 esitettyä RL:n häviöresistanssia. Seisovia aaltoja voidaan vähentää ja linjaan varastoitunutta energiaa voidaan minimoida sovittamalla antennin (kuorman) impedanssi linjan ominaisimpedanssiin.
Langattomissa järjestelmissä antennien vastaanottamisen tai lähettämisen lisäksi tarvitaan yleensä säteilyenergian vahvistamista tiettyihin suuntiin ja säteilyenergian vaimentamista muihin suuntiin. Siksi ilmaisinlaitteiden lisäksi antenneja on käytettävä myös suuntauslaitteina. Antennit voivat olla eri muodoissa tiettyjen tarpeiden mukaan. Se voi olla johdin, aukko, patch, elementtikokoonpano (matriisi), heijastin, linssi jne.
Langattomissa viestintäjärjestelmissä antennit ovat yksi kriittisimmistä komponenteista. Hyvä antennin suunnittelu voi vähentää järjestelmävaatimuksia ja parantaa järjestelmän kokonaissuorituskykyä. Klassinen esimerkki on televisio, jossa lähetysten vastaanottoa voidaan parantaa käyttämällä tehokkaita antenneja. Antennit ovat viestintäjärjestelmille sama asia kuin silmät ihmisille.
2. Antennin luokittelu
1. Lanka-antenni
Lanka-antennit ovat yksi yleisimmistä antennityypeistä, koska niitä löytyy lähes kaikkialta - autoista, rakennuksista, laivoista, lentokoneista, avaruusaluksista jne. Lanka-antenneja on eri muotoisia, kuten suoria (dipoli), silmukoita ja spiraaleja, kuten kuvassa 3 on esitetty. Silmukka-antennien ei tarvitse olla vain pyöreitä. Ne voivat olla suorakaiteen, neliön, soikean tai minkä tahansa muun muotoisia. Pyöreä antenni on yleisin yksinkertaisen rakenteensa vuoksi.
Kuva 3
2. Aukkoantennit
Apertuuriantenneilla on yhä suurempi rooli monimutkaisempien antennimuotojen ja korkeampien taajuuksien käytön lisääntyvän kysynnän vuoksi. Joitakin aukkoantennien muotoja (pyramidin, kartion ja suorakaiteen muotoiset torviantennit) on esitetty kuvassa 4. Tämän tyyppinen antenni on erittäin hyödyllinen lentokone- ja avaruusalussovelluksissa, koska ne voidaan asentaa erittäin kätevästi lentokoneen tai avaruusaluksen ulkokuoreen. Lisäksi ne voidaan päällystää dielektrisellä materiaalikerroksella niiden suojaamiseksi ankarilta olosuhteilta.
Kuva 4
3. Mikroliuska-antenni
Mikronauha-antennit tulivat erittäin suosituiksi 1970-luvulla, pääasiassa satelliittisovelluksissa. Antenni koostuu dielektrisestä substraatista ja metallilaastarista. Metallilaastarilla voi olla monia eri muotoja, ja kuvassa 5 esitetty suorakaiteen muotoinen laastari-antenni on yleisin. Mikronauha-antenneilla on matala profiili, ne sopivat sekä tasomaisille että ei-tasomaisille pinnoille, ne ovat yksinkertaisia ja edullisia valmistaa, niillä on korkea kestävyys asennettaessa jäykille pinnoille ja ne ovat yhteensopivia MMIC-mallien kanssa. Ne voidaan asentaa lentokoneiden, avaruusalusten, satelliittien, ohjusten, autojen ja jopa mobiililaitteiden pinnalle, ja ne voidaan suunnitella konformisti.
Kuva 5
4. Ryhmäantenni
Yksittäinen antennielementti ei välttämättä saavuta monien sovellusten vaatimia säteilyominaisuuksia. Antenniryhmät voivat syntetisoida elementtien säteilyn tuottamaan maksimaalisen säteilyn yhteen tai useampaan tiettyyn suuntaan, tyypillinen esimerkki on esitetty kuvassa 6.
Kuva 6
5. Heijastinantenni
Avaruustutkimuksen menestys on johtanut myös antenniteorian nopeaan kehitykseen. Erittäin pitkän matkan viestinnän tarpeen vuoksi miljoonien kilometrien päähän lähetettävien signaalien lähettämiseen ja vastaanottamiseen on käytettävä erittäin suuren vahvistuksen antenneja. Tässä sovelluksessa yleinen antennin muoto on kuvassa 7 esitetty parabolinen antenni. Tämän tyyppisen antennin halkaisija on 305 metriä tai enemmän, ja tällainen suuri koko on välttämätön, jotta saavutetaan miljoonien kilometrien päähän lähetettävien tai vastaanotettavien signaalien vaatima suuri vahvistus. Toinen heijastimen muoto on kulmaheijastin, kuten kuvassa 7 (c) on esitetty.
Kuva 7
6. Linssin antennit
Linssejä käytetään ensisijaisesti siroavan energian kollimoimiseen, jotta se ei leviäisi ei-toivottuihin säteilysuuntiin. Muuttamalla linssin geometriaa ja valitsemalla oikean materiaalin ne voivat muuntaa erilaisia hajaantuvan energian muotoja tasoaalloiksi. Niitä voidaan käyttää useimmissa sovelluksissa, kuten parabolisissa heijastinantenneissa, erityisesti korkeammilla taajuuksilla, ja niiden koko ja paino kasvavat erittäin suuriksi alemmilla taajuuksilla. Linssiantennit luokitellaan niiden rakennemateriaalien tai geometristen muotojen mukaan, joista osa on esitetty kuvassa 8.
Kuva 8
Lisätietoja antenneista saat osoitteesta:
Julkaisun aika: 19.7.2024
