1. Johdatus antenneihin
Antenni on kuvan 1 mukainen siirtymärakenne vapaan tilan ja siirtojohdon välillä. Siirtojohto voi olla koaksiaalijohdon tai onton putken (aaltoputken) muodossa, jota käytetään sähkömagneettisen energian välittämiseen lähteestä. antenniin tai antennista vastaanottimeen. Edellinen on lähetysantenni ja jälkimmäinen vastaanottoantenni.
Kuva 1 Sähkömagneettisen energian siirtotie (lähde-lähetyslinja-antenniton tila)
Antennijärjestelmän lähetystä kuvan 1 lähetystilassa edustaa Thevenin-ekvivalentti kuvassa 2 esitetyllä tavalla, jossa lähdettä edustaa ihanteellinen signaaligeneraattori, siirtolinjaa edustaa viiva, jonka ominaisimpedanssi on Zc, ja antennia edustaa kuorma ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Kuormitusresistanssi RL edustaa antennin rakenteeseen liittyviä johtavuus- ja dielektrisiä häviöitä, kun taas Rr edustaa antennin säteilyresistanssia ja reaktanssia XA käytetään edustamaan antennin säteilyyn liittyvää impedanssin imaginaariosaa. Ihanteellisissa olosuhteissa kaikki signaalilähteen tuottama energia tulisi siirtää säteilyvastukseen Rr, jota käytetään kuvaamaan antennin säteilykykyä. Käytännön sovelluksissa kuitenkin esiintyy siirtojohdon ja antennin ominaisuuksista johtuvia johdin-dielektrisiä häviöitä sekä siirtojohdon ja antennin välisen heijastuksen (epäsopimattomuuden) aiheuttamia häviöitä. Ottaen huomioon lähteen sisäisen impedanssin ja jättäen huomioimatta siirtolinjan ja heijastushäviöt (epäsovitushäviöt), maksimiteho annetaan antennille konjugaattisovituksen alaisena.
Kuva 2
Siirtojohdon ja antennin välisen yhteensopimattomuuden vuoksi rajapinnasta heijastuva aalto on päällekkäin lähteestä antenniin tulevan aallon kanssa, jolloin muodostuu seisova aalto, joka edustaa energian keskittymistä ja varastointia ja on tyypillinen resonanssilaite. Tyypillinen seisova aaltokuvio on esitetty katkoviivalla kuvassa 2. Jos antennijärjestelmää ei ole suunniteltu oikein, siirtojohto voi toimia suurelta osin energiaa varastoivana elementtinä aaltoputkena ja energiansiirtolaitteena.
Siirtojohdon, antennin ja seisovien aaltojen aiheuttamat häviöt eivät ole toivottavia. Linjahäviöt voidaan minimoida valitsemalla pienihäviöisiä siirtolinjoja, kun taas antennihäviöitä voidaan vähentää vähentämällä RL:n kuvaamaa häviövastusta kuvassa 2. Seisovia aaltoja voidaan vähentää ja energian varastointia linjassa voidaan minimoida sovittamalla impedanssi antenni (kuorma) linjan ominaisimpedanssilla.
Langattomissa järjestelmissä energian vastaanottamisen tai lähettämisen lisäksi antenneja tarvitaan yleensä lisäämään säteilyenergiaa tiettyihin suuntiin ja vaimentamaan säteilyenergiaa muihin suuntiin. Siksi antenneja on käytettävä tunnistuslaitteiden lisäksi myös suuntaamislaitteina. Antennit voivat olla eri muodoissa vastaamaan erityistarpeita. Se voi olla lanka, aukko, paikka, elementtikokoonpano (ryhmä), heijastin, linssi jne.
Langattomissa viestintäjärjestelmissä antennit ovat yksi kriittisimmistä komponenteista. Hyvä antennisuunnittelu voi vähentää järjestelmävaatimuksia ja parantaa järjestelmän yleistä suorituskykyä. Klassinen esimerkki on televisio, jossa lähetysten vastaanottoa voidaan parantaa käyttämällä tehokkaita antenneja. Antennit ovat viestintäjärjestelmille samat kuin silmät ihmisille.
2. Antenniluokitus
1. Lanka-antenni
Lanka-antennit ovat yksi yleisimmistä antennityypeistä, koska niitä löytyy melkein kaikkialta - autoista, rakennuksista, laivoista, lentokoneista, avaruusaluksista jne. Lanka-antenneja on monenlaisia, kuten suoraviivaisia (dipoli), silmukka-, spiraali-, kuten kuvassa 3. 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
Apertuuriantennien rooli on suurempi, koska monimutkaisempien antennimuotojen kysyntä ja korkeampien taajuuksien hyödyntäminen kasvavat. Jotkin aukkoantennien muodot (pyramidi-, kartiomaiset ja suorakaiteen muotoiset torviantennit) on esitetty kuvassa 4. Tämäntyyppiset antennit ovat erittäin hyödyllisiä lento- ja avaruusalussovelluksissa, koska ne voidaan asentaa erittäin kätevästi lentokoneen tai avaruusaluksen ulkokuoreen. Lisäksi ne voidaan peittää kerroksella dielektristä materiaalia suojaamaan niitä ankarilta ympäristöiltä.
Kuva 4
3. Mikroliuska-antenni
Mikroliuska-antenneista tuli erittäin suosittuja 1970-luvulla, lähinnä satelliittisovelluksissa. Antenni koostuu dielektrisestä alustasta ja metallista. Metallisella patchilla voi olla useita eri muotoja, ja kuvan 5 suorakaiteen muotoinen patch-antenni on yleisin. Microstrip-antennit ovat matalaprofiilisia, soveltuvat tasomaisille ja ei-tasomaisille pinnoille, ovat yksinkertaisia ja edullisia valmistaa, niillä on suuri lujuus jäykille pinnoille asennettuina ja ne ovat yhteensopivia MMIC-mallien kanssa. Ne voidaan asentaa lentokoneiden, avaruusalusten, satelliittien, ohjusten, autojen ja jopa mobiililaitteiden pinnalle, ja ne voidaan suunnitella yhdenmukaisesti.
Kuva 5
4. Ryhmäantenni
Monien sovellusten vaatimia säteilyominaisuuksia ei välttämättä saavuteta yhdellä antennielementillä. Antenniryhmät voivat tehdä syntetisoitujen elementtien säteilyn tuottamaan maksimaalista säteilyä yhteen tai useampaan tiettyyn suuntaan, tyypillinen esimerkki on esitetty kuvassa 6.
Kuva 6
5. Heijastinantenni
Avaruustutkimuksen menestys on johtanut myös antenniteorian nopeaan kehitykseen. Koska tarvitaan erittäin pitkän matkan viestintää, erittäin suuritehoisia antenneja on käytettävä signaalien lähettämiseen ja vastaanottamiseen miljoonien kilometrien päässä. Tässä sovelluksessa yleinen antennimuoto on kuvassa 7 esitetty parabolinen antenni. Tämän tyyppisen antennin halkaisija on 305 metriä tai enemmän, ja niin suuri koko on välttämätön, jotta saavutetaan suuri vahvistus, joka vaaditaan miljoonien signaalien lähettämiseen tai vastaanottamiseen. mailin päässä. Toinen heijastimen muoto on kulmaheijastin, kuten kuvassa 7 (c).
Kuva 7
6. Objektiiviantennit
Linssejä käytetään ensisijaisesti kollimoimaan sattuvaa hajaenergiaa, jotta se ei pääse leviämään ei-toivottuihin säteilysuuntiin. Linssin geometriaa asianmukaisesti muuttamalla ja oikean materiaalin valinnalla ne voivat muuntaa erilaisia divergenttienergian muotoja tasoaalloiksi. Niitä voidaan käyttää useimmissa sovelluksissa, kuten parabolisissa heijastinantenneissa, erityisesti korkeammilla taajuuksilla, ja niiden koosta ja painosta tulee hyvin suuria matalilla taajuuksilla. Linssiantennit luokitellaan niiden rakennusmateriaalien tai geometristen muotojen mukaan, joista osa on esitetty kuvassa 8.
Kuva 8
Lisätietoja antenneista on osoitteessa:
Postitusaika: 19.7.2024
