1. Ievads antenās
Antena ir pārejas struktūra starp brīvu telpu un pārraides līniju, kā parādīts 1. attēlā. Pārraides līnija var būt koaksiālās līnijas vai dobas caurules (viļņvada) formā, ko izmanto elektromagnētiskās enerģijas pārraidīšanai no avota uz antenu vai no antenas uz uztvērēju. Pirmā ir raidošā antena, bet otrā ir uztverošā antena.
1. attēls. Elektromagnētiskās enerģijas pārraides ceļš (avots-pārraides līnija-antena-brīva telpa)
1. attēlā redzamajā pārraides režīmā antenas sistēmas pārraidi attēlo Tevenina ekvivalents, kā parādīts 2. attēlā, kur avotu attēlo ideāls signāla ģenerators, pārraides līniju attēlo līnija ar raksturīgo impedanci Zc, un antenu attēlo slodze ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Slodzes pretestība RL attēlo vadītspējas un dielektriskos zudumus, kas saistīti ar antenas struktūru, savukārt Rr attēlo antenas starojuma pretestību, un reaktīvā pretestība XA tiek izmantota, lai attēlotu antenas starojuma impedances imagināro daļu. Ideālos apstākļos visai signāla avota ģenerētajai enerģijai vajadzētu tikt pārnestai uz starojuma pretestību Rr, kas tiek izmantota, lai attēlotu antenas starojuma spēju. Tomēr praktiskos pielietojumos pastāv vadītāja-dielektriskie zudumi pārraides līnijas un antenas raksturlielumu dēļ, kā arī zudumi, ko rada pārraides līnijas un antenas atstarošana (neatbilstība). Ņemot vērā avota iekšējo impedanci un ignorējot pārraides līnijas un atstarošanas (neatbilstības) zudumus, antenai tiek nodrošināta maksimālā jauda konjugētās saskaņošanas laikā.
2. attēls
Pārraides līnijas un antenas neatbilstības dēļ no saskarnes atstarotais vilnis pārklājas ar no avota uz antenu nākošo vilni, veidojot stāvvilni, kas attēlo enerģijas koncentrāciju un uzkrāšanu un ir tipiska rezonanses ierīce. Tipisks stāvviļņa modelis ir parādīts ar punktētu līniju 2. attēlā. Ja antenas sistēma nav pareizi projektēta, pārraides līnija lielā mērā var darboties kā enerģijas uzkrāšanas elements, nevis kā viļņvads un enerģijas pārraides ierīce.
Pārraides līnijas, antenas un stāvviļņu radītie zudumi ir nevēlami. Līnijas zudumus var samazināt, izvēloties pārraides līnijas ar zemiem zudumiem, savukārt antenas zudumus var samazināt, samazinot zudumu pretestību, kas 2. attēlā attēlota ar RL. Stāvviļņus var samazināt un enerģijas uzkrāšanos līnijā var samazināt, saskaņojot antenas (slodzes) impedanci ar līnijas raksturīgo impedanci.
Bezvadu sistēmās papildus enerģijas uztveršanai vai pārraidīšanai antenas parasti ir nepieciešamas, lai pastiprinātu izstaroto enerģiju noteiktos virzienos un nomāktu izstaroto enerģiju citos virzienos. Tāpēc papildus noteikšanas ierīcēm antenas jāizmanto arī kā virziena noteikšanas ierīces. Antenas var būt dažādās formās, lai apmierinātu īpašas vajadzības. Tas var būt vads, apertūra, plāksteris, elementu komplekts (masīvs), atstarotājs, lēca utt.
Bezvadu sakaru sistēmās antenas ir viens no svarīgākajiem komponentiem. Labs antenas dizains var samazināt sistēmas prasības un uzlabot kopējo sistēmas veiktspēju. Klasisks piemērs ir televīzija, kur apraides uztveršanu var uzlabot, izmantojot augstas veiktspējas antenas. Antenas sakaru sistēmām ir tas pats, kas cilvēkiem ir acis.
2. Antenas klasifikācija
1. Vadu antena
Vadu antenas ir viens no visizplatītākajiem antenu veidiem, jo tās ir sastopamas gandrīz visur – automašīnās, ēkās, kuģos, lidmašīnās, kosmosa kuģos utt. Ir dažādas vadu antenu formas, piemēram, taisnas līnijas (dipola), cilpas, spirālveida, kā parādīts 3. attēlā. Cilpas antenām nav jābūt tikai apaļām. Tās var būt taisnstūrveida, kvadrātveida, ovālas vai jebkuras citas formas. Apļveida antena ir visizplatītākā tās vienkāršās struktūras dēļ.
3. attēls
2. Apertūras antenas
Apertūras antenām ir arvien lielāka nozīme, jo pieaug pieprasījums pēc sarežģītākām antenu formām un augstāku frekvenču izmantošanas. Dažas apertūras antenu formas (piramīdas, koniskas un taisnstūrveida ragu antenas) ir parādītas 4. attēlā. Šāda veida antena ir ļoti noderīga lidmašīnu un kosmosa kuģu lietojumos, jo tās var ļoti ērti uzstādīt uz lidmašīnas vai kosmosa kuģa ārējā apvalka. Turklāt tās var pārklāt ar dielektriska materiāla slāni, lai pasargātu tās no skarbiem vides apstākļiem.
4. attēls
3. Mikrostripas antena
Mikrostripas antenas kļuva ļoti populāras 20. gs. septiņdesmitajos gados, galvenokārt satelītu lietojumos. Antena sastāv no dielektriska substrāta un metāla plākstera. Metāla plāksterim var būt daudzas dažādas formas, un visizplatītākā ir taisnstūrveida plākstera antena, kas parādīta 5. attēlā. Mikrostripas antenām ir zems profils, tās ir piemērotas gan plakanām, gan neplaknēm virsmām, tās ir vienkāršas un lētas ražošanā, tām ir augsta izturība, uzstādot uz stingrām virsmām, un tās ir saderīgas ar MMIC konstrukcijām. Tās var uzstādīt uz lidmašīnu, kosmosa kuģu, satelītu, raķešu, automašīnu un pat mobilo ierīču virsmas, un to konstrukcija var atbilst konstrukcijas formai.
5. attēls
4. Masīva antena
Daudzos pielietojumos nepieciešamās starojuma īpašības var nebūt sasniedzamas ar vienu antenas elementu. Antenu bloki var sintezēt elementu starojumu, lai radītu maksimālu starojumu vienā vai vairākos noteiktos virzienos, tipisks piemērs parādīts 6. attēlā.
6. attēls
5. Atstarotāja antena
Kosmosa izpētes panākumi ir veicinājuši arī antenu teorijas straujo attīstību. Tā kā ir nepieciešama īpaši liela attāluma komunikācija, signālu pārraidīšanai un uztveršanai miljoniem jūdžu attālumā ir jāizmanto antenas ar ārkārtīgi lielu pastiprinājumu. Šajā pielietojumā izplatīta antenas forma ir paraboliskā antena, kas parādīta 7. attēlā. Šāda veida antenas diametrs ir 305 metri vai vairāk, un tik liels izmērs ir nepieciešams, lai sasniegtu lielo pastiprinājumu, kas nepieciešams signālu pārraidīšanai vai uztveršanai miljoniem jūdžu attālumā. Vēl viena atstarotāja forma ir stūra atstarotājs, kā parādīts 7. attēlā (c).
7. attēls
6. Objektīva antenas
Lēcas galvenokārt tiek izmantotas, lai kolimētu izkliedēto enerģiju, lai novērstu tās izplatīšanos nevēlamos starojuma virzienos. Atbilstoši mainot lēcas ģeometriju un izvēloties pareizo materiālu, tās var pārveidot dažādas diverģentas enerģijas formas plaknes viļņos. Tās var izmantot lielākajā daļā pielietojumu, piemēram, paraboliskās reflektorantenās, īpaši augstākās frekvencēs, un to izmērs un svars kļūst ļoti lieli zemākās frekvencēs. Lēcu antenas klasificē pēc to konstrukcijas materiāliem vai ģeometriskajām formām, no kurām dažas ir parādītas 8. attēlā.
8. attēls
Lai uzzinātu vairāk par antenām, lūdzu, apmeklējiet:
Publicēšanas laiks: 2024. gada 19. jūlijs
