1. Ievads antenās
Antena ir pārejas struktūra starp brīvo telpu un pārvades līniju, kā parādīts 1. attēlā. Pārvades līnija var būt koaksiālas līnijas vai dobas caurules (viļņvada) veidā, ko izmanto, lai pārraidītu elektromagnētisko enerģiju no avota. uz antenu vai no antenas uz uztvērēju. Pirmā ir raidīšanas antena, bet otrā ir uztveršanas antena.
1. attēls Elektromagnētiskās enerģijas pārraides ceļš (avots-pārraides līnija-bez antenas)
Antenas sistēmas pārraidi 1. attēlā redzamajā pārraides režīmā attēlo Thevenin ekvivalents, kā parādīts 2. attēlā, kur avotu attēlo ideāls signāla ģenerators, pārraides līniju attēlo līnija ar raksturīgo pretestību Zc, un antenu attēlo slodze ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Slodzes pretestība RL apzīmē ar antenas struktūru saistītos vadītspējas un dielektriskos zudumus, savukārt Rr apzīmē antenas starojuma pretestību, un pretestība XA tiek izmantota, lai attēlotu ar antenas starojumu saistīto pretestības iedomāto daļu. Ideālos apstākļos visa signāla avota radītā enerģija jāpārnes uz starojuma pretestību Rr, ko izmanto, lai attēlotu antenas starojuma spēju. Tomēr praktiskos pielietojumos pastāv vadītāja-dielektriskie zudumi, kas rodas pārvades līnijas un antenas īpašību dēļ, kā arī zudumi, ko izraisa pārvades līnijas un antenas atstarošana (neatbilstība). Ņemot vērā avota iekšējo pretestību un ignorējot pārvades līniju un atstarošanas (neatbilstības) zudumus, maksimālā jauda tiek nodrošināta antenai konjugāta saskaņošanas laikā.
2. attēls
Pārvades līnijas un antenas neatbilstības dēļ atstarotais vilnis no saskarnes tiek pārklāts ar krītošo vilni no avota uz antenu, veidojot stāvošu vilni, kas atspoguļo enerģijas koncentrāciju un uzglabāšanu un ir tipiska rezonanses ierīce. Tipisks stāvviļņu modelis ir parādīts ar punktētu līniju 2. attēlā. Ja antenas sistēma nav pareizi projektēta, pārvades līnija lielā mērā var darboties kā enerģijas uzkrāšanas elements, nevis kā viļņvads un enerģijas pārraides ierīce.
Pārvades līnijas, antenas un stāvviļņu radītie zaudējumi ir nevēlami. Līnijas zudumus var samazināt, izvēloties zemu zudumu pārvades līnijas, savukārt antenas zudumus var samazināt, samazinot zudumu pretestību, kas attēlota ar RL 2. attēlā. Stāvviļņus var samazināt un enerģijas uzglabāšanu līnijā var samazināt, saskaņojot antena (slodze) ar līnijas raksturīgo pretestību.
Bezvadu sistēmās papildus enerģijas uztveršanai vai pārraidīšanai parasti ir nepieciešamas antenas, lai pastiprinātu izstaroto enerģiju noteiktos virzienos un apspiestu izstaroto enerģiju citos virzienos. Tāpēc papildus noteikšanas ierīcēm antenas jāizmanto arī kā virziena 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 viena no vissvarīgākajām sastāvdaļām. Labs antenas dizains var samazināt sistēmas prasības un uzlabot sistēmas vispārējo veiktspēju. Klasisks piemērs ir televīzija, kur apraides uztveršanu var uzlabot, izmantojot augstas veiktspējas antenas. Antenas sakaru sistēmām ir tādas pašas kā acis cilvēkiem.
2. Antenu klasifikācija
1. Vadu antena
Vadu antenas ir viens no visizplatītākajiem antenu veidiem, jo tās ir sastopamas gandrīz visur – automašīnās, ēkās, kuģos, lidmašīnās, kosmosa kuģos u.c. Ir dažādas formas vadu antenas, piemēram, taisnas līnijas (dipola), cilpas, spirālveida, kā parādīts 3. attēlā. Cilpas antenām jābūt ne tikai apaļām. Tie var būt taisnstūra, kvadrātveida, ovālas vai jebkuras citas formas. Apļveida antena ir visizplatītākā tās vienkāršās struktūras dēļ.
3. attēls
2. Apertūras antenas
Apertūras antenām ir lielāka loma, jo pieaug pieprasījums pēc sarežģītākām antenu formām un augstāku frekvenču izmantošanas. Dažas diafragmas antenu formas (piramīdas, koniskas un taisnstūrveida ragu antenas) ir parādītas 4. attēlā. Šāda veida antenas ir ļoti noderīgas lidmašīnām un kosmosa kuģu lietojumiem, jo tās var ļoti ērti uzstādīt uz gaisa kuģa vai kosmosa kuģa ārējā apvalka. Turklāt tos var pārklāt ar dielektriska materiāla slāni, lai pasargātu tos no skarbas vides.
4. attēls
3. Mikrosloksnes antena
Mikrojoslas antenas kļuva ļoti populāras 70. gados, galvenokārt satelītu lietojumiem. Antena sastāv no dielektriskā substrāta un metāla plākstera. Metāla plāksterim var būt daudz dažādu formu, un visizplatītākā ir taisnstūrveida plākstera antena, kas parādīta 5. attēlā. Mikroslokšņu antenām ir zems profils, tās ir piemērotas plakanām un neplakām virsmām, tās ir vienkāršas un lētas ražošanā, tām ir augsta izturība, ja tās tiek uzstādītas uz stingrām virsmām, un tās ir saderīgas ar MMIC konstrukcijām. Tos var uzstādīt uz lidmašīnu, kosmosa kuģu, satelītu, raķešu, automašīnu un pat mobilo ierīču virsmas, un tās var būt atbilstoši konstruētas.
5. attēls
4. Masīva antena
Radiācijas raksturlielumi, kas nepieciešami daudziem lietojumiem, var nebūt sasniegti ar vienu antenas elementu. Antenu bloki var radīt sintezēto elementu starojumu, lai radītu maksimālu starojumu vienā vai vairākos noteiktos virzienos, tipisks piemērs ir parādīts 6. attēlā.
6. attēls
5. Atstarotāja antena
Kosmosa izpētes panākumi ir arī veicinājuši antenu teorijas strauju attīstību. Tā kā ir nepieciešami īpaši liela attāluma sakari, signālu pārraidīšanai un saņemšanai miljoniem jūdžu attālumā ir jāizmanto ārkārtīgi augstas pastiprinājuma antenas. Šajā lietojumprogrammā 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 lielu pastiprinājumu, kas nepieciešams, lai pārraidītu vai uztvertu signālus miljoniem jūdžu attālumā. Cita veida atstarotājs ir stūra atstarotājs, kā parādīts 7. attēlā (c).
7. attēls
6. Objektīvu antenas
Lēcas galvenokārt izmanto, lai kolimētu krītošu izkliedētu enerģiju, lai novērstu tās izplatīšanos nevēlamos starojuma virzienos. Atbilstoši mainot objektīva ģeometriju un izvēloties pareizo materiālu, tie var pārveidot dažādus atšķirīgus enerģijas veidus plakanos viļņos. Tos var izmantot lielākajā daļā lietojumu, piemēram, parabolisko reflektoru antenas, īpaši augstākās frekvencēs, un to izmērs un svars kļūst ļoti lieli pie zemākām frekvencēm. Lēcu antenas tiek klasificētas pēc to konstrukcijas materiāliem vai ģeometriskām formām, dažas no tām ir parādītas 8. attēlā.
8. attēls
Lai uzzinātu vairāk par antenām, lūdzu, apmeklējiet:
Izlikšanas laiks: 19. jūlijs 2024
