Новини - Въведение и класификация на някои често срещани антени

1. Въведение в антените
Антената е преходна структура между свободно пространство и предавателна линия, както е показано на фигура 1. Предавателната линия може да бъде под формата на коаксиална линия или куха тръба (вълновод), която се използва за предаване на електромагнитна енергия от източник към антена или от антена към приемник. Първата е предавателна антена, а втората е приемна антена.

Фигура 1 Път за предаване на електромагнитна енергия (източник-преносна линия-пространство без антена)

Предаването на антенната система в режима на предаване от Фигура 1 е представено от еквивалента на Thevenin, както е показано на Фигура 2, където източникът е представен от идеален генератор на сигнали, предавателната линия е представена от линия с характерен импеданс Zc и антената е представена от товар ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Съпротивлението на натоварване RL представлява проводимостта и диелектричните загуби, свързани със структурата на антената, докато Rr представлява радиационното съпротивление на антената, а реактивното съпротивление XA се използва за представяне на въображаемата част от импеданса, свързан с излъчването на антената. При идеални условия цялата енергия, генерирана от източника на сигнал, трябва да бъде прехвърлена към радиационното съпротивление Rr, което се използва за представяне на радиационната способност на антената. Въпреки това, в практическите приложения има загуби на проводник-диелектрик, дължащи се на характеристиките на предавателната линия и антената, както и загуби, причинени от отражение (несъответствие) между предавателната линия и антената. Отчитайки вътрешния импеданс на източника и пренебрегвайки загубите на предавателната линия и отражението (несъответствие), максималната мощност се предоставя на антената при конюгирано съгласуване.

Фигура 2

Поради несъответствието между предавателната линия и антената, отразената вълна от интерфейса се наслагва върху падащата вълна от източника към антената, за да образува стояща вълна, която представлява концентрация и съхранение на енергия и е типично резонансно устройство. Типичен модел на стояща вълна е показан с пунктирана линия на Фигура 2. Ако антенната система не е проектирана правилно, предавателната линия може да действа като елемент за съхранение на енергия до голяма степен, а не като вълновод и устройство за предаване на енергия.
Загубите, причинени от преносната линия, антената и стоящите вълни са нежелателни. Загубите в линията могат да бъдат сведени до минимум чрез избиране на преносни линии с ниски загуби, докато загубите на антената могат да бъдат намалени чрез намаляване на съпротивлението на загубите, представено от RL на фигура 2. Стоящите вълни могат да бъдат намалени и съхранението на енергия в линията може да бъде сведено до минимум чрез съпоставяне на импеданса на антената (товар) с характеристичния импеданс на линията.
В безжичните системи, в допълнение към приемането или предаването на енергия, антените обикновено се изискват за подобряване на излъчената енергия в определени посоки и потискане на излъчената енергия в други посоки. Следователно, освен устройства за откриване, антените трябва да се използват и като насочващи устройства. Антените могат да бъдат в различни форми, за да отговорят на специфични нужди. Това може да бъде проводник, отвор, пластир, елементен комплект (решетка), рефлектор, леща и др.

В безжичните комуникационни системи антените са един от най-критичните компоненти. Добрият дизайн на антената може да намали системните изисквания и да подобри цялостната производителност на системата. Класически пример е телевизията, където приемането на излъчване може да бъде подобрено чрез използване на високоефективни антени. Антените са за комуникационните системи това, което са очите за хората.

2. Класификация на антената
1. Жична антена
Телените антени са едни от най-разпространените видове антени, тъй като се срещат почти навсякъде - коли, сгради, кораби, самолети, космически кораби и т.н. Има различни форми на телени антени, като права линия (дипол), контур, спирала, както е показано на фигура 3. Не е необходимо кръговите антени да са кръгли. Те могат да бъдат с правоъгълна, квадратна, овална или друга форма. Кръглата антена е най-често срещаната поради простата си структура.

Фигура 3

2. Апертурни антени
Антените с апертура играят по-голяма роля поради нарастващото търсене на по-сложни форми на антени и използването на по-високи честоти. Някои форми на апертурни антени (пирамидални, конични и правоъгълни рупорни антени) са показани на Фигура 4. Този тип антени са много полезни за приложения в самолети и космически кораби, тъй като могат да бъдат много удобно монтирани на външната обвивка на самолета или космическия кораб. В допълнение, те могат да бъдат покрити със слой от диелектричен материал, за да ги предпазят от тежки среди.

Фигура 4

3. Микролентова антена
Микролентовите антени станаха много популярни през 70-те години, главно за сателитни приложения. Антената се състои от диелектричен субстрат и метална лепенка. Металният пластир може да има много различни форми, а правоъгълната пластирна антена, показана на фигура 5, е най-често срещаната. Микролентовите антени имат нисък профил, подходящи са за равнинни и неравнинни повърхности, прости са и евтини за производство, имат висока здравина, когато са монтирани върху твърди повърхности и са съвместими с MMIC дизайни. Те могат да бъдат монтирани на повърхността на самолети, космически кораби, сателити, ракети, автомобили и дори мобилни устройства и могат да бъдат конформно проектирани.

Фигура 5

4. Антена решетка
Радиационните характеристики, изисквани от много приложения, може да не бъдат постигнати от един антенен елемент. Антенните решетки могат да направят излъчването от синтезираните елементи, за да произведат максимално излъчване в една или повече специфични посоки, типичен пример е показан на фигура 6.

Фигура 6

5. Рефлекторна антена
Успехът на изследването на космоса също доведе до бързото развитие на теорията за антените. Поради необходимостта от комуникация на свръхдалечни разстояния трябва да се използват антени с изключително високо усилване за предаване и приемане на сигнали на милиони километри. В това приложение обичайната форма на антена е параболичната антена, показана на Фигура 7. Този тип антена има диаметър от 305 метра или повече и такъв голям размер е необходим, за да се постигне високото усилване, необходимо за предаване или приемане на милиони сигнали мили далеч. Друга форма на рефлектор е ъглов рефлектор, както е показано на фигура 7 (c).

Фигура 7

6. Лещовидни антени
Лещите се използват предимно за колимиране на падаща разсеяна енергия, за да се предотврати разпространението й в нежелани посоки на излъчване. Чрез подходяща промяна на геометрията на лещата и избор на правилния материал, те могат да преобразуват различни форми на дивергентна енергия в плоски вълни. Те могат да се използват в повечето приложения като параболични рефлекторни антени, особено при по-високи честоти, а техният размер и тегло стават много големи при по-ниски честоти. Антените с лещи се класифицират според техните конструктивни материали или геометрични форми, някои от които са показани на фигура 8.