1. Introduktion till Antenner
En antenn är en övergångsstruktur mellan fritt utrymme och en transmissionsledning, som visas i figur 1. Transmissionsledningen kan vara i form av en koaxialledning eller ett ihåligt rör (vågledare), som används för att överföra elektromagnetisk energi från en källa till en antenn, eller från en antenn till en mottagare. Den förra är en sändarantenn och den senare är en mottagningsantenn.
Figur 1 Elektromagnetisk energiöverföringsväg (källa-sändningslinje-antennfritt utrymme)
Antennsystemets sändning i överföringsläget i figur 1 representeras av Thevenin-ekvivalenten som visas i figur 2, där källan representeras av en idealisk signalgenerator, transmissionslinjen representeras av en linje med karakteristisk impedans Zc, och antennen representeras av en last ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Belastningsresistansen RL representerar lednings- och dielektriska förluster associerade med antennstrukturen, medan Rr representerar strålningsresistansen hos antennen, och reaktansen XA används för att representera den imaginära delen av impedansen associerad med antennstrålningen. Under idealiska förhållanden bör all energi som genereras av signalkällan överföras till strålningsmotståndet Rr, som används för att representera antennens strålningsförmåga. I praktiska tillämpningar finns det emellertid ledare-dielektriska förluster på grund av egenskaperna hos transmissionsledningen och antennen, såväl som förluster orsakade av reflektion (felanpassning) mellan transmissionsledningen och antennen. Med tanke på den interna impedansen hos källan och ignorerar transmissionsledningen och reflektionsförluster (felanpassning), tillförs den maximala effekten till antennen under konjugatanpassning.
Figur 2
På grund av missanpassningen mellan transmissionsledningen och antennen, överlagras den reflekterade vågen från gränssnittet med den infallande vågen från källan till antennen för att bilda en stående våg, som representerar energikoncentration och lagring och är en typisk resonansanordning. Ett typiskt stående vågmönster visas med den streckade linjen i figur 2. Om antennsystemet inte är korrekt konstruerat kan transmissionsledningen fungera som ett energilagringselement i stor utsträckning, snarare än som en vågledare och energiöverföringsanordning.
Förlusterna orsakade av transmissionsledningen, antennen och stående vågor är oönskade. Linjeförluster kan minimeras genom att välja överföringsledningar med låg förlust, medan antennförluster kan minskas genom att minska förlustresistansen som representeras av RL i figur 2. Stående vågor kan reduceras och energilagring i ledningen kan minimeras genom att matcha impedansen på antennen (belastningen) med ledningens karakteristiska impedans.
I trådlösa system krävs, förutom att ta emot eller sända energi, antenner vanligtvis för att förbättra utstrålad energi i vissa riktningar och undertrycka utstrålad energi i andra riktningar. Därför måste, förutom detekteringsanordningar, även antenner användas som riktningsanordningar. Antenner kan vara i olika former för att möta specifika behov. Det kan vara en tråd, en bländare, en lapp, en elementenhet (array), en reflektor, en lins, etc.
I trådlösa kommunikationssystem är antenner en av de mest kritiska komponenterna. Bra antenndesign kan minska systemkraven och förbättra systemets övergripande prestanda. Ett klassiskt exempel är tv, där sändningsmottagningen kan förbättras genom att använda högpresterande antenner. Antenner är för kommunikationssystem vad ögon är för människor.
2. Antennklassificering
1. Trådantenn
Trådantenner är en av de vanligaste typerna av antenner eftersom de finns nästan överallt - bilar, byggnader, fartyg, flygplan, rymdfarkoster etc. Det finns olika former av trådantenner, såsom rak linje (dipol), loop, spiral, som visas i figur 3. Slingantenner behöver inte bara vara cirkulära. De kan vara rektangulära, kvadratiska, ovala eller någon annan form. Den cirkulära antennen är den vanligaste på grund av sin enkla struktur.
Figur 3
2. Bländarantenner
Bländarantenner spelar en större roll på grund av den ökande efterfrågan på mer komplexa former av antenner och utnyttjandet av högre frekvenser. Vissa former av öppningsantenner (pyramidformade, koniska och rektangulära hornantenner) visas i figur 4. Denna typ av antenn är mycket användbar för flyg- och rymdfarkostapplikationer eftersom de kan monteras mycket bekvämt på flygplanets eller rymdfarkostens yttre skal. Dessutom kan de täckas med ett lager av dielektriskt material för att skydda dem från tuffa miljöer.
Figur 4
3. Mikrostripantenn
Microstrip-antenner blev mycket populära på 1970-talet, främst för satellitapplikationer. Antennen består av ett dielektriskt substrat och en metallplåster. Metalllappen kan ha många olika former, och den rektangulära patchantennen som visas i figur 5 är den vanligaste. Microstrip-antenner har en låg profil, är lämpliga för plana och icke-plana ytor, är enkla och billiga att tillverka, har hög robusthet när de monteras på styva ytor och är kompatibla med MMIC-design. De kan monteras på ytan av flygplan, rymdfarkoster, satelliter, missiler, bilar och till och med mobila enheter och kan utformas konformt.
Bild 5
4. Arrayantenn
De strålningsegenskaper som krävs av många applikationer kanske inte uppnås med ett enda antennelement. Antennuppsättningar kan göra att strålningen från elementen syntetiseras för att producera maximal strålning i en eller flera specifika riktningar, ett typiskt exempel visas i figur 6.
Bild 6
5. Reflektorantenn
Framgången med rymdutforskning har också lett till den snabba utvecklingen av antennteorin. På grund av behovet av ultralångdistanskommunikation måste extremt högförstärkningsantenner användas för att sända och ta emot signaler miljontals mil bort. I denna applikation är en vanlig antennform den paraboliska antennen som visas i figur 7. Denna typ av antenn har en diameter på 305 meter eller mer, och en så stor storlek är nödvändig för att uppnå den höga förstärkning som krävs för att sända eller ta emot signaler miljontals mil bort. En annan form av reflektor är en hörnreflektor, som visas i figur 7 (c).
Bild 7
6. Linsantenner
Linser används främst för att kollimera infallande spridd energi för att förhindra att den sprids i oönskade strålningsriktningar. Genom att på lämpligt sätt ändra linsens geometri och välja rätt material kan de omvandla olika former av divergerande energi till plana vågor. De kan användas i de flesta applikationer som paraboliska reflektorantenner, speciellt vid högre frekvenser, och deras storlek och vikt blir mycket stor vid lägre frekvenser. Linsantenner klassificeras enligt deras konstruktionsmaterial eller geometriska former, av vilka några visas i figur 8.
Bild 8
För att lära dig mer om antenner, besök:
Posttid: 2024-jul-19
