1. Introduktion til antenner
En antenne er en overgangsstruktur mellem frit rum og en transmissionslinje, som vist i figur 1. Transmissionslinjen kan være i form af en koaksial linje eller et hult rør (bølgeleder), som bruges til at transmittere elektromagnetisk energi fra en kilde til en antenne, eller fra en antenne til en modtager. Førstnævnte er en sendeantenne, og sidstnævnte er en modtageantenne.
Figur 1 Elektromagnetisk energi transmissionsvej (kilde-transmission linje-antenne-fri plads)
Transmissionen af antennesystemet i transmissionstilstanden i figur 1 er repræsenteret af Thevenin-ækvivalenten som vist i figur 2, hvor kilden er repræsenteret af en ideel signalgenerator, transmissionslinjen er repræsenteret af en linje med karakteristisk impedans Zc, og antennen er repræsenteret ved en belastning ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Belastningsmodstanden RL repræsenterer lednings- og dielektriske tab forbundet med antennestrukturen, mens Rr repræsenterer strålingsmodstanden for antennen, og reaktansen XA bruges til at repræsentere den imaginære del af impedansen forbundet med antennestrålingen. Under ideelle forhold bør al den energi, der genereres af signalkilden, overføres til strålingsmodstanden Rr, som bruges til at repræsentere antennens strålingsevne. I praktiske applikationer er der imidlertid leder-dielektriske tab på grund af transmissionslinjens og antennens karakteristika, såvel som tab forårsaget af refleksion (mismatch) mellem transmissionslinjen og antennen. I betragtning af den interne impedans af kilden og ignorerer transmissionslinjen og refleksion (mismatch) tab, leveres den maksimale effekt til antennen under konjugeret tilpasning.
Figur 2
På grund af misforholdet mellem transmissionslinjen og antennen bliver den reflekterede bølge fra grænsefladen overlejret med den indfaldende bølge fra kilden til antennen for at danne en stående bølge, som repræsenterer energikoncentration og lagring og er en typisk resonansanordning. Et typisk stående bølgemønster er vist med den stiplede linje i figur 2. Hvis antennesystemet ikke er designet korrekt, kan transmissionslinjen i vid udstrækning fungere som et energilagerelement frem for som en bølgeleder og energitransmissionsenhed.
Tabene forårsaget af transmissionsledningen, antennen og stående bølger er uønskede. Linjetab kan minimeres ved at vælge transmissionslinjer med lavt tab, mens antennetab kan reduceres ved at reducere tabsmodstanden repræsenteret ved RL i figur 2. Stående bølger kan reduceres, og energilagring i ledningen kan minimeres ved at matche impedansen af antennen (belastningen) med ledningens karakteristiske impedans.
I trådløse systemer kræves der, ud over at modtage eller transmittere energi, antenner normalt for at forbedre udstrålet energi i visse retninger og undertrykke udstrålet energi i andre retninger. Derfor skal antenner foruden detektionsanordninger også bruges som retningsbestemt anordning. Antenner kan være i forskellige former for at opfylde specifikke behov. Det kan være en ledning, en blænde, en patch, en elementsamling (array), en reflektor, en linse osv.
I trådløse kommunikationssystemer er antenner en af de mest kritiske komponenter. Godt antennedesign kan reducere systemkravene og forbedre systemets overordnede ydeevne. Et klassisk eksempel er tv, hvor udsendelsesmodtagelsen kan forbedres ved at bruge højtydende antenner. Antenner er for kommunikationssystemer, hvad øjne er for mennesker.
2. Antenneklassifikation
1. Ledningsantenne
Trådantenner er en af de mest almindelige typer antenner, fordi de findes næsten overalt - biler, bygninger, skibe, fly, rumfartøjer osv. Der er forskellige former for ledningsantenner, såsom lige linje (dipol), sløjfe, spiral, som vist i figur 3. Slyngeantenner behøver ikke kun at være cirkulære. De kan være rektangulære, firkantede, ovale eller enhver anden form. Den cirkulære antenne er den mest almindelige på grund af dens enkle struktur.
Figur 3
2. Blændeantenner
Blændeantenner spiller en større rolle på grund af den stigende efterspørgsel efter mere komplekse former for antenner og udnyttelsen af højere frekvenser. Nogle former for aperturantenner (pyramideformede, koniske og rektangulære hornantenner) er vist i figur 4. Denne type antenne er meget anvendelig til fly- og rumfartøjsapplikationer, fordi de meget bekvemt kan monteres på den ydre skal af flyet eller rumfartøjet. Derudover kan de dækkes med et lag dielektrisk materiale for at beskytte dem mod barske miljøer.
Figur 4
3. Microstrip-antenne
Microstrip-antenner blev meget populære i 1970'erne, hovedsageligt til satellitapplikationer. Antennen består af et dielektrisk substrat og en metalpatch. Metallappen kan have mange forskellige former, og den rektangulære patchantenne vist i figur 5 er den mest almindelige. Microstrip-antenner har en lav profil, er velegnede til plane og ikke-plane overflader, er enkle og billige at fremstille, har høj robusthed, når de monteres på stive overflader, og er kompatible med MMIC-design. De kan monteres på overfladen af fly, rumfartøjer, satellitter, missiler, biler og endda mobile enheder og kan designes konformt.
Figur 5
4. Array-antenne
De strålingskarakteristika, der kræves af mange applikationer, opnås muligvis ikke af et enkelt antenneelement. Antennearrays kan lave strålingen fra elementerne syntetiseret til at producere maksimal stråling i en eller flere specifikke retninger, et typisk eksempel er vist i figur 6.
Figur 6
5. Refleksantenne
Succesen med rumudforskning har også ført til den hurtige udvikling af antenneteori. På grund af behovet for ultra-langdistance kommunikation, skal ekstremt højforstærkede antenner bruges til at sende og modtage signaler millioner af miles væk. I denne applikation er en almindelig antenneform den parabolske antenne vist i figur 7. Denne type antenne har en diameter på 305 meter eller mere, og en så stor størrelse er nødvendig for at opnå den høje forstærkning, der kræves for at sende eller modtage signaler på millioner af miles væk. En anden form for reflektor er en hjørnereflektor, som vist i figur 7 (c).
Figur 7
6. Objektivantenner
Linser bruges primært til at kollimere indfaldende spredt energi for at forhindre den i at sprede sig i uønskede strålingsretninger. Ved passende at ændre linsens geometri og vælge det rigtige materiale kan de omdanne forskellige former for divergerende energi til plane bølger. De kan bruges i de fleste applikationer som parabolske reflektorantenner, især ved højere frekvenser, og deres størrelse og vægt bliver meget stor ved lavere frekvenser. Linseantenner er klassificeret efter deres konstruktionsmaterialer eller geometriske former, hvoraf nogle er vist i figur 8.
Figur 8
For at lære mere om antenner, besøg venligst:
Indlægstid: 19-jul-2024
