1. Introduktion til antenner
En antenne er en overgangsstruktur mellem det frie rum og en transmissionslinje, som vist i figur 1. Transmissionslinjen kan være i form af en koaksialledning eller et hult rør (bølgeleder), der 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 energitransmissionsvej (kilde-transmissionslinje-antennefrit rum)
Antennesystemets transmission 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 af en belastning ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Belastningsmodstanden RL repræsenterer lednings- og dielektriske tab forbundet med antennestrukturen, mens Rr repræsenterer antennens strålingsmodstand, 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 anvendelser er der imidlertid leder-dielektriske tab på grund af transmissionslinjens og antennens egenskaber, samt tab forårsaget af refleksion (mismatch) mellem transmissionslinjen og antennen. I betragtning af kildens interne impedans og ignorering af transmissionslinjens og refleksions- (mismatch) tab, leveres den maksimale effekt til antennen under konjugeret matching.
Figur 2
På grund af uoverensstemmelsen mellem transmissionslinjen og antennen overlejres den reflekterede bølge fra grænsefladen med den indfaldende bølge fra kilden til antennen, hvilket danner en stående bølge, som repræsenterer energikoncentration og -lagring og er en typisk resonant enhed. Et typisk stående bølgemønster er vist med den stiplede linje i figur 2. Hvis antennesystemet ikke er korrekt designet, kan transmissionslinjen i vid udstrækning fungere som et energilagringselement snarere end som en bølgeleder- og energitransmissionsenhed.
Tab forårsaget af transmissionslinjen, 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 af RL i figur 2. Stående bølger kan reduceres, og energilagring i linjen kan minimeres ved at matche antennens impedans (belastning) med linjens karakteristiske impedans.
I trådløse systemer er antenner, udover at modtage eller sende energi, normalt nødvendige for at forstærke udstrålet energi i bestemte retninger og undertrykke udstrålet energi i andre retninger. Derfor skal antenner, udover detektionsenheder, også bruges som retningsbestemte enheder. Antenner kan have forskellige former for at opfylde specifikke behov. Det kan være en ledning, en åbning, et 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 den samlede systemydelse. Et klassisk eksempel er fjernsyn, hvor modtagelse af udsendelser kan forbedres ved at bruge højtydende antenner. Antenner er for kommunikationssystemer, hvad øjne er for mennesker.
2. Antenneklassificering
1. Trådantenne
Trådantenner er en af de mest almindelige typer antenner, fordi de findes næsten overalt - biler, bygninger, skibe, fly, rumfartøjer osv. Der findes forskellige former for trådantenner, såsom lige linjeantenner (dipol), loopantenner og spiralantenner, som vist i figur 3. Loopantenner behøver ikke kun at være cirkulære. De kan være rektangulære, firkantede, ovale eller have en enhver anden form. Den cirkulære antenne er den mest almindelige på grund af dens enkle struktur.
Figur 3
2. Aperturantenner
Aperturantenner spiller en større rolle på grund af den stigende efterspørgsel efter mere komplekse antenneformer og brugen af højere frekvenser. Nogle former for aperturantenner (pyramideformede, koniske og rektangulære hornantenner) er vist i figur 4. Denne type antenne er meget nyttig til fly- og rumfartøjsapplikationer, fordi de meget bekvemt kan monteres på flyets eller rumfartøjets ydre skal. Derudover kan de dækkes med et lag dielektrisk materiale for at beskytte dem mod barske miljøer.
Figur 4
3. Mikrostripantenne
Mikrostripantenner blev meget populære i 1970'erne, primært til satellitapplikationer. Antennen består af et dielektrisk substrat og en metalpatch. Metalpatchen kan have mange forskellige former, og den rektangulære patchantenne vist i figur 5 er den mest almindelige. Mikrostripantenner 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-designs. 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 strålingsegenskaber, der kræves af mange applikationer, kan muligvis ikke opnås af et enkelt antenneelement. Antennesystemer kan syntetisere strålingen fra elementerne for at producere maksimal stråling i en eller flere specifikke retninger. Et typisk eksempel er vist i figur 6.
Figur 6
5. Reflektorantenne
Rumforskningens succes har også ført til den hurtige udvikling af antenneteori. På grund af behovet for ultralangdistancekommunikation skal antenner med ekstremt høj forstærkning anvendes til at sende og modtage signaler millioner af kilometer væk. I denne anvendelse 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 millioner af kilometer væk. En anden form for reflektor er en hjørnereflektor, som vist i figur 7 (c).
Figur 7
6. Linseantenner
Linser bruges primært til at kollimere indfaldende spredt energi for at forhindre den i at sprede sig i uønskede strålingsretninger. Ved at ændre linsens geometri på passende vis og vælge det rigtige materiale kan de konvertere forskellige former for divergerende energi til plane bølger. De kan bruges i de fleste anvendelser, såsom parabolske reflektorantenner, især ved højere frekvenser, og deres størrelse og vægt bliver meget stor ved lavere frekvenser. Linseantenner klassificeres efter deres konstruktionsmaterialer eller geometriske former, hvoraf nogle er vist i figur 8.
Figur 8
For at lære mere om antenner, besøg venligst:
Opslagstidspunkt: 19. juli 2024
