1. Sissejuhatus antennidesse
Antenn on üleminekustruktuur vaba ruumi ja ülekandeliini vahel, nagu on näidatud joonisel 1. Ülekandeliin võib olla koaksiaalliini või õõnsa toru (lainejuhi) kujul, mida kasutatakse elektromagnetilise energia edastamiseks allikast antenni või antennist vastuvõtjasse. Esimene on saateantenn ja teine on vastuvõtuantenn.
Joonis 1 Elektromagnetilise energia ülekandetee (allikas-ülekandeliin-antenn-vaba ruum)
Joonisel 1 kujutatud antennisüsteemi edastust edastusrežiimis esindab joonisel 2 näidatud Thevenini ekvivalent, kus allikat esindab ideaalne signaaligeneraator, edastusliini esindab joon iseloomuliku impedantsiga Zc ja antenni esindab koormus ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Koormustakistus RL esindab antenni struktuuriga seotud juhtivus- ja dielektrilisi kadusid, Rr aga antenni kiirgustakistust ja reaktants XA esindab antenni kiirgusega seotud impedantsi imaginaarosa. Ideaalsetes tingimustes peaks kogu signaaliallika tekitatud energia üle kanduma kiirgustakistusele Rr, mida kasutatakse antenni kiirgusvõime esindamiseks. Praktikas esinevad aga juhi-dielektrilised kaod, mis tulenevad edastusliini ja antenni omadustest, samuti edastusliini ja antenni vahelise peegelduse (sobimatuse) põhjustatud kaod. Arvestades allika sisemist impedantsi ja ignoreerides edastusliini ja peegelduse (sobimatuse) kadusid, antakse konjugeeritud sobitamise korral antennile maksimaalne võimsus.
Joonis 2
Ülekandeliini ja antenni vahelise mittevastavuse tõttu kattub liidese peegeldunud laine allikast antenni langeva lainega, moodustades seisulaine, mis kujutab energia kontsentratsiooni ja salvestamist ning on tüüpiline resonantne seade. Tüüpiline seisulaine muster on näidatud punktiirjoonega joonisel 2. Kui antennisüsteem ei ole õigesti projekteeritud, võib ülekandeliin toimida suures osas energia salvestamise elemendina, mitte lainejuhi ja energia ülekandeseadmena.
Ülekandeliini, antenni ja seisulainete põhjustatud kaod on ebasoovitavad. Liinikadusid saab minimeerida väikese kadudega ülekandeliinide valimise teel, samas kui antennikadusid saab vähendada joonisel 2 kujutatud RL-iga tähistatud kadutakistust vähendades. Seisulaineid saab vähendada ja liinis energia salvestamist minimeerida antenni (koormuse) impedantsi sobitamisega liini iseloomuliku impedantsiga.
Traadita süsteemides on lisaks energia vastuvõtmisele või edastamisele tavaliselt vaja antenne, mis võimendavad kiirgusenergiat teatud suundades ja summutavad kiirgusenergiat teistes suundades. Seetõttu tuleb lisaks tuvastusseadmetele antenne kasutada ka suunamisseadmetena. Antennid võivad olla erineva kujuga, et rahuldada konkreetseid vajadusi. See võib olla traat, ava, plaaster, elementide komplekt (massiiv), reflektor, lääts jne.
Traadita sidesüsteemides on antennid ühed kõige kriitilisemad komponendid. Hea antenni konstruktsioon võib vähendada süsteeminõudeid ja parandada süsteemi üldist jõudlust. Klassikaline näide on televisioon, kus leviedastuse vastuvõttu saab parandada suure jõudlusega antennide abil. Antennid on sidesüsteemidele samad, mis inimestele silmad.
2. Antenni klassifikatsioon
1. Traatantenn
Traatantennid on ühed levinumad antennitüübid, kuna neid leidub peaaegu kõikjal – autodes, hoonetes, laevadel, lennukites, kosmoselaevadel jne. Traatantenne on erineva kujuga, näiteks sirgjoonelised (dipool-), silmus- ja spiraalantennid, nagu on näidatud joonisel 3. Silmusantennid ei pea olema ainult ümmargused. Need võivad olla ristkülikukujulised, ruudukujulised, ovaalsed või mis tahes muu kujuga. Ümmargune antenn on oma lihtsa konstruktsiooni tõttu kõige levinum.
Joonis 3
2. Ava-antennid
Avaantennid mängivad üha suuremat rolli tänu kasvavale nõudlusele keerukamate antennide ja kõrgemate sageduste kasutamise järele. Mõned avaantennide vormid (püramiid-, koonilised ja ristkülikukujulised ruupantennid) on näidatud joonisel 4. Seda tüüpi antenn on väga kasulik õhusõidukite ja kosmoselaevade rakendustes, kuna neid saab väga mugavalt paigaldada õhusõiduki või kosmoselaeva väliskestale. Lisaks saab neid katta dielektrilise materjali kihiga, et kaitsta neid karmide keskkondade eest.
Joonis 4
3. Mikroribaantenn
Mikroribaantennid muutusid väga populaarseks 1970. aastatel, peamiselt satelliitrakendustes. Antenn koosneb dielektrilisest substraadist ja metallplaadist. Metallplaadil võib olla palju erinevaid kujusid ja joonisel 5 kujutatud ristkülikukujuline plaasterantenn on kõige levinum. Mikroribaantennidel on madal profiil, need sobivad nii tasapinnalistele kui ka mittetasapinnalistele pindadele, on lihtsad ja odavad toota, on jäikadele pindadele paigaldamisel väga vastupidavad ning ühilduvad MMIC-disainidega. Neid saab paigaldada lennukite, kosmoseaparaatide, satelliitide, rakettide, autode ja isegi mobiilseadmete pinnale ning need võivad olla konformseeritud.
Joonis 5
4. Massiiviantenn
Paljude rakenduste jaoks vajalikke kiirgusomadusi ei pruugi üks antennielement saavutada. Antenni massiivid suudavad elementide kiirgust sünteesida nii, et see tekitaks maksimaalset kiirgust ühes või mitmes kindlas suunas, tüüpiline näide on näidatud joonisel 6.
Joonis 6
5. Helkurantenn
Kosmoseuuringute edu on viinud ka antenniteooria kiire arenguni. Ülipiiraside vajaduse tõttu tuleb miljonite miilide kauguselt signaalide edastamiseks ja vastuvõtmiseks kasutada äärmiselt suure võimendusega antenne. Selles rakenduses on levinud antennivorm joonisel 7 kujutatud paraboolantenn. Seda tüüpi antenni läbimõõt on 305 meetrit või rohkem ja selline suur suurus on vajalik miljonite miilide kauguselt signaalide edastamiseks või vastuvõtmiseks vajaliku suure võimenduse saavutamiseks. Teine reflektori vorm on nurkreflektor, nagu on näidatud joonisel 7 (c).
Joonis 7
6. Objektiivi antennid
Läätsesid kasutatakse peamiselt hajutatud energia kollimeerimiseks, et vältida selle levikut soovimatutes kiirgussuundades. Läätse geomeetriat sobivalt muutes ja õige materjali valides saavad nad muundada mitmesuguseid hajuva energia vorme tasapinnalisteks laineteks. Neid saab kasutada enamikus rakendustes, näiteks paraboolsete reflektorantennidena, eriti kõrgematel sagedustel, ning nende suurus ja kaal muutuvad madalamatel sagedustel väga suureks. Läätseantennid liigitatakse vastavalt nende konstruktsioonimaterjalidele või geomeetrilistele kujudele, millest mõned on näidatud joonisel 8.
Joonis 8
Antennide kohta lisateabe saamiseks külastage palun järgmist saiti:
Postituse aeg: 19. juuli 2024
