1. Introducció a les Antenes
Una antena és una estructura de transició entre l'espai lliure i una línia de transmissió, tal com es mostra a la figura 1. La línia de transmissió pot tenir forma de línia coaxial o de tub buit (guia d'ones), que s'utilitza per transmetre energia electromagnètica des d'una font. a una antena, o d'una antena a un receptor. La primera és una antena de transmissió, i la segona és una antena de recepció.
Figura 1 Ruta de transmissió d'energia electromagnètica (espai lliure de línia de transmissió font-antena)
La transmissió del sistema d'antena en el mode de transmissió de la figura 1 està representada per l'equivalent de Thevenin tal com es mostra a la figura 2, on la font està representada per un generador de senyal ideal, la línia de transmissió està representada per una línia amb una impedància característica Zc i l'antena es representa amb una càrrega ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. La resistència de càrrega RL representa la conducció i les pèrdues dielèctriques associades a l'estructura de l'antena, mentre que Rr representa la resistència a la radiació de l'antena, i la reactància XA s'utilitza per representar la part imaginària de la impedància associada a la radiació de l'antena. En condicions ideals, tota l'energia generada per la font del senyal s'ha de transferir a la resistència a la radiació Rr, que s'utilitza per representar la capacitat de radiació de l'antena. No obstant això, en aplicacions pràctiques, hi ha pèrdues conductor-dielèctriques degudes a les característiques de la línia de transmissió i l'antena, així com pèrdues causades per la reflexió (desajustament) entre la línia de transmissió i l'antena. Tenint en compte la impedància interna de la font i ignorant la línia de transmissió i les pèrdues de reflexió (desconcordança), es proporciona la màxima potència a l'antena sota la conjugació.
Figura 2
A causa del desajust entre la línia de transmissió i l'antena, l'ona reflectida de la interfície se superposa amb l'ona incident de la font a l'antena per formar una ona estacionària, que representa la concentració i l'emmagatzematge d'energia i és un dispositiu ressonant típic. Un patró d'ona estacionària típic es mostra amb la línia de punts a la figura 2. Si el sistema d'antena no està dissenyat correctament, la línia de transmissió pot actuar com a element d'emmagatzematge d'energia en gran mesura, més que com a guia d'ones i dispositiu de transmissió d'energia.
Les pèrdues causades per la línia de transmissió, l'antena i les ones estacionàries són indesitjables. Les pèrdues de línia es poden minimitzar seleccionant línies de transmissió de baixes pèrdues, mentre que les pèrdues d'antena es poden reduir reduint la resistència a les pèrdues representada per RL a la figura 2. Les ones estacionàries es poden reduir i l'emmagatzematge d'energia a la línia es pot minimitzar fent coincidir la impedància de l'antena (càrrega) amb la impedància característica de la línia.
En els sistemes sense fil, a més de rebre o transmetre energia, normalment es requereixen antenes per millorar l'energia radiada en determinades direccions i suprimir l'energia radiada en altres direccions. Per tant, a més dels dispositius de detecció, les antenes també s'han d'utilitzar com a dispositius direccionals. Les antenes poden tenir diverses formes per satisfer necessitats específiques. Pot ser un cable, una obertura, un pegat, un conjunt d'elements (matriu), un reflector, una lent, etc.
En els sistemes de comunicació sense fil, les antenes són un dels components més crítics. Un bon disseny de l'antena pot reduir els requisits del sistema i millorar el rendiment general del sistema. Un exemple clàssic és la televisió, on la recepció d'emissions es pot millorar mitjançant l'ús d'antenes d'alt rendiment. Les antenes són als sistemes de comunicació el que els ulls són als humans.
2. Classificació de l'antena
1. Antena de cable
Les antenes de cable són un dels tipus d'antenes més comuns perquè es troben gairebé a tot arreu: cotxes, edificis, vaixells, avions, naus espacials, etc. Hi ha diverses formes d'antenes de cable, com ara línia recta (dipol), bucle, espiral, etc. com es mostra a la figura 3. Les antenes de bucle no només han de ser circulars. Poden ser rectangulars, quadrades, ovalades o qualsevol altra forma. L'antena circular és la més comuna per la seva estructura senzilla.
Figura 3
2. Antenes d'obertura
Les antenes d'obertura estan jugant un paper més important a causa de la creixent demanda de formes més complexes d'antenes i la utilització de freqüències més altes. Algunes formes d'antenes d'obertura (antenes piramidals, còniques i rectangulars) es mostren a la figura 4. Aquest tipus d'antenes és molt útil per a aplicacions d'aeronaus i naus espacials perquè es poden muntar molt còmodament a la carcassa exterior de l'avió o la nau espacial. A més, es poden cobrir amb una capa de material dielèctric per protegir-los dels ambients durs.
Figura 4
3. Antena microstrip
Les antenes microstrip es van fer molt populars a la dècada de 1970, principalment per a aplicacions de satèl·lit. L'antena consta d'un substrat dielèctric i un pegat metàl·lic. El pegat metàl·lic pot tenir moltes formes diferents, i l'antena rectangular que es mostra a la figura 5 és la més comuna. Les antenes de microstrip tenen un perfil baix, són adequades per a superfícies planes i no planes, són senzilles i barates de fabricar, tenen una gran robustesa quan es munten sobre superfícies rígides i són compatibles amb dissenys MMIC. Es poden muntar a la superfície d'avions, naus espacials, satèl·lits, míssils, cotxes i fins i tot dispositius mòbils i es poden dissenyar de manera conforme.
Figura 5
4. Antena de matriu
Les característiques de radiació requerides per moltes aplicacions poden no aconseguir-se amb un sol element d'antena. Les matrius d'antenes poden fer que la radiació dels elements sintetitzats produeixi la màxima radiació en una o més direccions específiques, un exemple típic es mostra a la figura 6.
Figura 6
5. Antena reflectora
L'èxit de l'exploració espacial també ha portat al ràpid desenvolupament de la teoria de l'antena. A causa de la necessitat de comunicació a llarga distància, s'han d'utilitzar antenes d'alt rendiment per transmetre i rebre senyals a milions de quilòmetres de distància. En aquesta aplicació, una forma d'antena comuna és l'antena parabòlica que es mostra a la figura 7. Aquest tipus d'antena té un diàmetre de 305 metres o més, i una mida tan gran és necessària per aconseguir l'elevat guany necessari per transmetre o rebre senyals de milions de milles de distància. Una altra forma de reflector és un reflector de cantonada, tal com es mostra a la figura 7 (c).
Figura 7
6. Antenes de lents
Les lents s'utilitzen principalment per col·limar l'energia dispersa incident per evitar que es propagui en direccions de radiació no desitjades. Canviant adequadament la geometria de la lent i escollint el material adequat, poden convertir diverses formes d'energia divergent en ones planes. Es poden utilitzar en la majoria d'aplicacions com antenes reflectores parabòliques, especialment a freqüències més altes, i la seva mida i pes es fan molt grans a freqüències més baixes. Les antenes de lents es classifiquen segons els seus materials de construcció o formes geomètriques, algunes de les quals es mostren a la figura 8.
Figura 8
Per obtenir més informació sobre les antenes, visiteu:
Hora de publicació: 19-jul-2024
