Вести - Увод и класификација неких уобичајених антена

1. Увод у антене
Антена је прелазна структура између слободног простора и далековода, као што је приказано на слици 1. Далековод може бити у облику коаксијалне линије или шупље цеви (таласовода), која се користи за пренос електромагнетне енергије од извора до антене, или од антене до пријемника. Прва је предајна антена, а друга је пријемна антена.

Слика 1 Путања преноса електромагнетне енергије (простор без извора-преносне линије-антене)

Пренос антенског система у режиму преноса на слици 1 представљен је Тевениновим еквивалентом као што је приказано на слици 2, где је извор представљен идеалним генератором сигнала, далековод је представљен линијом са карактеристичном импедансом Zc, а антена је представљена оптерећењем ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Отпор оптерећења RL представља губитке проводљивости и диелектричне губитке повезане са структуром антене, док Rr представља отпор зрачења антене, а реактанса XA се користи за представљање имагинарног дела импедансе повезане са зрачењем антене. Под идеалним условима, сва енергија коју генерише извор сигнала требало би да се пренесе на отпор зрачења Rr, који се користи за представљање могућности зрачења антене. Међутим, у практичним применама постоје губици проводника и диелектричне енергије због карактеристика далековода и антене, као и губици узроковани рефлексијом (неусклађеношћу) између далековода и антене. Узимајући у обзир унутрашњу импедансу извора и игноришући губитке на далеководу и рефлексији (неусклађености), антени се обезбеђује максимална снага при коњугованом усклађивању.

Слика 2

Због неусклађености између далековода и антене, рефлектовани талас са интерфејса се суперпонира са упадним таласом од извора до антене и формира стојећи талас, који представља концентрацију и складиштење енергије и типичан је резонантни уређај. Типичан образац стојећег таласа приказан је испрекиданом линијом на слици 2. Ако систем антене није правилно пројектован, далековод може у великој мери деловати као елемент за складиштење енергије, а не као таласовод и уређај за пренос енергије.
Губици узроковани далеководом, антеном и стојећим таласима су непожељни. Губици на водовима могу се минимизирати избором далековода са малим губицима, док се губици на антени могу смањити смањењем отпора губитака представљеног са RL на слици 2. Стојећи таласи се могу смањити, а складиштење енергије у водову може се минимизирати усклађивањем импедансе антене (оптерећења) са карактеристичном импедансом водова.
У бежичним системима, поред пријема или преноса енергије, антене су обично потребне за појачавање зрачене енергије у одређеним правцима и сузбијање зрачене енергије у другим правцима. Стога, поред уређаја за детекцију, антене се морају користити и као усмерени уређаји. Антене могу бити у различитим облицима како би задовољиле специфичне потребе. То може бити жица, отвор бленде, закрпа, склоп елемената (низ), рефлектор, сочиво итд.

У бежичним комуникационим системима, антене су једна од најкритичнијих компоненти. Добар дизајн антене може смањити системске захтеве и побољшати укупне перформансе система. Класичан пример је телевизија, где се пријем емитовања може побољшати коришћењем високоперформансних антена. Антене су за комуникационе системе оно што су очи за људе.

2. Класификација антена
1. Жична антена
Жичане антене су један од најчешћих типова антена јер се налазе скоро свуда - аутомобили, зграде, бродови, авиони, свемирске летелице итд. Постоје различити облици жичаних антена, као што су праволинијске (дипол), петљасте, спиралне, као што је приказано на слици 3. Петљасте антене не морају бити само кружне. Могу бити правоугаоне, квадратне, овалне или било ког другог облика. Кружна антена је најчешћа због своје једноставне структуре.

Слика 3

2. Антене са отвором бленде
Апертурне антене играју све већу улогу због све веће потражње за сложенијим облицима антена и коришћења виших фреквенција. Неки облици апертурних антена (пирамидалне, конусне и правоугаоне антене са рогом) приказани су на слици 4. Ова врста антене је веома корисна за примене у авионима и свемирским летелицама јер се могу веома погодно монтирати на спољни омотач авиона или свемирске летелице. Поред тога, могу бити прекривене слојем диелектричног материјала како би се заштитиле од тешких услова окружења.

Слика 4

3. Микротракаста антена
Микротракасте антене су постале веома популарне 1970-их, углавном за сателитске примене. Антена се састоји од диелектричне подлоге и металне плочице. Метална плочица може имати много различитих облика, а правоугаона антена приказана на слици 5 је најчешћа. Микротракасте антене имају низак профил, погодне су за равне и неравне површине, једноставне су и јефтине за производњу, имају високу робусност када се монтирају на круте површине и компатибилне су са MMIC дизајном. Могу се монтирати на површину авиона, свемирских летелица, сателита, ракета, аутомобила, па чак и мобилних уређаја и могу бити конформно дизајниране.

Слика 5

4. Антенски низ
Карактеристике зрачења које захтевају многе примене не могу се постићи једним елементом антене. Антенски низови могу направити зрачење из синтетизованих елемената како би произвели максимално зрачење у једном или више одређених праваца, типичан пример је приказан на слици 6.

Слика 6

5. Рефлекторска антена
Успех истраживања свемира такође је довео до брзог развоја теорије антена. Због потребе за комуникацијом на ултра-великим даљинама, морају се користити антене са изузетно високим појачањем за пренос и пријем сигнала удаљених милионима километара. У овој примени, уобичајени облик антене је параболична антена приказана на слици 7. Ова врста антене има пречник од 305 метара или више, и тако велика величина је неопходна да би се постигло велико појачање потребно за пренос или пријем сигнала удаљених милионима километара. Други облик рефлектора је угаони рефлектор, као што је приказано на слици 7 (ц).

Слика 7

6. Антене сочива
Сочива се првенствено користе за колимацију упадне расејане енергије како би се спречило њено ширење у нежељеним правцима зрачења. Одговарајућом променом геометрије сочива и избором правог материјала, она могу претворити различите облике дивергентне енергије у равне таласе. Могу се користити у већини примена попут параболичних рефлекторских антена, посебно на вишим фреквенцијама, а њихова величина и тежина постају веома велике на нижим фреквенцијама. Сочиве антене се класификују према материјалима од којих су направљене или геометријским облицима, од којих су неки приказани на слици 8.