În această eră modernă a comunicații fără fir , mulți ingineri manifestă interesul de a se specializa în domeniile comunicării, dar acest lucru necesită cunoștințe de bază asupra conceptelor fundamentale de comunicare, cum ar fi tipurile de antene, radiațiile electromagnetice și diferite fenomene legate de propagare etc. rol în transformarea eficientă a semnalelor electronice în unde electromagnetice.

Tipuri de antene

Antenele sunt componente de bază ale oricărei circuit electric deoarece oferă legături de interconectare între emițător și spațiul liber sau între spațiul liber și receptor. Înainte de a discuta despre tipurile de antene, există câteva proprietăți care trebuie înțelese. În afară de aceste proprietăți, acoperim în detaliu și diferite tipuri de antene utilizate în sistemul de comunicații.

Proprietățile antenelor

Recepție semnal
Deschidere
Directivitate și lățime de bandă
Polarizare
Lungime efectivă
Diagrama polară

Recepție semnal: Parametrul care măsoară gradul de directivitate al modelului radial al antenei este cunoscut sub numele de câștig. O antenă cu un câștig mai mare este mai eficientă în modelul său de radiații. Antenele sunt proiectate în așa fel încât puterea crește în direcția dorită și scade în direcțiile nedorite.

G = (putere radiată de o antenă) / (putere radiată de o antenă de referință)

Deschidere: Această deschidere este, de asemenea, cunoscută sub numele de deschidere efectivă a antenei care participă activ la transmiterea și recepția undelor electromagnetice. Puterea primită de antenă se asociază cu zona colectivă. Această zonă colectată a unei antene este cunoscută sub numele de diafragmă eficientă.

Pr = Pd * A wați
A = pr / pd m2

Directivitate și lățime de bandă: Directiva unei antene este definită ca măsura radiației puterii concentrate într-o anumită direcție. Poate fi considerată capacitatea unei antene de a direcționa puterea radiată într-o direcție dată. De asemenea, poate fi observat ca raportul dintre intensitatea radiației într-o direcție dată și intensitatea medie a radiației. Lățimea de bandă este unul dintre parametrii doriți pentru a alege o antenă. Poate fi definit ca gama de frecvențe peste care o antenă poate radia în mod corespunzător energie și primește energie.

Polarizare: O undă electromagnetică lansată de la o antenă poate fi polarizată vertical și orizontal. Dacă unda se polarizează în direcție verticală, atunci vectorul E este vertical și necesită o antenă verticală. Dacă vectorul E este orizontal, are nevoie de o antenă orizontală pentru al lansa. Uneori, se utilizează polarizarea circulară, este o combinație atât de moduri orizontale, cât și verticale.

Lungime efectivă: Lungimea efectivă este parametrul antenelor care caracterizează eficiența antenelor în transmiterea și recepționarea undelor electromagnetice. Lungimea efectivă poate fi definită atât pentru antenele de transmisie, cât și pentru cele de recepție. Raportul EMF la intrarea receptorului la intensitatea câmpului electric apărut pe antenă este cunoscut sub numele de lungimea efectivă a receptorilor. Lungimea efectivă a transmițătorului poate fi definită ca lungimea spațiului liber în conductor, iar distribuția curentului pe lungimea acestuia generează aceeași intensitate a câmpului în orice direcție de radiație.

Lungime efectivă = (Suprafață sub distracție de curent neuniformă) / (Suprafață sub distribuție uniformă de curent)

Diagrama polară: Cea mai semnificativă proprietate a unei antene este modelul său de radiație sau diagrama polară. În cazul unei antene de transmisie, acesta este un grafic care discută despre puterea câmpului de putere radiat de antenă în diferite direcții unghiulare, așa cum se arată în graficul de mai jos. Un grafic poate fi obținut și pentru planurile verticale și orizontale - și, de asemenea, este denumit ca modele verticale și, respectiv, orizontale.

Până acum am acoperit proprietățile antenelor și acum vom discuta despre diferite tipuri de antene care sunt utilizate pentru diferite aplicații.

Tipuri de antene

Antene periodice jurnal

Antene cu papion
Matrice de dipoli periodici jurnal

Antene cu fir

Antena Dipol scurtă
Antena Dipol
Antena monopol
Antena Loop

Antene de undă călătoare

Antene elicoidale
Antenele Yagi-Uda

Antene cu microunde

Antene cu bandă dreptunghiulară
Antene planare inversate-F

Antene reflectorizante

Reflector de colț
Reflector parabolic

1. Antene jurnal-periodice

Antena periodică jurnal

O antenă periodică log este, de asemenea, denumită ca o matrice periodică log. Este o antenă cu fascicul îngust multidirecțional, direcțional, care funcționează pe o gamă largă de frecvențe. Această antenă este formată dintr-o serie de dipoli așezați de-a lungul axei antenei la diferite intervale de timp spațiale, urmată de o funcție logaritmică a frecvenței. Antena periodică în jurnal este utilizată într-o gamă largă de aplicații în care este necesară lățimea de bandă variabilă, împreună cu câștigul și directivitatea antenei.

Antene cu papion

Antena papion

O antenă cu papion este, de asemenea, cunoscută sub numele de antenă biconică sau antenă fluture. Antena biconică este o antenă cu bandă largă omnidirecțională. În funcție de dimensiunea acestei antene, are un răspuns la frecvență joasă și acționează ca un filtru trece-sus. Pe măsură ce frecvența merge la limite mai mari, departe de frecvența de proiectare, modelul de radiație al antenei se distorsionează și se răspândește.

Majoritatea antenelor cu arc sunt derivate ale antenelor biconice. Disconectarea este ca un tip de antenă semi-biconică. Antena papion este plană și, prin urmare, este direcțională.

Matrice de dipoli periodici jurnal

Antena Dipol periodică jurnal

Cel mai comun tip de antenă utilizată în tehnologie de comunicare wireless este o matrice dipol log-periodică cuprinde fundamental un număr de elemente dipol. Aceste antene de tip dipol își reduc dimensiunile de la capătul din spate până la capătul din față. Fasciculul principal al acestei antene RF provine din partea frontală mai mică.

Elementul de la capătul din spate al matricei este de dimensiuni mari, cu jumătatea lungimii de undă funcționând într-un interval de frecvență joasă. Spațierea elementului este redusă spre capătul frontal al tabloului în care sunt plasate cele mai mici tablouri. În timpul acestei operații, pe măsură ce frecvența variază, are loc o tranziție lină de-a lungul matricei de elemente, ceea ce duce la formarea unei regiuni active.

2. Antene cu fir

Antenă cu fir

Antenele cu fir sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de antene liniare sau curbe. Aceste antene sunt foarte simple, ieftine și sunt utilizate într-o gamă largă de aplicații. Aceste antene sunt în continuare împărțite în patru, după cum se explică mai jos.

Antena Dipol

O antenă dipol este una dintre cele mai simple alinieri de antenă. Această antenă dipol este formată din două tije metalice subțiri cu o diferență de tensiune sinusoidală între ele. Lungimea tijelor este aleasă în așa fel încât să aibă un sfert de lungime de undă la frecvențe operaționale. Aceste antene sunt utilizate la proiectarea propriilor antene sau a altor antene. Sunt foarte simplu de construit și de utilizat.

Antena Dipol

Antena dipol este formată din două tije metalice prin care circulă curentul și frecvența. Acest flux de curent și tensiune face o undă electromagnetică și semnalele radio sunt radiate. Antena constă dintr-un element radiant care împarte tijele și face curentul să curgă prin centru folosind un alimentator la emițător care ia de la receptor. Diferitele tipuri de antene dipol utilizate ca Antene RF includ jumătate de undă, multiplu, pliat, non-rezonant și așa mai departe.

Antena cu dipol scurt:

“componentele electronice și modul lor de funcționare ”

Antena Dipol scurtă

Este cea mai simplă dintre toate tipurile de antene. Această antenă este un fir deschis în circuit, în care scurtul înseamnă „relativ la o lungime de undă”, astfel încât această antenă acordă prioritate dimensiunii firului în raport cu lungimea de undă a frecvenței de funcționare. Se ia în considerare dimensiunea absolută a antenei dipol. Antena dipolă scurtă este alcătuită din doi conductori co-liniari care sunt așezați cap la cap, cu un mic spațiu între conductori de către un alimentator. Un dipol este considerat scurt dacă lungimea elementului radiant este mai mică de o zecime din lungimea de undă.

L<λ/10

Antena dipolară scurtă este alcătuită din doi conductori co-liniari care sunt așezați cap la cap, cu un mic spațiu între conductori de către un alimentator.

Antena dipolară scurtă este rareori satisfăcătoare din punct de vedere al eficienței, deoarece cea mai mare parte a puterii care intră în această antenă este disipată pe măsură ce căldura și pierderile rezistive devin, de asemenea, treptat ridicate.

Antena monopol

O antenă monopol este jumătate dintr-o antenă dipol simplă situată peste un plan împământat așa cum se arată în figura de mai jos.

Modelul de radiație de deasupra planului împământat va fi același cu antena dipolului cu jumătate de undă, cu toate acestea, puterea totală radiată este jumătate din cea a unui dipol, câmpul devine radiat doar în regiunea emisferului superior. Directivitatea acestor antene devine dublă în comparație cu antenele dipolare.

Antenele monopol sunt, de asemenea, utilizate ca antene montate pe vehicul, deoarece oferă planul de masă necesar pentru antenele montate deasupra pământului.

Antena Loop

Antena Loop

Antenele cu buclă au caracteristici similare atât cu antenele dipol, cât și cu cele monopol, deoarece sunt simple și ușor de construit. Antenele de buclă sunt disponibile în diferite forme, cum ar fi circulare, eliptice, dreptunghiulare, etc. Caracteristicile fundamentale ale antenei de buclă sunt independente de forma acesteia. Acestea sunt utilizate pe scară largă în legăturile de comunicare cu o frecvență de aproximativ 3 GHz. Aceste antene pot fi folosite și ca sonde de câmp electromagnetic în benzile de microunde.

Circumferința antenei de buclă determină eficiența antenei ca fiind similară cu cea a antenelor dipol și monopol. Aceste antene sunt clasificate în continuare în două tipuri: electrice mici și electrice mari bazate pe circumferința buclei.

Antena buclă mică electrică ———> Circumferența≤λ⁄10

Antena cu buclă electrică mare ———> Circumferință≈λ

Buclele electrice mici dintr-o singură rotație au o rezistență mică la radiații în comparație cu rezistența lor la pierderi. Rezistența la radiații a antenelor cu buclă mică poate fi îmbunătățită prin adăugarea mai multor rotații. Buclele multi-turn au o rezistență mai bună la radiații, chiar dacă au o eficiență mai mică.

Antena cu buclă mică

Datorită acestui fapt, antena cu buclă mică este folosită în cea mai mare parte ca antene de recepție în care pierderile nu sunt obligatorii. Buclele mici nu sunt utilizate ca antene de transmisie datorită eficienței lor scăzute.

Antenele cu buclă rezonantă sunt relativ mari și sunt direcționate prin funcționarea lungimii de undă. Sunt cunoscute și ca antene cu buclă mare, deoarece sunt utilizate la frecvențe mai mari, cum ar fi VHF și UHF, în care dimensiunea lor este convenabilă. Ele pot fi privite ca antene cu dipol pliat și deformate în diferite forme, cum ar fi sferice, pătrate etc. și au caracteristici similare, cum ar fi eficiența ridicată a radiațiilor.

3. Antene de undă călătoare

Antene elicoidale

Antenele elicoidale sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de antene elicoidale. Au structuri relativ simple cu unul, două sau mai multe fire fiecare rană pentru a forma o spirală, de obicei susținută de un plan de masă sau reflector în formă și antrenată de o alimentare adecvată. Cel mai comun design este un fir unic sprijinit de sol și alimentat cu o linie coaxială.

În general, proprietățile de radiație ale unei antene elicoidale sunt asociate cu această specificație: dimensiunea electrică a structurii, în care impedanța de intrare este mai sensibilă la pasul și dimensiunea firului.

Antena elicoidală

Antenele elicoidale au două moduri de radiație predominante: modul normal și modul axial. Modul axial este utilizat într-o gamă largă de aplicații. În modul normal, dimensiunile helixului sunt mici în comparație cu lungimea de undă a acestuia. Această antenă acționează ca antenă dipolă scurtă sau monopolică. În modul axial, dimensiunile helixului sunt aceleași în comparație cu lungimea de undă. Această antenă funcționează ca antenă direcțională.

Antena Yagi-Uda

Antena Yagi-Uda

O altă antenă care folosește elemente pasive este Antena Yagi-Uda . Acest tip de antenă este ieftin și eficient. Poate fi construit cu unul sau mai multe elemente reflectorizante și unul sau mai multe elemente regizor. Antenele Yagi pot fi realizate utilizând o antenă cu un reflector, un element activ cu dipol pliat acționat și directori, montați pentru polarizare orizontală în direcția înainte.

“cum funcționează sistemele de poziționare globală ”

4. Antene cu microunde

Antenele care funcționează la frecvențe cu microunde sunt cunoscute sub numele de antene cu microunde . Aceste antene sunt utilizate într-o gamă largă de aplicații.

Antene cu bandă dreptunghiulară

Antene cu bandă dreptunghiulară

Pentru aplicații pentru nave spațiale sau aeronave - pe baza specificațiilor precum dimensiunea, greutatea, costul, performanța, ușurința instalării etc. - sunt preferate antenele cu profil redus. Aceste antene sunt cunoscute sub numele de antene cu bandă dreptunghiulară sau antene patch-uri, care necesită doar spațiu pentru linia de alimentare care este plasată în mod normal în spatele planului de sol. Dezavantajul major al utilizării acestor antene este lățimea de bandă ineficientă și foarte îngustă, care este de obicei o fracțiune de procent sau, cel mult, câteva procente.

Antene planare inversate-F

O antenă planară inversată-F poate fi considerată ca un tip de antenă liniară inversată F (IFA) în care elementul radiant al firului este înlocuit de o placă pentru a crește lățimea de bandă. Avantajul acestor antene este că pot fi ascunse în carcasa mobilului, în comparație cu diferite tipuri de antene, cum ar fi un bici, o tijă sau antene elicoidale, etc. Celălalt avantaj este că pot reduce radiația înapoi spre partea de sus a antena prin absorbția puterii, ceea ce sporește eficiența. Acestea oferă un câștig ridicat atât în stări orizontale cât și verticale. Această caracteristică este cea mai importantă pentru orice tip de antenă utilizată în comunicațiile fără fir.

5. Antene reflectorizante

Antena reflectorizantă de colț

Antena reflectorizantă de colț

Antena care cuprinde unul sau mai multe elemente dipol plasate în fața unui reflector de colț, este cunoscută sub numele de antenă cu reflector de colț. Directivitatea oricărei antene poate fi crescută utilizând reflectoare. În cazul unei antene cu sârmă, în spatele antenei se folosește o foaie conductoare pentru direcționarea radiației în direcția înainte.

Antena reflectorizantă parabolică

Suprafața radiantă a unei antene parabolice are dimensiuni foarte mari în comparație cu lungimea de undă. Optica geometrică, care depinde de raze și fronturi de undă, este folosită pentru a cunoaște anumite caracteristici ale acestor antene. Anumite proprietăți importante ale acestor antene pot fi studiate prin utilizarea opticii cu raze și a altor antene prin utilizarea teoriei câmpului electromagnetic.

Antenă parabolică

Una dintre proprietățile utile ale acestei antene este conversia unui front de undă sferic divergent în front de undă paralel care produce un fascicul îngust al antenei. Diferitele tipuri de hrană care utilizează acest reflector parabolic includ hrana cornului, hrana carteziană și hrana dipolului.

În acest articol, ați studiat despre diferitele tipuri de antene și aplicațiile acestora în comunicațiile fără fir și despre utilizarea antenelor în transmiterea și recepționarea datelor. Pentru orice ajutor cu privire la acest articol, contactați-ne comentând în secțiunea de comentarii de mai jos.

fotografie Credite: