1. Inleiding tot antennes
Een antenne is een overgangsstructuur tussen de vrije ruimte en een transmissielijn, zoals weergegeven in figuur 1. De transmissielijn kan de vorm hebben van een coaxiale lijn of een holle buis (golfgeleider), die wordt gebruikt om elektromagnetische energie van een bron over te brengen. naar een antenne, of van een antenne naar een ontvanger. De eerste is een zendantenne en de laatste is een ontvangstantenne.
Figuur 1 Transmissiepad voor elektromagnetische energie (bron-transmissielijn-antennevrije ruimte)
De transmissie van het antennesysteem in de transmissiemodus van figuur 1 wordt weergegeven door het Thevenin-equivalent zoals weergegeven in figuur 2, waarbij de bron wordt weergegeven door een ideale signaalgenerator, de transmissielijn wordt weergegeven door een lijn met karakteristieke impedantie Zc, en de antenne wordt weergegeven door een belasting ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. De belastingsweerstand RL vertegenwoordigt de geleidings- en diëlektrische verliezen die verband houden met de antennestructuur, terwijl Rr de stralingsweerstand van de antenne vertegenwoordigt, en de reactantie XA wordt gebruikt om het denkbeeldige deel van de impedantie weer te geven die verband houdt met de antennestraling. Onder ideale omstandigheden zou alle door de signaalbron gegenereerde energie moeten worden overgedragen naar de stralingsweerstand Rr, die wordt gebruikt om het stralingsvermogen van de antenne weer te geven. In praktische toepassingen zijn er echter geleider-diëlektrische verliezen als gevolg van de kenmerken van de transmissielijn en de antenne, evenals verliezen veroorzaakt door reflectie (mismatch) tussen de transmissielijn en de antenne. Rekening houdend met de interne impedantie van de bron en waarbij de transmissielijn- en reflectieverliezen (mismatch) worden genegeerd, wordt het maximale vermogen aan de antenne geleverd onder conjugaatmatching.
Figuur 2
Vanwege de mismatch tussen de transmissielijn en de antenne wordt de gereflecteerde golf van het grensvlak gesuperponeerd op de invallende golf van de bron naar de antenne om een staande golf te vormen, die energieconcentratie en -opslag vertegenwoordigt en een typisch resonant apparaat is. Een typisch staande golfpatroon wordt weergegeven door de stippellijn in figuur 2. Als het antennesysteem niet goed is ontworpen, kan de transmissielijn voor een groot deel fungeren als energieopslagelement, in plaats van als golfgeleider en energietransmissieapparaat.
De verliezen veroorzaakt door de transmissielijn, antenne en staande golven zijn ongewenst. Lijnverliezen kunnen worden geminimaliseerd door transmissielijnen met weinig verlies te selecteren, terwijl antenneverliezen kunnen worden verminderd door de verliesweerstand te verminderen, weergegeven door RL in figuur 2. Staande golven kunnen worden verminderd en energieopslag in de lijn kan worden geminimaliseerd door de impedantie van de lijn aan te passen. de antenne (belasting) met de karakteristieke impedantie van de lijn.
In draadloze systemen zijn naast het ontvangen of verzenden van energie doorgaans antennes nodig om de uitgestraalde energie in bepaalde richtingen te versterken en de uitgestraalde energie in andere richtingen te onderdrukken. Daarom moeten antennes naast detectieapparatuur ook als richtapparatuur worden gebruikt. Antennes kunnen verschillende vormen hebben om aan specifieke behoeften te voldoen. Het kan een draad, een opening, een patch, een elementensamenstel (array), een reflector, een lens, enz. Zijn.
In draadloze communicatiesystemen zijn antennes een van de meest kritische componenten. Een goed antenneontwerp kan de systeemvereisten verminderen en de algehele systeemprestaties verbeteren. Een klassiek voorbeeld is televisie, waar de ontvangst van uitzendingen kan worden verbeterd door gebruik te maken van hoogwaardige antennes. Antennes zijn voor communicatiesystemen wat ogen zijn voor mensen.
2. Antenneclassificatie
1. Draadantenne
Draadantennes zijn een van de meest voorkomende soorten antennes, omdat ze bijna overal te vinden zijn: auto's, gebouwen, schepen, vliegtuigen, ruimtevaartuigen, enz. Er zijn verschillende vormen van draadantennes, zoals rechte lijn (dipool), lus, spiraal, zoals weergegeven in figuur 3. Lusantennes hoeven niet alleen rond te zijn. Ze kunnen rechthoekig, vierkant, ovaal of een andere vorm zijn. De ronde antenne is de meest voorkomende vanwege zijn eenvoudige structuur.
Figuur 3
2. Diafragma-antennes
Diafragma-antennes spelen een grotere rol vanwege de toenemende vraag naar complexere vormen van antennes en het gebruik van hogere frequenties. Enkele vormen van diafragma-antennes (piramidale, conische en rechthoekige hoornantennes) worden weergegeven in figuur 4. Dit type antenne is zeer nuttig voor toepassingen in vliegtuigen en ruimtevaartuigen, omdat ze zeer gemakkelijk op de buitenschaal van het vliegtuig of ruimtevaartuig kunnen worden gemonteerd. Bovendien kunnen ze worden bedekt met een laag diëlektrisch materiaal om ze te beschermen tegen zware omstandigheden.
Figuur 4
3. Microstrip-antenne
Microstrip-antennes werden in de jaren zeventig erg populair, voornamelijk voor satelliettoepassingen. De antenne bestaat uit een diëlektrisch substraat en een metalen patch. De metalen patch kan veel verschillende vormen hebben, en de rechthoekige patchantenne, weergegeven in figuur 5, is de meest voorkomende. Microstrip-antennes hebben een laag profiel, zijn geschikt voor vlakke en niet-vlakke oppervlakken, zijn eenvoudig en goedkoop te vervaardigen, hebben een hoge robuustheid bij montage op stijve oppervlakken en zijn compatibel met MMIC-ontwerpen. Ze kunnen worden gemonteerd op het oppervlak van vliegtuigen, ruimtevaartuigen, satellieten, raketten, auto's en zelfs mobiele apparaten en kunnen conform worden ontworpen.
Figuur 5
4. Array-antenne
De stralingskarakteristieken die voor veel toepassingen nodig zijn, kunnen mogelijk niet worden bereikt door een enkel antenne-element. Antenne-arrays kunnen de straling van de elementen synthetiseren om maximale straling in een of meer specifieke richtingen te produceren; een typisch voorbeeld wordt getoond in figuur 6.
Figuur 6
5. Reflectorantenne
Het succes van de ruimteverkenning heeft ook geleid tot de snelle ontwikkeling van de antennetheorie. Vanwege de behoefte aan communicatie over ultralange afstanden moeten antennes met extreem hoge versterking worden gebruikt om signalen op miljoenen kilometers afstand te verzenden en te ontvangen. In deze toepassing is een gebruikelijke antennevorm de paraboolantenne, weergegeven in figuur 7. Dit type antenne heeft een diameter van 305 meter of meer, en zo'n groot formaat is nodig om de hoge versterking te bereiken die nodig is om signalen te verzenden of te ontvangen van miljoenen mensen. mijlen ver. Een andere vorm van reflector is een hoekreflector, zoals weergegeven in figuur 7 (c).
Figuur 7
6. Lensantennes
Lenzen worden voornamelijk gebruikt om invallende verstrooide energie te collimeren om te voorkomen dat deze zich in ongewenste stralingsrichtingen verspreidt. Door de geometrie van de lens op de juiste manier te veranderen en het juiste materiaal te kiezen, kunnen ze verschillende vormen van uiteenlopende energie omzetten in vlakke golven. Ze kunnen in de meeste toepassingen worden gebruikt, zoals parabolische reflectorantennes, vooral bij hogere frequenties, en hun omvang en gewicht worden erg groot bij lagere frequenties. Lensantennes worden geclassificeerd op basis van hun constructiematerialen of geometrische vormen, waarvan sommige worden weergegeven in Figuur 8.
Figuur 8
Voor meer informatie over antennes kunt u terecht op:
Posttijd: 19 juli 2024
