۱. مقدمهای بر آنتنها
آنتن یک ساختار انتقالی بین فضای آزاد و خط انتقال است، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. خط انتقال میتواند به شکل یک خط کواکسیال یا یک لوله توخالی (موجبر) باشد که برای انتقال انرژی الکترومغناطیسی از یک منبع به یک آنتن یا از یک آنتن به یک گیرنده استفاده میشود. اولی یک آنتن فرستنده و دومی یک آنتن گیرنده است.
شکل ۱ مسیر انتقال انرژی الکترومغناطیسی (منبع-خط انتقال-آنتن-فضای آزاد)
انتقال سیستم آنتن در حالت انتقال شکل 1 توسط معادل تونن همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، نشان داده شده است، که در آن منبع توسط یک مولد سیگنال ایدهآل، خط انتقال توسط یک خط با امپدانس مشخصه Zc و آنتن توسط بار ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA] نشان داده شده است. مقاومت بار RL نشان دهنده تلفات هدایت و دی الکتریک مرتبط با ساختار آنتن است، در حالی که Rr نشان دهنده مقاومت تابشی آنتن است و راکتانس XA برای نشان دادن بخش موهومی امپدانس مرتبط با تابش آنتن استفاده میشود. در شرایط ایدهآل، تمام انرژی تولید شده توسط منبع سیگنال باید به مقاومت تابشی Rr منتقل شود که برای نشان دادن قابلیت تابشی آنتن استفاده میشود. با این حال، در کاربردهای عملی، تلفات هادی-دی الکتریک به دلیل ویژگیهای خط انتقال و آنتن، و همچنین تلفات ناشی از انعکاس (عدم تطابق) بین خط انتقال و آنتن وجود دارد. با در نظر گرفتن امپدانس داخلی منبع و نادیده گرفتن تلفات خط انتقال و انعکاس (عدم تطابق)، حداکثر توان تحت تطبیق مزدوج به آنتن ارائه میشود.
شکل ۲
به دلیل عدم تطابق بین خط انتقال و آنتن، موج بازتاب شده از سطح مشترک با موج فرودی از منبع به آنتن همپوشانی پیدا میکند و یک موج ایستاده تشکیل میدهد که نشاندهنده تمرکز و ذخیرهسازی انرژی است و یک دستگاه رزونانس معمولی است. الگوی موج ایستاده معمولی با خط چین در شکل 2 نشان داده شده است. اگر سیستم آنتن به درستی طراحی نشده باشد، خط انتقال میتواند تا حد زیادی به عنوان یک عنصر ذخیرهسازی انرژی عمل کند، نه به عنوان یک موجبر و دستگاه انتقال انرژی.
تلفات ناشی از خط انتقال، آنتن و امواج ایستاده نامطلوب هستند. تلفات خط را میتوان با انتخاب خطوط انتقال کمتلفات به حداقل رساند، در حالی که تلفات آنتن را میتوان با کاهش مقاومت تلفات که با RL در شکل 2 نشان داده شده است، کاهش داد. امواج ایستاده را میتوان کاهش داد و ذخیره انرژی در خط را میتوان با تطبیق امپدانس آنتن (بار) با امپدانس مشخصه خط به حداقل رساند.
در سیستمهای بیسیم، علاوه بر دریافت یا ارسال انرژی، معمولاً به آنتنها برای افزایش انرژی تابشی در جهتهای خاص و سرکوب انرژی تابشی در جهتهای دیگر نیاز است. بنابراین، علاوه بر دستگاههای تشخیص، آنتنها باید به عنوان دستگاههای جهتدار نیز استفاده شوند. آنتنها میتوانند به اشکال مختلفی برای رفع نیازهای خاص باشند. ممکن است یک سیم، یک دیافراگم، یک پچ، یک مجموعه عنصر (آرایه)، یک بازتابنده، یک لنز و غیره باشد.
در سیستمهای ارتباطی بیسیم، آنتنها یکی از حیاتیترین اجزا هستند. طراحی خوب آنتن میتواند الزامات سیستم را کاهش داده و عملکرد کلی سیستم را بهبود بخشد. یک مثال کلاسیک تلویزیون است که در آن میتوان با استفاده از آنتنهای با کارایی بالا، دریافت امواج را بهبود بخشید. آنتنها برای سیستمهای ارتباطی مانند چشم برای انسان هستند.
۲. طبقهبندی آنتن
۱. آنتن سیمی
آنتنهای سیمی یکی از رایجترین انواع آنتنها هستند زیرا تقریباً در همه جا یافت میشوند - اتومبیلها، ساختمانها، کشتیها، هواپیماها، فضاپیماها و غیره. شکلهای مختلفی از آنتنهای سیمی وجود دارد، مانند خط مستقیم (دوقطبی)، حلقهای، مارپیچی، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. آنتنهای حلقهای فقط نباید دایرهای باشند. آنها میتوانند مستطیلی، مربعی، بیضی یا هر شکل دیگری باشند. آنتن دایرهای به دلیل ساختار سادهاش رایجترین است.
شکل ۳
۲. آنتنهای روزنهدار
آنتنهای روزنهدار به دلیل افزایش تقاضا برای آنتنهای پیچیدهتر و استفاده از فرکانسهای بالاتر، نقش بیشتری ایفا میکنند. برخی از انواع آنتنهای روزنهدار (آنتنهای هرمی، مخروطی و مستطیلی) در شکل 4 نشان داده شدهاند. این نوع آنتن برای کاربردهای هواپیما و فضاپیما بسیار مفید است زیرا میتوان آنها را به راحتی روی پوسته بیرونی هواپیما یا فضاپیما نصب کرد. علاوه بر این، میتوان آنها را با لایهای از ماده دیالکتریک پوشاند تا از آنها در برابر محیطهای خشن محافظت شود.
شکل ۴
۳. آنتن میکرواستریپ
آنتنهای میکرواستریپ در دهه 1970، عمدتاً برای کاربردهای ماهوارهای، بسیار محبوب شدند. این آنتن از یک زیرلایه دیالکتریک و یک وصله فلزی تشکیل شده است. وصله فلزی میتواند اشکال مختلفی داشته باشد و آنتن وصله مستطیلی که در شکل 5 نشان داده شده است، رایجترین آنهاست. آنتنهای میکرواستریپ دارای پروفیل پایینی هستند، برای سطوح مسطح و غیرمسطح مناسب هستند، ساخت آنها ساده و ارزان است، هنگام نصب روی سطوح سفت و سخت، استحکام بالایی دارند و با طرحهای MMIC سازگار هستند. آنها را میتوان روی سطح هواپیما، فضاپیما، ماهواره، موشک، ماشین و حتی دستگاههای تلفن همراه نصب کرد و میتوان آنها را به صورت تطبیقی طراحی کرد.
شکل ۵
۴. آنتن آرایهای
ویژگیهای تابشی مورد نیاز بسیاری از کاربردها ممکن است توسط یک عنصر آنتن واحد حاصل نشود. آرایههای آنتن میتوانند تابش عناصر سنتز شده را به گونهای انجام دهند که حداکثر تابش را در یک یا چند جهت خاص تولید کنند، یک مثال معمول در شکل 6 نشان داده شده است.
شکل ۶
۵. آنتن بازتابنده
موفقیت اکتشافات فضایی همچنین منجر به توسعه سریع نظریه آنتن شده است. به دلیل نیاز به ارتباطات فوق دوربرد، باید از آنتنهای با بهره بسیار بالا برای ارسال و دریافت سیگنالها در میلیونها مایل دورتر استفاده شود. در این کاربرد، یک شکل رایج آنتن، آنتن سهموی است که در شکل 7 نشان داده شده است. این نوع آنتن قطری معادل 305 متر یا بیشتر دارد و چنین اندازه بزرگی برای دستیابی به بهره بالای مورد نیاز برای ارسال یا دریافت سیگنالها در میلیونها مایل دورتر ضروری است. شکل دیگری از بازتابنده، بازتابنده گوشهای است، همانطور که در شکل 7 (c) نشان داده شده است.
شکل ۷
۶. آنتنهای لنز
لنزها در درجه اول برای همسو کردن انرژی پراکنده شده فرودی به منظور جلوگیری از پخش شدن آن در جهات تابشی نامطلوب استفاده میشوند. با تغییر مناسب هندسه لنز و انتخاب ماده مناسب، آنها میتوانند اشکال مختلف انرژی واگرا را به امواج تخت تبدیل کنند. آنها میتوانند در اکثر کاربردها مانند آنتنهای بازتابنده سهموی، به ویژه در فرکانسهای بالاتر، مورد استفاده قرار گیرند و اندازه و وزن آنها در فرکانسهای پایینتر بسیار زیاد میشود. آنتنهای لنزی بر اساس مواد سازنده یا شکل هندسی آنها طبقهبندی میشوند که برخی از آنها در شکل 8 نشان داده شده است.
شکل ۸
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنتنها، لطفاً به آدرس زیر مراجعه کنید:
زمان ارسال: ۱۹ ژوئیه ۲۰۲۴
