اخبار - معرفی و طبقه بندی برخی از آنتن های رایج

1. مقدمه ای بر آنتن ها
آنتن یک ساختار انتقالی بین فضای آزاد و یک خط انتقال است، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. به یک آنتن، یا از یک آنتن به یک گیرنده. اولی آنتن فرستنده و دومی آنتن گیرنده است.

شکل 1 مسیر انتقال انرژی الکترومغناطیسی (منبع-خط انتقال-فضای بدون آنتن)

انتقال سیستم آنتن در حالت انتقال شکل 1 با معادل Thevenin همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، نشان داده شده است، جایی که منبع با یک سیگنال مولد ایده آل، خط انتقال با خطی با امپدانس مشخصه Zc، و آنتن با بار ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA] نشان داده می شود. مقاومت بار RL نشان دهنده تلفات رسانایی 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 خیالی امپدانس مرتبط با تابش آنتن استفاده می شود. در شرایط ایده آل، تمام انرژی تولید شده توسط منبع سیگنال باید به مقاومت تشعشعی Rr که برای نشان دادن قابلیت تابش آنتن استفاده می شود، منتقل شود. با این حال، در کاربردهای عملی، به دلیل ویژگی های خط انتقال و آنتن، تلفات هادی-دی الکتریک و همچنین تلفات ناشی از بازتاب (عدم تطابق) بین خط انتقال و آنتن وجود دارد. با در نظر گرفتن امپدانس داخلی منبع و نادیده گرفتن تلفات خط انتقال و بازتاب (عدم تطابق)، حداکثر توان تحت تطبیق مزدوج به آنتن داده می شود.

شکل 2

به دلیل عدم تطابق بین خط انتقال و آنتن، موج منعکس شده از رابط با موج فرودی از منبع به آنتن قرار می گیرد تا یک موج ایستاده را تشکیل دهد که نشان دهنده تمرکز و ذخیره انرژی است و یک دستگاه تشدید معمولی است. یک الگوی موج ایستاده معمولی با خط نقطه چین در شکل 2 نشان داده شده است. اگر سیستم آنتن به درستی طراحی نشده باشد، خط انتقال می تواند به عنوان یک عنصر ذخیره انرژی تا حد زیادی عمل کند، نه به عنوان یک موجبر و وسیله انتقال انرژی.
تلفات ناشی از خط انتقال، آنتن و امواج ایستاده نامطلوب است. تلفات خط را می توان با انتخاب خطوط انتقال کم تلفات به حداقل رساند، در حالی که تلفات آنتن را می توان با کاهش مقاومت تلفات نشان داده شده توسط RL در شکل 2 کاهش داد. آنتن (بار) با امپدانس مشخصه خط.
در سیستم‌های بی‌سیم، علاوه بر دریافت یا انتقال انرژی، آنتن‌ها معمولاً برای افزایش انرژی تابشی در جهات خاص و سرکوب انرژی تابشی در جهات دیگر مورد نیاز هستند. بنابراین علاوه بر دستگاه های تشخیص، آنتن ها نیز باید به عنوان دستگاه های جهت دهنده استفاده شوند. آنتن ها می توانند در اشکال مختلف برای رفع نیازهای خاص باشند. ممکن است یک سیم، یک دیافراگم، یک وصله، یک مجموعه عنصر (آرایه)، یک بازتابنده، یک لنز و غیره باشد.

در سیستم های ارتباطی بی سیم، آنتن ها یکی از حیاتی ترین اجزا هستند. طراحی خوب آنتن می تواند نیازهای سیستم را کاهش دهد و عملکرد کلی سیستم را بهبود بخشد. یک مثال کلاسیک تلویزیون است که در آن می توان دریافت پخش را با استفاده از آنتن های با کارایی بالا بهبود بخشید. آنتن ها برای سیستم های ارتباطی همان چیزی هستند که چشم ها برای انسان ها هستند.

2. طبقه بندی آنتن
1. آنتن سیمی
آنتن های سیمی یکی از رایج ترین انواع آنتن هستند زیرا تقریباً در همه جا یافت می شوند - اتومبیل ها، ساختمان ها، کشتی ها، هواپیماها، فضاپیماها و غیره. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. آنتن های حلقه تنها نیازی به دایره بودن ندارند. آنها می توانند مستطیل، مربع، بیضی یا هر شکل دیگری باشند. آنتن دایره ای به دلیل ساختار ساده اش رایج ترین است.

شکل 3

2. آنتن های دیافراگم
آنتن های دیافراگم به دلیل افزایش تقاضا برای اشکال پیچیده تر آنتن ها و استفاده از فرکانس های بالاتر نقش بیشتری ایفا می کنند. برخی از اشکال آنتن های دیافراگم (آنتن های هرمی، مخروطی و شاخ مستطیلی) در شکل 4 نشان داده شده است. این نوع آنتن برای کاربردهای هواپیما و فضاپیما بسیار مفید است زیرا می توان آنها را به راحتی بر روی پوسته بیرونی هواپیما یا فضاپیما نصب کرد. علاوه بر این، می توان آنها را با لایه ای از مواد دی الکتریک پوشاند تا از آنها در برابر محیط های خشن محافظت شود.

شکل 4

3. آنتن میکرواستریپ
آنتن های میکرواستریپ در دهه 1970 بسیار محبوب شدند، عمدتاً برای کاربردهای ماهواره ای. آنتن از یک بستر دی الکتریک و یک وصله فلزی تشکیل شده است. وصله فلزی می تواند اشکال مختلفی داشته باشد و آنتن مستطیلی که در شکل 5 نشان داده شده است رایج ترین است. آنتن های میکرواستریپ دارای مشخصات پایینی هستند، برای سطوح مسطح و غیر مسطح مناسب هستند، ساخت آنها ساده و ارزان است، هنگام نصب بر روی سطوح سفت و سخت از استحکام بالایی برخوردار هستند و با طرح های MMIC سازگار هستند. آنها را می توان بر روی سطح هواپیما، فضاپیما، ماهواره، موشک، اتومبیل و حتی دستگاه های تلفن همراه نصب کرد و می توان آن ها را مطابق با هم طراحی کرد.

شکل 5

4. آنتن آرایه ای
ویژگی های تشعشع مورد نیاز برای بسیاری از برنامه ها ممکن است توسط یک عنصر آنتن به دست نیاید. آرایه های آنتن می توانند تابش عناصر سنتز شده را برای تولید حداکثر تابش در یک یا چند جهت خاص ایجاد کنند، یک مثال معمولی در شکل 6 نشان داده شده است.

شکل 6

5. آنتن بازتابنده
موفقیت اکتشافات فضایی به توسعه سریع نظریه آنتن نیز منجر شده است. با توجه به نیاز به ارتباطات بسیار دور، باید از آنتن‌های با بهره بسیار بالا برای ارسال و دریافت سیگنال‌ها در میلیون‌ها مایل دورتر استفاده شود. در این نرم افزار، یک فرم رایج آنتن، آنتن سهموی است که در شکل 7 نشان داده شده است. این نوع آنتن دارای قطر 305 متر یا بیشتر است و چنین اندازه بزرگی برای دستیابی به بهره بالای مورد نیاز برای ارسال یا دریافت سیگنال های میلیون ها سیگنال ضروری است. مایل ها دورتر شکل دیگر بازتابنده، بازتابنده گوشه ای است، همانطور که در شکل 7 (ج) نشان داده شده است.

شکل 7

6. آنتن لنز
لنزها عمدتاً برای همسویی انرژی پراکنده تابشی استفاده می‌شوند تا از انتشار آن در جهت‌های تابش ناخواسته جلوگیری کنند. با تغییر مناسب هندسه عدسی و انتخاب ماده مناسب، آنها می توانند اشکال مختلف انرژی واگرا را به امواج صفحه تبدیل کنند. آنها را می توان در بسیاری از کاربردها مانند آنتن های بازتابنده سهمی، به ویژه در فرکانس های بالاتر استفاده کرد و اندازه و وزن آنها در فرکانس های پایین بسیار بزرگ می شود. آنتن های عدسی بر اساس مصالح ساختمانی یا اشکال هندسی طبقه بندی می شوند که برخی از آنها در شکل 8 نشان داده شده است.