آنتن لوزی چیست؟
آنتن لوزی یک آنتن سیمی جهتدار است که توسط چهار عنصر رسانا که در یک ساختار لوزی شکل قرار گرفتهاند، تشکیل شده است. میتوان آن را به صورت دو آنتن V شکل که از انتها به انتها به هم متصل شدهاند، در نظر گرفت که یک رأس حاده به عنوان نقطه تغذیه و رأس مقابل آن معمولاً به یک مقاومت انتهایی متصل است.
برخلاف یک دوقطبی رزونانسی، یک آنتن لوزی شکل با انتهای مناسب، در درجه اول به عنوان یک آنتن موج رونده عمل میکند. جریان RF از نقطه تغذیه در امتداد چهار بخش سیم به سمت بار پایانی حرکت میکند. میدانهای الکترومغناطیسی تولید شده توسط این بخشها با هم ترکیب میشوند تا یک پرتو متمرکز در امتداد محور اصلی لوزی ایجاد کنند.
آنتنهای لوزی به دلیل پوشش فرکانسی وسیع، بهره رو به جلو مفید و ویژگیهای جهتدار نسبتاً پایدار، برای ارتباطات HF از راه دور بسیار شناخته شدهاند. با این حال، اندازه فیزیکی بزرگ آنها، آنها را برای نصبهای ثابت نسبت به پلتفرمهای ارتباطی فشرده مناسبتر میکند.
ساختار پایه
یک آنتن لوزی شکل معمولی از چهار سیم با طول مساوی تشکیل شده است که از سطح زمین آویزان شدهاند. این سیمها با هم یک لوزی افقی با دو زاویه حاده و دو زاویه منفرجه تشکیل میدهند.
آنتن از یک سر تغذیه میشود، در حالی که سر دیگر به یک مقاومت انتهایی غیرالقایی متصل است. این مقاومت به گونهای انتخاب میشود که امپدانس مشخصه ساختار آنتن را تقریب بزند و انرژی موج سیار باقیمانده را جذب کند.
پارامترهای اصلی طراحی شامل موارد زیر است:
- طول هر بخش سیم
- زاویه حاده یا رأس لوزی
- ارتفاع نصب از سطح زمین
- امپدانس نقطه تغذیه
- مقاومت نهایی
- قطر هادی
- محدوده فرکانس هدف و مسیر انتشار
زاویه بهینه یک مقدار ثابت جهانی نیست. این مقدار به طول الکتریکی هر ضلع و ارتفاع و جهت آزیموت مطلوب پرتو اصلی بستگی دارد.
شکل ۱. پیکربندی اولیه یک آنتن لوزی افقی انتهایی.
آنتن لوزی چگونه کار میکند؟
هر ضلع لوزی مانند یک رادیاتور سیمی بلند رفتار میکند. با انتشار جریان در امتداد رساناها، هر بخش سیم یک مؤلفه تابش جهتدار تولید میکند.
وقتی ابعاد و زوایای آنتن به درستی انتخاب شوند، میدانهای تابششده توسط چهار ضلع، یکدیگر را در جهت رو به جلو تقویت میکنند. در جهتهای دیگر، برخی از مؤلفههای میدان تا حدی یکدیگر را خنثی میکنند. نتیجهی ترکیبی، یک پرتو اصلی نسبتاً باریک در امتداد قطر بلند لوزی است.
مقاومت انتهایی نقش مهمی ایفا میکند. با جذب انرژی که به انتهای دیگر میرسد، انعکاس جریان را کاهش میدهد و از تشکیل موج ایستاده قوی روی هادیها جلوگیری میکند. این به آنتن کمک میکند تا امپدانس و ویژگیهای تابشی پایدارتری را در یک محدوده فرکانسی نسبتاً وسیع حفظ کند.
در این میان، مسئله، راندمان است. بخشی از توان فرستنده به جای اینکه به صورت تابشی منتقل شود، در مقاومت انتهایی به گرما تبدیل میشود. بنابراین، طراحی آنتن نیازمند تعادلی بین جهتگیری، پهنای باند، پایداری امپدانس و راندمان تابشی است.
محدوده فرکانس و اندازه الکتریکی
آنتنهای لوزی سنتی با اندازه کامل، بیشترین ارتباط را با ارتباطات HF دارند. در این فرکانسها، کنارههای آنتن اغلب چندین طول موج طول دارند که به ساختار اجازه میدهد تا بهره جهتدار قابل توجهی ایجاد کند.
یک آنتن لوزی شکل با یک محدوده فرکانسی ثابت تعریف نمیشود. ابعاد آن از لحاظ تئوری میتواند برای فرکانسهای مختلف مقیاسبندی شود، اما ساختار آن در فرکانسهای پایینتر بسیار بزرگ میشود و در فرکانسهای بالاتر به تلورانسهای مکانیکی دقیقتری نیاز دارد.
ساختارهای لوزی فشرده و حلقه لوزی نیز میتوانند در فرکانسهای VHF، UHF یا مایکروویو استفاده شوند. با این حال، این طرحهای مقیاسبندی شده میتوانند ویژگیهای تغذیه، قطبش و تابش متفاوتی نسبت به یک آنتن لوزی HF سربندی شده سنتی داشته باشند.
شکل ۲. نمونهای از ساختار آنتن لوزی شکل فشرده برای دریافت فرکانسهای بالاتر.
آنتنهای لوزی سربندیشده و بدون سربندی
یک آنتن لوزی شکل انتهایی معمولاً یک الگوی تابشی یکطرفه تولید میکند. بیشتر تابش مفید از نقطه تغذیه به سمت انتهای انتهایی هدایت میشود.
اگر مقاومت انتهایی برداشته شود، جریان از انتهای باز آنتن منعکس میشود. سپس آنتن یک مؤلفه موج ایستاده قویتر ایجاد میکند و میتواند یک الگوی دو جهته تولید کند که تابش اصلی در دو جهت مخالف است.
پیکربندی بدون ترمینال میتواند از اتلاف توان در یک مقاومت انتهایی جلوگیری کند، اما امپدانس ورودی و الگوی تابش آن عموماً با فرکانس به طور قابل توجهی تغییر میکند. همچنین ممکن است نسبت جلو به عقب ضعیفتر و رفتار پهنای باند کمتر قابل پیشبینی را نشان دهد.
الگوی تابش و قطبش
الگوی تابش یک آنتن لوزی انتهایی با یک لوب اصلی رو به جلو و چندین لوب جانبی مشخص میشود. جهت دقیق پرتو و پهنای پرتو به طول ضلع، زاویه لوزی، ارتفاع نصب، فرکانس کاری و شرایط زمین بستگی دارد.
افزایش طول الکتریکی میتواند جهتگیری را بهبود بخشد، اما میتواند باعث ایجاد لوبهای جانبی اضافی نیز شود. این لوبهای ناخواسته ممکن است انرژی را به سمت جهتهای ناخواسته تابش کنند و مزیت عملی پرتو اصلی را کاهش دهند.
یک آنتن لوزی شکل که به صورت افقی نصب شده است، در درجه اول در جهت تابش اصلی به صورت افقی قطبیده میشود. با این حال، الگوی سهبعدی کامل ممکن است شامل اجزای قطبش عمودی نیز باشد، به ویژه در لوبهای جانبی و در جهتهای دور از محور اصلی.
شکل ۳. الگوی تابش تک جهته نمایشی یک آنتن لوزی سربسته.
تغذیه و تطبیق امپدانس
آنتن لوزی معمولاً یک ساختار متعادل با امپدانس ورودی نسبتاً بالا است. اغلب با استفاده از یک خط انتقال متعادل یا از طریق یک ترانسفورماتور امپدانس مناسب و بالون تغذیه میشود.
هنگام استفاده از کابل کواکسیال، انتقال بین خط تغذیه نامتعادل و آنتن متعادل باید با دقت طراحی شود. تطبیق ناکافی میتواند توان بازتابی را افزایش دهد، جریان حالت مشترک را ایجاد کند و الگوی تابش مورد نظر را تحریف کند.
مهندسان باید ارزیابی کنند:
- امپدانس ورودی
- تلفات بازگشتی و VSWR
- مقاومت نهایی
- سود رو به جلو
- نسبت جلو به عقب
- جهت پرتو
- سطح لوب جانبی
- قطبش
- قابلیت مدیریت توان
برای سیستمهای انتقال توان بالا، مقاومت انتهایی باید بتواند توان RF قابل توجهی را به طور ایمن تلف کند.
مزایا
مزایای اصلی آنتن لوزی عبارتند از:
- پهنای باند عملیاتی نسبتاً وسیع
- بهره جهتدار مفید
- امپدانس پایدار در صورت خاتمه صحیح
- ساختار ساده مبتنی بر سیم
- مناسب برای لینکهای HF با مسافت طولانی
- قابلیت مدیریت توان فرستنده بالا با اجزای مناسب
- میتوان چندین آنتن لوزی شکل را برای پوشش گستردهتر یا تغییر جهت، مرتب کرد.
محدودیتها
محدودیتهای اصلی آن شامل موارد زیر است:
- نیاز به فضای نصب بزرگ
- به چندین سازه نگهدارنده بلند نیاز دارد
- بخشی از توان RF در مقاومت انتهایی تلف میشود.
- میتواند لوبهای جانبی قابل توجهی تولید کند
- عملکرد تحت تأثیر ارتفاع و شرایط زمین قرار دارد
- نگهداری مکانیکی میتواند طاقتفرسا باشد
- برای اکثر پلتفرمهای فشرده یا موبایل مناسب نیست
کاربردهای معمول
آنتنهای لوزی شکل از نظر تاریخی برای موارد زیر استفاده شدهاند:
- ارتباطات HF از راه دور
- لینکهای رادیویی نقطه به نقطه ثابت
- ایستگاههای دریافت موج کوتاه
- ارتباطات یونسفری و امواج آسمانی
- شبکههای ارتباطی بینالمللی
- نظارت رادیویی و اطلاعات سیگنال
- تحقیق در مورد آنتنهای سیم بلند و موج رونده
اگرچه سیستمهای ارتباطی مدرن اغلب از آنتنهای لگاریتمی تناوبی، آرایههای پهنباند، آنتنهای بازتابنده و سیستمهای آنتن کنترلشده الکترونیکی استفاده میکنند، آنتن لوزی همچنان یک نمونه مهم در نظریه آنتن است.
این به وضوح نشان میدهد که چگونه میتوان از طول هادی، جریان موج سیار، زاویه هندسی و برهمنهی میدان برای کنترل جهتگیری و پهنای باند آنتن استفاده کرد.
RF MISO راهکارهایی برای آنتن و اجزای مایکروویو برای آزمایش RF، ارتباطات، رادار، اندازهگیری آنتن و یکپارچهسازی سیستم ارائه میدهد. درک ساختارهای کلاسیک آنتن مانند آنتن لوزی به مهندسان کمک میکند تا پارامترهای مهمی از جمله محدوده فرکانس، بهره، قطبش، پهنای پرتو، VSWR، سطح لوب جانبی و راندمان تابش را ارزیابی کنند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنتنها، لطفاً به آدرس زیر مراجعه کنید:
زمان ارسال: ۲۴ ژوئیه ۲۰۲۶
