Berita - Pengenalan dan klasifikasi beberapa antena biasa

1. Pengenalan kepada Antena
Antena ialah struktur peralihan antara ruang bebas dan talian penghantaran, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Talian penghantaran boleh dalam bentuk garis sepaksi atau tiub berongga (pandu gelombang), yang digunakan untuk menghantar tenaga elektromagnet daripada sumber. ke antena, atau dari antena ke penerima. Yang pertama adalah antena pemancar, dan yang kedua adalah antena penerima.

Rajah 1 Laluan penghantaran tenaga elektromagnet (ruang bebas talian sumber-transmisi-antena)

Penghantaran sistem antena dalam mod penghantaran Rajah 1 diwakili oleh setara Thevenin seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, di mana sumber diwakili oleh penjana isyarat yang ideal, talian penghantaran diwakili oleh garis dengan impedans ciri Zc, dan antena diwakili oleh beban ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Rintangan beban RL mewakili kehilangan pengaliran dan dielektrik yang berkaitan dengan struktur antena, manakala Rr mewakili rintangan sinaran antena, dan reaktans XA digunakan untuk mewakili bahagian khayalan galangan yang berkaitan dengan sinaran antena. Di bawah keadaan yang ideal, semua tenaga yang dijana oleh sumber isyarat hendaklah dipindahkan ke rintangan sinaran Rr, yang digunakan untuk mewakili keupayaan sinaran antena. Walau bagaimanapun, dalam aplikasi praktikal, terdapat kehilangan konduktor-dielektrik disebabkan oleh ciri-ciri talian penghantaran dan antena, serta kerugian yang disebabkan oleh pantulan (mismatch) antara talian penghantaran dan antena. Memandangkan impedans dalaman sumber dan mengabaikan saluran penghantaran dan kehilangan pantulan (tidak sepadan), kuasa maksimum diberikan kepada antena di bawah padanan konjugat.

Rajah 2

Kerana ketidakpadanan antara saluran penghantaran dan antena, gelombang yang dipantulkan dari antara muka ditindih dengan gelombang kejadian dari sumber ke antena untuk membentuk gelombang berdiri, yang mewakili kepekatan tenaga dan penyimpanan dan merupakan peranti resonan biasa. Corak gelombang berdiri tipikal ditunjukkan oleh garis putus-putus dalam Rajah 2. Jika sistem antena tidak direka bentuk dengan betul, talian penghantaran boleh bertindak sebagai elemen storan tenaga pada tahap yang besar, bukannya sebagai pandu gelombang dan peranti penghantaran tenaga.
Kerugian yang disebabkan oleh talian penghantaran, antena dan gelombang berdiri adalah tidak diingini. Kehilangan talian boleh diminimumkan dengan memilih talian penghantaran kehilangan rendah, manakala kerugian antena boleh dikurangkan dengan mengurangkan rintangan kehilangan yang diwakili oleh RL dalam Rajah 2. Gelombang berdiri boleh dikurangkan dan simpanan tenaga dalam talian boleh diminimumkan dengan memadankan impedans antena (beban) dengan impedans ciri talian.
Dalam sistem wayarles, selain menerima atau menghantar tenaga, antena biasanya diperlukan untuk meningkatkan tenaga terpancar dalam arah tertentu dan menekan tenaga terpancar ke arah lain. Oleh itu, sebagai tambahan kepada peranti pengesanan, antena juga mesti digunakan sebagai peranti arah. Antena boleh dalam pelbagai bentuk untuk memenuhi keperluan tertentu. Ia mungkin wayar, apertur, tampalan, himpunan elemen (tatasusunan), reflektor, kanta, dsb.

Dalam sistem komunikasi tanpa wayar, antena adalah salah satu komponen yang paling kritikal. Reka bentuk antena yang baik boleh mengurangkan keperluan sistem dan meningkatkan prestasi sistem secara keseluruhan. Contoh klasik ialah televisyen, di mana penerimaan siaran boleh dipertingkatkan dengan menggunakan antena berprestasi tinggi. Antena adalah untuk sistem komunikasi seperti mata kepada manusia.

2. Klasifikasi Antena
1. Antena Wayar
Antena wayar adalah salah satu jenis antena yang paling biasa kerana ia terdapat hampir di mana-mana - kereta, bangunan, kapal, kapal terbang, kapal angkasa, dll. Terdapat pelbagai bentuk antena wayar, seperti garis lurus (dipole), gelung, lingkaran, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Antena gelung bukan sahaja perlu berbentuk bulat. Mereka boleh menjadi segi empat tepat, persegi, bujur atau bentuk lain. Antena bulat adalah yang paling biasa kerana strukturnya yang ringkas.

Rajah 3

2. Antena Apertur
Antena apertur memainkan peranan yang lebih besar disebabkan oleh peningkatan permintaan untuk bentuk antena yang lebih kompleks dan penggunaan frekuensi yang lebih tinggi. Beberapa bentuk antena apertur (antena tanduk piramid, kon dan segi empat tepat) ditunjukkan dalam Rajah 4. Antena jenis ini sangat berguna untuk aplikasi pesawat dan kapal angkasa kerana ia boleh dipasang dengan sangat mudah pada kulit luar pesawat atau kapal angkasa. Di samping itu, mereka boleh ditutup dengan lapisan bahan dielektrik untuk melindungi mereka daripada persekitaran yang keras.

Rajah 4

3. Antena jalur mikro
Antena jalur mikro menjadi sangat popular pada tahun 1970-an, terutamanya untuk aplikasi satelit. Antena terdiri daripada substrat dielektrik dan tampalan logam. Tampalan logam boleh mempunyai banyak bentuk yang berbeza, dan antena tampalan segi empat tepat yang ditunjukkan dalam Rajah 5 adalah yang paling biasa. Antena jalur mikro mempunyai profil rendah, sesuai untuk permukaan planar dan bukan planar, mudah dan murah untuk dikeluarkan, mempunyai keteguhan tinggi apabila dipasang pada permukaan tegar, dan serasi dengan reka bentuk MMIC. Ia boleh dipasang pada permukaan pesawat, kapal angkasa, satelit, peluru berpandu, kereta, dan juga peranti mudah alih dan boleh direka bentuk secara selaras.

Rajah 5

4. Antena Susunan
Ciri-ciri sinaran yang diperlukan oleh banyak aplikasi mungkin tidak dapat dicapai oleh satu elemen antena. Tatasusunan antena boleh membuat sinaran daripada unsur-unsur yang disintesis untuk menghasilkan sinaran maksimum dalam satu atau lebih arah tertentu, contoh biasa ditunjukkan dalam Rajah 6.

Rajah 6

5. Antena Pemantul
Kejayaan penerokaan angkasa lepas juga telah membawa kepada perkembangan pesat teori antena. Disebabkan keperluan untuk komunikasi jarak jauh ultra, antena dengan keuntungan yang sangat tinggi mesti digunakan untuk menghantar dan menerima isyarat berjuta-juta batu jauhnya. Dalam aplikasi ini, bentuk antena biasa ialah antena parabola yang ditunjukkan dalam Rajah 7. Antena jenis ini mempunyai diameter 305 meter atau lebih, dan saiz yang begitu besar diperlukan untuk mencapai keuntungan tinggi yang diperlukan untuk menghantar atau menerima isyarat berjuta-juta batu jauhnya. Satu lagi bentuk pemantul ialah pemantul sudut, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7 (c).

Rajah 7

6. Antena Kanta
Kanta digunakan terutamanya untuk menyatukan tenaga berselerak insiden untuk menghalangnya daripada merebak ke arah sinaran yang tidak diingini. Dengan menukar geometri kanta dengan sewajarnya dan memilih bahan yang betul, mereka boleh menukar pelbagai bentuk tenaga mencapah kepada gelombang satah. Ia boleh digunakan dalam kebanyakan aplikasi seperti antena pemantul parabola, terutamanya pada frekuensi yang lebih tinggi, dan saiz dan beratnya menjadi sangat besar pada frekuensi yang lebih rendah. Antena kanta dikelaskan mengikut bahan binaannya atau bentuk geometri, sebahagian daripadanya ditunjukkan dalam Rajah 8.