Berita - Pengenalan dan pengelasan 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 talian sepaksi atau tiub berongga (pandu gelombang), yang digunakan untuk menghantar tenaga elektromagnet daripada sumber ke antena, atau daripada antena ke penerima. Antena pemancar ialah antena pemancar, dan antena penerima ialah antena penerima.

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

Penghantaran sistem antena dalam mod penghantaran Rajah 1 diwakili oleh persamaan Thevenin seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, di mana sumber diwakili oleh penjana isyarat ideal, talian penghantaran diwakili oleh talian dengan impedans ciri Zc, dan antena diwakili oleh beban ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Rintangan beban RL mewakili kehilangan konduksi dan dielektrik yang berkaitan dengan struktur antena, manakala Rr mewakili rintangan sinaran antena, dan reaktans XA digunakan untuk mewakili bahagian khayalan impedans yang berkaitan dengan sinaran antena. Di bawah keadaan ideal, semua tenaga yang dijana oleh sumber isyarat harus 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 kehilangan yang disebabkan oleh pantulan (ketidakpadanan) antara talian penghantaran dan antena. Memandangkan impedans dalaman sumber dan mengabaikan kehilangan talian penghantaran dan pantulan (ketidakpadanan), kuasa maksimum diberikan kepada antena di bawah padanan konjugat.

Rajah 2

Disebabkan ketidakpadanan antara talian penghantaran dan antena, gelombang pantulan dari antara muka ditumpangkan dengan gelombang datang dari sumber ke antena untuk membentuk gelombang pegun, yang mewakili kepekatan dan penyimpanan tenaga dan merupakan peranti resonan biasa. Corak gelombang pegun biasa ditunjukkan oleh garis putus-putus dalam Rajah 2. Jika sistem antena tidak direka bentuk dengan betul, talian penghantaran boleh bertindak sebagai elemen penyimpanan tenaga sebahagian besarnya, bukannya sebagai pandu gelombang dan peranti penghantaran tenaga.
Kerugian yang disebabkan oleh talian penghantaran, antena dan gelombang berdiri adalah tidak diingini. Kerugian talian boleh diminimumkan dengan memilih talian penghantaran kehilangan rendah, manakala kehilangan antena boleh dikurangkan dengan mengurangkan rintangan kehilangan yang diwakili oleh RL dalam Rajah 2. Gelombang berdiri boleh dikurangkan dan penyimpanan tenaga dalam talian boleh diminimumkan dengan memadankan impedans antena (beban) dengan impedans ciri talian.
Dalam sistem tanpa wayar, selain menerima atau menghantar tenaga, antena biasanya diperlukan untuk meningkatkan tenaga yang dipancarkan ke arah tertentu dan menyekat tenaga yang dipancarkan ke arah lain. Oleh itu, selain peranti pengesanan, antena juga mesti digunakan sebagai peranti arah. Antena boleh dalam pelbagai bentuk untuk memenuhi keperluan tertentu. Ia mungkin wayar, apertur, tampalan, pemasangan elemen (tatasusunan), reflektor, kanta, dsb.

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

2. Pengelasan 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, dan sebagainya. Terdapat pelbagai bentuk antena wayar, seperti garis lurus (dipol), gelung, lingkaran, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Antena gelung bukan sahaja perlu berbentuk bulat. Ia boleh berbentuk segi empat tepat, segi empat sama, bujur atau sebarang 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 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 mudah pada cangkerang luar pesawat atau kapal angkasa. Di samping itu, ia boleh ditutup dengan lapisan bahan dielektrik untuk melindunginya daripada persekitaran yang keras.

Rajah 4

3. Antena mikrojalur
Antena mikrojalur menjadi sangat popular pada tahun 1970-an, terutamanya untuk aplikasi satelit. Antena ini terdiri daripada substrat dielektrik dan tampalan logam. Tampalan logam boleh mempunyai pelbagai bentuk, dan antena tampalan segi empat tepat yang ditunjukkan dalam Rajah 5 adalah yang paling biasa. Antena mikrojalur mempunyai profil rendah, sesuai untuk permukaan satah dan bukan satah, mudah dan murah untuk dihasilkan, mempunyai keteguhan yang 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 konformal.

Rajah 5

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

Rajah 6

5. Antena Reflektor
Kejayaan penerokaan angkasa lepas juga telah membawa kepada perkembangan pesat teori antena. Disebabkan oleh keperluan untuk komunikasi jarak ultra jauh, antena bergandingan yang sangat tinggi mesti digunakan untuk menghantar dan menerima isyarat berjuta-juta batu jauhnya. Dalam aplikasi ini, bentuk antena yang 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 gandaan 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 terutamanya digunakan untuk mengagregatkan tenaga yang terserak bagi mengelakkannya daripada merebak ke arah sinaran yang tidak diingini. Dengan mengubah geometri kanta dengan sewajarnya dan memilih bahan yang betul, ia 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 serta beratnya menjadi sangat besar pada frekuensi yang lebih rendah. Antena kanta dikelaskan mengikut bahan binaan atau bentuk geometrinya, yang sebahagiannya ditunjukkan dalam Rajah 8.