Apakah Antena Gelung?
Antena gelung dibentuk dengan menyusun satu atau lebih elemen konduktif ke dalam laluan tertutup dan menyalurkan isyarat RF ke struktur tersebut. Gelung tersebut mungkin berbentuk bulat, segi empat sama, segi empat tepat, segi tiga, elips atau direka bentuk dalam bentuk lain untuk memenuhi keperluan mekanikal dan elektrik tertentu.
Tidak seperti antena dipol konvensional, yang terutamanya dikaitkan dengan elemen arus elektrik, gelung kecil elektrik bertindak lebih kurang seperti dipol magnet. Operasinya berkait rapat dengan komponen medan magnet gelombang elektromagnet, menjadikan antena gelung amat berguna dalam sistem penerimaan, pencarian arah, pengesanan medan dekat, RFID dan pengukuran elektromagnet.
Antena gelung tidak terhad kepada julat frekuensi tunggal. Frekuensi operasinya bergantung pada lilitan gelung berbanding panjang gelombang, bilangan lilitan, dimensi konduktor, komponen pemuatan, struktur suapan dan persekitaran pemasangan di sekelilingnya. Oleh itu, reka bentuk gelung boleh didapati daripada sistem penerima frekuensi rendah hinggalah kepada aplikasi UHF dan gelombang mikro.
Struktur Asas dan Prinsip Operasi
Apabila arus RF mengalir di sekitar gelung konduktif, ia menghasilkan medan magnet yang hampir berserenjang dengan satah gelung. Dalam operasi penerima, medan magnet yang berubah-ubah yang melalui gelung tersebut akan mengaruh voltan pada terminalnya.
Kekuatan isyarat yang diterima bergantung kepada beberapa faktor:
Kawasan gelung
Bilangan pusingan
Kekerapan operasi
Orientasi relatif kepada medan yang masuk
Rintangan konduktor
Penalaan dan pemadanan rangkaian
Perisai dan struktur logam berdekatan
Bagi gelung elektrik yang kecil, magnitud dan fasa arus boleh dianggap sebagai hampir seragam di sekeliling konduktor. Penghampiran ini menjadi kurang tepat apabila lilitan meningkat. Dalam gelung besar resonan, taburan arus berbeza dengan ketara di sekeliling struktur dan menghasilkan ciri-ciri sinaran yang berbeza daripada gelung magnet kecil.
Antena Gelung Kecil
Antena gelung kecil mempunyai lilitan yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang operasi. Penghampiran kejuruteraan yang biasa digunakan ialah:
C≤0.1λ
di mana C ialah lilitan gelung dan λ ialah panjang gelombang.
Oleh kerana saiz elektriknya yang kecil, gelung kecil biasanya mempunyai rintangan sinaran yang rendah. Oleh itu, kehilangan konduktor mungkin mewakili sebahagian besar daripada jumlah rintangan inputnya, sekali gus mengurangkan kecekapan sinaran apabila antena digunakan untuk penghantaran.
Gelung kecil juga sangat induktif dan selalunya memerlukan kapasitor penalaan atau rangkaian padanan. Apabila ditala kepada resonans, ia boleh memberikan sensitiviti penerimaan yang berguna, tetapi faktor kualiti tingginya mungkin mengakibatkan lebar jalur operasi yang agak sempit.
Ciri-ciri ini tidak menjadikan gelung kecil antena yang lemah. Sebaliknya, ia menjadikannya amat sesuai untuk aplikasi di mana saiz padat, tindak balas medan magnet, nol arah atau selektiviti jalur sempit lebih penting daripada kecekapan sinaran yang tinggi.
Antena Gelung Besar
Gelung besar, kadangkala dipanggil gelung resonan, mempunyai lilitan yang tidak lagi kecil secara elektrik. Reka bentuk biasa menggunakan lilitan yang hampir dengan satu panjang gelombang:
C≈λ
Dalam kes ini, arus tidak seragam di sekeliling gelung. Amplitud dan fasanya berubah di sepanjang konduktor, menghasilkan taburan medan yang lebih kompleks.
Berbanding dengan gelung elektrik yang kecil, gelung resonan biasanya memberikan rintangan sinaran yang lebih tinggi dan kecekapan pemancaran yang lebih baik. Ia boleh digunakan sebagai antena pemancar atau penerima yang praktikal, walaupun impedans, polarisasi dan corak sinarannya sangat bergantung pada lilitan, bentuk, kedudukan suapan dan persekitaran pemasangan.
Gelung gelombang penuh bulat dan segi empat sama adalah konfigurasi yang biasa. Gelung segi empat sama boleh menjadi lebih mudah untuk dihasilkan dan dipasang, manakala gelung bulat memberikan geometri yang lancar dan simetri. Apabila kedua-duanya mempunyai lilitan elektrik yang serupa, prestasi amnya mungkin setanding, walaupun impedans dan ciri corak yang tepat akan berbeza.
Rajah 1. Contoh konfigurasi antena gelung bulat dan segi empat sama.
Corak Sinaran
Corak sinaran gelung elektrik yang kecil adalah serupa dengan dipol magnet yang ideal. Sinaran adalah minimum di sepanjang paksi serenjang dengan satah gelung dan paling kuat dalam arah yang terletak kira-kira di dalam satah gelung.
Dalam tiga dimensi, corak ideal menyerupai torus yang mengelilingi paksi gelung. Apabila gelung kecil dipasang secara menegak, tindak balas satah mendatarnya biasanya mempunyai bentuk angka lapan, dengan dua nol dalam normal pada satah gelung.
Nol ini berguna untuk mencari arah dan penindasan gangguan. Dengan memutarkan antena sehingga isyarat yang diterima mencapai tahap minimum, pengendali boleh menentukan garisan galas ke arah atau menjauhi sumber isyarat.
Arah tindak balas maksimum, kedalaman nol dan pengkutuban bergantung pada orientasi gelung, susunan suapan, ketinggian pemasangan, geometri konduktor dan struktur berdekatan. Oleh itu, pengkutuban tidak boleh diterangkan semata-mata mengikut lokasi titik suapan.
Rajah 2. Corak sinaran ilustrasi antena gelung pada sudut ketinggian yang berbeza.
Pemakanan, Penalaan dan Pemadanan Impedans
Impedans input antena gelung sangat bergantung pada saiz elektriknya.
Gelung kecil biasanya menunjukkan reaktansi induktif dan rintangan sinaran yang rendah. Kapasitor boleh ubah atau tetap boleh disambungkan untuk membentuk litar resonan pada frekuensi yang diperlukan. Gandingan transformer, padanan gama, gandingan kapasitif atau litar penguat aktif juga boleh digunakan untuk menghubungkan antena dengan penerima atau sistem RF 50-ohm.
Untuk aplikasi penghantaran, kehilangan konduktor, kehilangan kapasitor dan keupayaan pengendalian arus memerlukan pertimbangan yang teliti. Arus beredar yang tinggi mungkin berlaku dalam gelung yang ditala walaupun kuasa input kelihatan sederhana.
Gelung resonan yang besar mempunyai rintangan sinaran yang lebih tinggi tetapi masih memerlukan penempatan suapan dan transformasi impedans yang sesuai. Suapan seimbang atau balun mungkin diperlukan untuk mengelakkan kabel suapan daripada menjadi sebahagian daripada sistem sinaran.
Bentuk Gelung dan Bilangan Lilitan
Antena gelung tidak semestinya bulat sempurna. Gelung bulat, segi empat sama dan segi empat tepat adalah yang paling biasa kerana ia agak mudah dikira dan dibuat.
Menambah berbilang lilitan meningkatkan voltan dan induktans penerima teraruh. Walau bagaimanapun, ia juga meningkatkan kehilangan konduktor, kapasitans teragih dan kesan resonans kendiri. Lebih banyak lilitan tidak secara automatik menghasilkan prestasi jalur lebar yang lebih baik.
Rod ferit atau teras magnet sering digunakan dalam antena penerima MF dan AM yang padat. Bahan magnet tersebut memekatkan fluks magnet melalui belitan, membolehkan struktur yang kecil secara fizikalnya memberikan kepekaan penerima yang berguna.
Pada frekuensi yang lebih tinggi, gelung bercetak, gelung mikrojalur dan struktur gelung bersepadu boleh dihasilkan terus pada papan litar untuk RFID, penderiaan tanpa wayar, terminal komunikasi dan peranti pengukuran RF.
Kelebihan Antena Gelung
Antena gelung menawarkan beberapa faedah praktikal:
- Struktur mekanikal padat
- Pelbagai bentuk dan format pemasangan yang mungkin
- Kepekaan medan magnet yang berguna
- Null arah dalam dalam reka bentuk gelung kecil
- Sesuai untuk mencari arah dan menolak gangguan
- Integrasi mudah dengan penalaan dan litar aktif
- Boleh diskala untuk reka bentuk LF, HF, VHF, UHF dan gelombang mikro
Had Reka Bentuk
Batasan penting termasuk:
- Rintangan sinaran rendah dalam reka bentuk elektrik yang kecil
- Kecekapan penghantaran berkurangan apabila kehilangan konduktor adalah ketara
- Lebar jalur sempit dalam gelung yang ditala Q tinggi
- Kepekaan terhadap objek logam berdekatan
- Arus dan voltan yang berpotensi tinggi beredar
- Perlu padanan impedans yang teliti
- Herotan corak yang disebabkan oleh kabel suapan dan struktur pemasangan
Aplikasi Lazim
Antena gelung digunakan secara meluas dalam:
- Penerima AM, MF, HF dan gelombang pendek
- Peralatan mencari arah radio
- RFID dan sistem komunikasi jarak dekat
- Pengukuran medan magnet EMI dan EMC
- Pemantauan spektrum dan ujian kekuatan medan
- Komunikasi induktif dan sistem kuasa tanpa wayar
- Platform penerima mudah alih dan dipasang pada kenderaan
- Litar RF dan gelombang mikro bercetak
- Penyelidikan, penentukuran dan pengukuran antena
Untuk pengukuran EMI dan kekuatan medan, antena gelung yang dikalibrasi amat berguna apabila komponen medan magnet persekitaran RF mesti dinilai. Dalam sistem komunikasi dan pemantauan, nol arahnya boleh membantu mengurangkan gangguan atau mengenal pasti arah isyarat yang tidak diketahui.
Kepentingan Kejuruteraan
Antena gelung menunjukkan bagaimana saiz elektrik, taburan arus, gandingan medan magnet dan padanan impedans mempengaruhi prestasi antena.
Gelung yang serupa secara fizikalnya boleh bertindak sebagai antena penerima magnet padat, sensor resonan jalur sempit, antena pemancar gelombang penuh atau elemen gandingan medan dekat, bergantung pada lilitan dan frekuensi operasinya.
RF MISO menyediakan penyelesaian komponen antena dan gelombang mikro untuk pengujian RF, komunikasi, radar, pengukuran antena dan penyepaduan sistem. Memahami struktur asas seperti antena gelung membantu jurutera menilai julat frekuensi, gandaan, polarisasi, impedans, lebar jalur, kecekapan sinaran dan tindak balas arah semasa memilih atau membangunkan sistem antena.
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang antena, sila layari:
Masa siaran: 31 Julai 2026
