I denne moderne æra af trådløs kommunikation , mange ingeniører viser interesse for at specialisere sig i kommunikationsfelter, men dette kræver grundlæggende viden om grundlæggende kommunikationskoncepter såsom typer af antenner, elektromagnetisk stråling og forskellige fænomener relateret til udbredelse osv. I tilfælde af trådløse kommunikationssystemer spiller antenner en fremtrædende rolle, da de effektivt konverterer de elektroniske signaler til elektromagnetiske bølger.

Typer af antenner

Antenner er grundlæggende komponenter i enhver elektrisk kredsløb da de tilvejebringer forbindelsesforbindelser mellem sender og ledig plads eller mellem ledig plads og modtager. Før vi diskuterer om antennetyper, er der et par egenskaber, der skal forstås. Bortset fra disse egenskaber dækker vi også detaljeret om forskellige typer antenner, der bruges i kommunikationssystemet.

Egenskaber for antenner

Antenne gevinst
Blænde
Direktivitet og båndbredde
Polarisering
Effektiv længde
Polardiagram

Antenne gevinst: Parameteren, der måler grad af retningsgrad af antennens radiale mønster, kaldes forstærkning. En antenne med en højere forstærkning er mere effektiv i dets strålingsmønster. Antenner er designet på en sådan måde, at magten hæver i ønsket retning og falder i uønskede retninger.

G = (effekt udstrålet af en antenne) / (effekt udstrålet af referenceantenne)

Blænde: Denne blænde er også kendt som den effektive blænde for antennen, der aktivt deltager i transmission og modtagelse af elektromagnetiske bølger. Den strøm, der modtages af antennen, bliver forbundet med et kollektivt område. Dette opsamlede område af en antenne er kendt som effektiv blænde.

Pr = Pd * A watt
A = pr / pd m2

Direktivitet og båndbredde: Direktivet fra en antenne er defineret som mål for koncentreret effektstråling i en bestemt retning. Det kan betragtes som en antennes evne til at lede udstrålet effekt i en given retning. Det kan også bemærkes som forholdet mellem strålingsintensiteten i en given retning og den gennemsnitlige strålingsintensitet. Båndbredde er en af de ønskede parametre for at vælge en antenne. Det kan defineres som frekvensområdet, hvor en antenne korrekt kan udstråle energi og modtager energi.

Polarisering: En elektromagnetisk bølge, der udsendes fra en antenne, kan polariseres lodret og vandret. Hvis bølgen bliver polariseret i lodret retning, er E-vektoren lodret, og den kræver en lodret antenne. Hvis vektor E er vandret, har den brug for en vandret antenne for at starte den. Nogle gange anvendes cirkulær polarisering, det er en kombination af både vandrette og lodrette måder.

Effektiv længde: Den effektive længde er parameteren for antenner, der karakteriserer effektiviteten af antennerne til transmission og modtagelse af elektromagnetiske bølger. Effektiv længde kan defineres for både transmitterende og modtagende antenner. Forholdet mellem EMF ved modtagerindgangen og intensiteten af det elektriske felt, der opstod på antennen, er kendt som modtageres effektive længde. Senderens effektive længde kan defineres som længden af det ledige rum i lederen, og strømfordelingen over dens længde genererer samme feltintensitet i enhver strålingsretning.

Effektiv længde = (Areal under ikke-ensartet strømforstyrrelse) / (Areal under ensartet strømfordeling)

Polardiagram: Den mest betydningsfulde egenskab ved en antenne er dens strålingsmønster eller polære diagram. I tilfælde af en transmitterende antenne er dette et plot, der diskuterer styrken af det kraftfelt, der udstråles af antennen i forskellige vinkelretninger som vist i plottet nedenfor. Et plot kan også opnås for både lodrette og vandrette plan - og det kaldes også henholdsvis lodrette og vandrette mønstre.

Indtil nu har vi dækket antennes egenskaber, og nu vil vi diskutere forskellige typer antenner, der bruges til forskellige applikationer.

Typer af antenner

Log periodiske antenner

Sløjfe Antenner
Log-Periodisk Dipole Array

Ledningsantenner

Kort dipolantenne
Dipole antenne
Monopole antenne
Loop-antenne

Vandrende bøleantenner

Helical antenner
Yagi-Uda-antenner

Mikrobølgeovne Antenner

Rektangulære mikrobåndantenner
Planar inverterede F-antenner

Reflektorantenner

Hjørnereflektor
Parabolisk reflektor

1. Log-periodiske antenner

Log periodisk antenne

En log-periodisk antenne er også navngivet som en periodisk log-array. Det er en multi-element retningsbestemt smalstråleantenne, der fungerer på en bred vifte af frekvenser. Denne antenne er lavet af en række dipoler placeret langs antenneaksen med forskellige tidsintervaller efterfulgt af en logaritmisk funktion af frekvens. Log-periodisk antenne bruges i en lang række applikationer, hvor variabel båndbredde er påkrævet sammen med antenneforstærkning og -direktivitet.

Bow-Tie-antenner

Sløjfe Antenne

En bow-tie antenne er også kendt som Biconical antenne eller Butterfly antenne. Biconical antenne er en rundstrålende bredbåndsantenne. I henhold til størrelsen på denne antenne har den lavfrekvent respons og fungerer som et højpasfilter. Da frekvensen går til højere grænser, væk fra designfrekvensen, bliver antennens strålingsmønster forvrænget og spreder sig.

De fleste af bow-tie-antennerne er derivater af bikoniske antenner. Diskonen er som en type halvbikonisk antenne. Bue-tie-antennen er plan og derfor retningsbestemt antenne.

Log-Periodisk Dipole Array

Log periodisk dipolantenne

Den mest almindelige type antenne, der bruges i trådløs kommunikationsteknologi er et log-periodisk dipolarray, der grundlæggende omfatter et antal dipolelementer. Disse dipole-array-antenner reduceres i størrelse fra bagenden til frontenden. Den forreste stråle fra denne RF-antenne kommer fra den mindre frontende.

Elementet i den bageste ende af arrayet er stort i størrelse med halv bølgelængde, der fungerer i et lavfrekvensområde. Afstanden mellem elementet reduceres mod den forreste ende af arrayet, hvor de mindste arrays er placeret. Under denne operation, da frekvensen varierer, finder en jævn overgang sted langs elementets række, hvilket fører til dannelse af et aktivt område.

2. Trådantenner

Wire-antenne

Ledningsantenner er også kendt som lineære eller buede antenner. Disse antenner er meget enkle, billige og bruges i en lang række applikationer. Disse antenner er yderligere opdelt i fire som forklaret nedenfor.

Dipole antenne

En dipolantenne er en af de mest enkle antenneindstillinger. Denne dipolantenne består af to tynde metalstænger med en sinusformet spændingsforskel mellem dem. Længden af stængerne vælges på en sådan måde, at de har kvart længde af bølgelængden ved operationelle frekvenser. Disse antenner bruges til at designe deres egne antenner eller andre antenner. De er meget enkle at konstruere og bruge.

Dipole antenne

Dipolantenne består af to metalliske stænger, gennem hvilke strøm og frekvens strømmer. Denne strøm og spændingsstrøm skaber en elektromagnetisk bølge, og radiosignalerne udstråles. Antennen består af et udstrålende element, der opdeler stængerne og får strømmen til at strømme gennem midten ved hjælp af en føder på senderen, der tager fra modtageren. De forskellige typer dipolantenner bruges som RF-antenner inkluderer halvbølge, multipel, foldet, ikke-resonant osv.

Kortdip-antenne:

“forskellige slags lyskontakter ”

Kort dipolantenne

Det er den enkleste af alle typer antenner. Denne antenne er en ledning med åben kredsløb, hvor kort betegner 'i forhold til en bølgelængde', så denne antenne prioriterer ledningens størrelse i forhold til bølgelængden for driftsfrekvensen. Det tager nogen overvejelse om den absolutte størrelse af dipolantenne. Den korte dipolantenne består af to co-lineære ledere, der placeres fra ende til ende med et lille mellemrum mellem lederne af en føder. En dipol betragtes som kort, hvis længden af det udstrålende element er mindre end en tiendedel af bølgelængden.

L<λ/10

Den korte dipolantenne er lavet af to co-lineære ledere, der placeres fra ende til ende med et lille mellemrum mellem lederne af en føder.

Den korte dipolantenne er sjældent tilfredsstillende set fra et effektivitetssynspunkt, fordi det meste af den strøm, der kommer ind i denne antenne, spredes, da varme og resistive tab også bliver gradvist høje.

Monopole antenne

En monopolantenne er halvdelen af en simpel dipolantenne placeret over et jordforbundet plan som vist i figuren nedenfor.

Strålingsmønsteret over det jordforbundne plan vil være det samme som halvbølgedipolantenne, men den samlede udstrålede effekt er halvdelen af en dipol, feltet bliver kun udstrålet i det øvre halvkugleområde. Direktiviteten af disse antenner bliver dobbelt sammenlignet med dipolantennerne.

Monopolantennerne bruges også som køretøjsmonterede antenner, da de giver det krævede jordplan til antennerne monteret over jorden.

Loop-antenne

Loop-antenne

Loop-antenner deler lignende karakteristika med både dipol- og monopolantenner, fordi de er enkle og lette at konstruere. Loop-antenner fås i forskellige former som cirkulære, elliptiske, rektangulære osv. De grundlæggende egenskaber ved loop-antennen er uafhængige af dens form. De bruges i vid udstrækning i kommunikationsforbindelser med frekvensen på omkring 3 GHz. Disse antenner kan også bruges som elektromagnetiske feltsonder i mikrobølgebåndene.

Sløjfeantennenes omkreds bestemmer antennens effektivitet svarende til den for dipol- og monopolantenner. Disse antenner klassificeres yderligere i to typer: elektrisk lille og elektrisk stor baseret på omkredsen af sløjfen.

Elektrisk lille sløjfeantenne ———> Omkreds ≤λ⁄10

Elektrisk stor sløjfeantenne ———> Omkreds≈λ

Elektrisk små sløjfer med en enkelt omdrejning har lille strålingsmodstand sammenlignet med deres tabsbestandighed. Strålingsmodstanden for små sløjfeantenner kan forbedres ved at tilføje flere drejninger. Multi-turn loops har bedre strålingsmodstand, selvom de har mindre effektivitet.

Lille sløjfeantenne

På grund af dette bruges den lille sløjfeantenne for det meste som modtageantenner, hvor tab ikke er obligatoriske. Små sløjfer bruges ikke som transmitterende antenner på grund af deres lave effektivitet.

Resonanssløjfe-antenner er relativt store og styres af bølgelængden. De er også kendt som store sløjfe-antenner, da de bruges ved højere frekvenser, såsom VHF og UHF, hvor deres størrelse er praktisk. De kan ses som foldet dipolantenne og deformeres i forskellige former som sfærisk, firkantet osv. Og har lignende egenskaber såsom høj strålingseffektivitet.

3. Rejse bøleantenner

Helical antenner

Helical antenner er også kendt som helix antenner. De har relativt enkle strukturer med en, to eller flere ledninger, der hvert sår for at danne en helix, som regel understøttet af et jordplan eller en formet reflektor og drives af en passende fødning. Det mest almindelige design er en enkelt ledning bakket op af jorden og fodret med en koaksial linje.

Generelt er strålingsegenskaberne for en spiralformet antenne forbundet med denne specifikation: den elektriske størrelse af strukturen, hvor inputimpedansen er mere følsom over for tonehøjde og ledningsstørrelse.

Helical antenne

Helical antenner har to overvejende strålingstilstande: den normale tilstand og den aksiale tilstand. Den aksiale tilstand bruges i en lang række applikationer. I normal tilstand er helixens dimensioner små sammenlignet med dens bølgelængde. Denne antenne fungerer som den korte dipol eller monopol antenne. I aksial tilstand er helixens dimensioner de samme sammenlignet med dens bølgelængde. Denne antenne fungerer som retningsbestemt antenne.

Yagi-Uda-antenne

Yagi-Uda-antenne

En anden antenne, der bruger passive elementer, er Yagi-Uda antenne . Denne type antenne er billig og effektiv. Det kan konstrueres med et eller flere reflektorelementer og et eller flere instruktørelementer. Yagi-antenner kan fremstilles ved hjælp af en antenne med en reflektor, et drevet foldet dipolaktivt element og direktører monteret til vandret polarisering i fremadgående retning.

“hvornår skal man bruge pnp vs npn ”

4. Mikrobølgeovne

Antennerne, der fungerer ved mikrobølgefrekvenser, er kendt som mikrobølge antenner . Disse antenner bruges i en lang række applikationer.

Rektangulære mikrobåndantenner

Rektangulære mikrobåndantenner

Til rumfartøjs- eller flyapplikationer - baseret på specifikationerne såsom størrelse, vægt, pris, ydeevne, nem installation osv. - foretrækkes antenner med lav profil. Disse antenner er kendt som rektangulære microstrip-antenner eller patch-antenner, de kræver kun plads til fødelinjen, som normalt er placeret bag jordplanet. Den største ulempe ved at bruge disse antenner er deres ineffektive og meget smalle båndbredde, som typisk er en brøkdel af en procent eller højst et par procent.

Planar inverterede F-antenner

En plan inverteret-F-antenne kan betragtes som en type lineær inverteret F-antenne (IFA), hvor ledningsstrålingselementet erstattes af en plade for at øge båndbredden. Fordelen ved disse antenner er, at de kan skjules i mobilens hus sammenlignet med forskellige typer antenner som en pisk, stang eller spiralformede antenner osv. Den anden fordel er, at de kan reducere den bagudstråling mod toppen af antennen ved at absorbere effekt, hvilket øger effektiviteten. De giver høj forstærkning i både vandrette og lodrette tilstande. Denne funktion er vigtigst for enhver form for antenner, der bruges i trådløs kommunikation.

5. Reflektorantenner

Hjørne reflektor antenne

Hjørne reflektor antenne

Antennen, der består af et eller flere dipolelementer placeret foran en hjørnereflektor, er kendt som hjørnereflektorantenne. Direktiviteten af enhver antenne kan øges ved hjælp af reflektorer. I tilfælde af en trådantenne anvendes et ledende ark bag antennen til at lede strålingen fremad.

Parabol-reflektorantenne

Den udstrålende overflade af en parabolantenn har meget store dimensioner i forhold til dens bølgelængde. Den geometriske optik, der afhænger af stråler og bølgefronter, bruges til at vide om visse funktioner i disse antenner. Visse vigtige egenskaber ved disse antenner kan studeres ved hjælp af stråleoptik og af andre antenner ved hjælp af elektromagnetisk feltteori.

Parabolisk antenne

En af de nyttige egenskaber ved denne antenne er omdannelsen af en divergerende sfærisk bølgefront til en parallel bølgefront, der producerer en smal stråle fra antennen. De forskellige typer feeds, der bruger denne parabolske reflektor, inkluderer hornfeeds, cartesian feeds og dipol feed.

I denne artikel har du studeret om de forskellige typer antenner og deres applikationer inden for trådløs kommunikation og brugen af antenner til transmission og modtagelse af data. For enhver hjælp til denne artikel, kontakt os ved at kommentere i kommentarfeltet nedenfor.

foto Kreditter: