בעידן המודרני הזה של תקשורת אלחוטית מהנדסים רבים מגלים עניין להתמחות בתחומי תקשורת, אך לשם כך נדרש ידע בסיסי במושגי תקשורת בסיסיים כגון סוגי אנטנות, קרינה אלקטרומגנטית ותופעות שונות הקשורות להתפשטות וכו '. במקרה של מערכות תקשורת אלחוטיות, האנטנות משחקות בולט תפקיד כשהם ממירים את האותות האלקטרוניים לגלים אלקטרומגנטיים ביעילות.
סוגי אנטנות
אנטנות הן מרכיבים בסיסיים לכל אחד מהם מעגל חשמלי מכיוון שהם מספקים קישורים מחוברים בין משדר לשטח פנוי או בין שטח פנוי למקלט. לפני שנדון על סוגי אנטנות, יש כמה מאפיינים שצריך להבין. מלבד מאפיינים אלה, אנו מכסים גם סוגים שונים של אנטנות המשמשות במערכת תקשורת בפירוט.
מאפייני אנטנות
- רווח אנטנה
- צוֹהַר
- כיוון ורוחב פס
- קיטוב
- אורך יעיל
- תרשים קוטבי
רווח אנטנה: הפרמטר המודד את מידת ההכוונה של התבנית הרדיאלית של האנטנה מכונה רווח. אנטנה עם רווח גבוה יותר יעילה יותר בדפוס הקרינה שלה. אנטנות מתוכננות באופן שכוח עולה בכיוון מבוקש ופוחת בכיוונים לא רצויים.
G = (כוח שמוקרן על ידי אנטנה) / (כוח שמוקרן על ידי אנטנת התייחסות)
צוֹהַר: צמצם זה ידוע גם כצמצם היעיל של האנטנה שמשתתפים באופן פעיל בהעברה וקליטה של גלים אלקטרומגנטיים. הכוח שקיבלה האנטנה נקשר לאזור קולקטיבי. שטח אסוף זה של אנטנה מכונה צמצם יעיל.
Pr = Pd * A וואט
A = pr / pd מ'ר
כיוון ורוחב פס: ההנחיה של אנטנה מוגדרת כמדד של קרינת כוח מרוכזת בכיוון מסוים. זה יכול להיחשב כיכולת של אנטנה לכוון כוח מוקרן בכיוון נתון. ניתן לציין זאת גם כיחס בין עוצמת הקרינה בכיוון נתון לעוצמת הקרינה הממוצעת. רוחב הפס הוא אחד הפרמטרים הרצויים לבחירת אנטנה. ניתן להגדיר אותו כטווח התדרים שעליו אנטנה יכולה להקרין אנרגיה כראוי ומקבלת אנרגיה.
קיטוב: גל אלקטרומגנטי המופעל מאנטנה עשוי להיות מקוטב אנכית ואופקית. אם הגל מקוטב בכיוון האנכי, אז וקטור E הוא אנכי והוא דורש אנטנה אנכית. אם וקטור E נמצא בצורה אופקית, הוא זקוק לאנטנה אופקית כדי להפעיל אותו. לפעמים משתמשים בקיטוב מעגלי, זהו שילוב של דרכים אופקיות ואנכיות כאחד.
אורך אפקטיבי: האורך האפקטיבי הוא פרמטר האנטנות המאפיין את יעילות האנטנות בהעברת וקבלת גלים אלקטרומגנטיים. ניתן להגדיר אורך אפקטיבי הן לאנטנות משדרות והן מקבלות. היחס בין EMF בכניסת המקלט לעוצמת השדה החשמלי שהתרחש באנטנה ידוע כאורך יעיל של מקלטים. ניתן להגדיר את אורך היעיל של המשדר כאורך החלל הפנוי במוליך, והתפלגות הזרם לאורכו מייצרת עוצמת שדה זהה לכל כיוון קרינה.
אורך אפקטיבי = (שטח תחת הפרעת זרם לא אחידה) / (שטח בפיזור זרם אחיד)
תרשים קוטבי: המאפיין המשמעותי ביותר של אנטנה הוא דפוס הקרינה או הדיאגרמה הקוטבית שלה. במקרה של אנטנה משדרת, מדובר בעלילה הדנה בעוצמת שדה הכוח שמקרינה האנטנה בכיוונים זוויתיים שונים כפי שמוצג בעלילה למטה. ניתן להשיג עלילה גם עבור מישורים אנכיים ואופקיים - והיא נקראת גם כדוגמאות אנכיות ואופקיות, בהתאמה.
עד כה כיסינו את תכונות האנטנות, ועכשיו נדון בסוגים שונים של אנטנות המשמשות ליישומים שונים.
סוגי אנטנות
רשום אנטנות תקופתיות
- אנטנות פפיון
- מערך Dipole יומן תקופתי
אנטנות חוטים
- אנטנת דיפול קצרה
- אנטנת דיפול
- אנטנת מונופול
- אנטנת לולאה
אנטנות גל נודדות
- אנטנות סליל
- אנטנות יאגי-אודה
אנטנות מיקרוגל
- אנטנות רצועת מיקרו מלבניות
- אנטנות הפוך מישוריות
אנטנות רפלקטור
- רפלקטור פינתי
- רפלקטור פרבולי
1. אנטנות יומיות תקופתיות
רשום אנטנה תקופתית
אנטנה תקופתית לוג נקראת גם כמערך תקופתי יומן. זוהי אנטנת קרן צרה כיוונית מרובת אלמנטים, הפועלת על מגוון רחב של תדרים. אנטנה זו עשויה מסדרת דיפולות המוצבות לאורך ציר האנטנות במרווחי זמן שונים ואחריהם פונקציה לוגריתמית של תדר. נעשה שימוש באנטנה תקופתית של יומן במגוון רחב של יישומים בהם נדרש רוחב פס משתנה יחד עם רווח ואנטנה של כיוון.
אנטנות פרפר
אנטנת פפיון
אנטנת פפיון מכונה גם אנטנה Biconical או אנטנת פרפר. אנטנה דו-כיוונית היא אנטנה רחבה-כיוונית. על פי גודלה של אנטנה זו, יש לה תגובה בתדירות נמוכה, והיא משמשת כמסנן גבוה. כאשר התדר מגיע לגבולות גבוהים יותר, הרחק מתדר העיצוב, דפוס הקרינה של האנטנה מתעוות ומתפשט.
רוב האנטנות של הפפיון הן נגזרות של אנטנות דו-קומיות. הדיסקון הוא כסוג של אנטנה חצי-דו-קלינית. אנטנת הפפיון היא מישורית, ולכן אנטנה כיוונית.
מערך Dipole יומן תקופתי
רשום אנטנת דיפול תקופתית
הסוג הנפוץ ביותר של אנטנות המשמש ב טכנולוגיית תקשורת אלחוטית הוא מערך דיפול תקופתי יומני הכולל ביסודו מספר אלמנטים דיפוליים. אנטנות מערך דיפול זה מפחיתות מגודל הקצה האחורי לקצה הקדמי. הקורה המובילה של אנטנת RF זו מגיעה מהקצה הקדמי הקטן יותר.
האלמנט בקצה האחורי של המערך גדול בגודלו כאשר חצי הגל פועל בטווח תדרים נמוך. המרווח של האלמנט מצטמצם לכיוון הקצה הקדמי של המערך שבו ממוקמים המערכים הקטנים ביותר. במהלך פעולה זו, כאשר התדירות משתנה, מתרחש מעבר חלק לאורך מערך האלמנטים, מה שמוביל ליצירת אזור פעיל.
2. אנטנות חוטים
אנטנת חוטים
אנטנות חוטים ידועות גם בשם אנטנות ליניאריות או מעוקלות. אנטנות אלה פשוטות מאוד, זולות ומשמשות במגוון רחב של יישומים. אנטנות אלה מחולקות עוד לארבע כמוסבר להלן.
אנטנת דיפול
אנטנת דיפול היא אחת מכיווני האנטנה הפשוטים ביותר. אנטנת דיפול זו מורכבת משני מוטות מתכת דקים עם הפרש מתח סינוסי. אורך המוטות נבחר באופן שיהיה להם אורך רבעי באורך הגל בתדרים מבצעיים. אנטנות אלו משמשות לעיצוב אנטנות משלהן או אנטנות אחרות. הם פשוטים מאוד לבנייה ושימוש.
אנטנת הדיפול מורכבת משני מוטות מתכתיים שדרכם זורמים זרם ותדר. זרם זרם ומתח זה גורם לגל אלקטרומגנטי ואתרי הרדיו מקרינים. האנטנה מורכבת מאלמנט מקרין המפיץ את המוטות וגורם לזרם זרם במרכז באמצעות מזין ליד המשדר החוצה מהמקלט. הסוגים השונים של אנטנות דיפול משמשות אנטנות RF כוללים חצי גל, מרובה, מקופל, לא מהדהד, וכן הלאה.
אנטנה קצרה דיפול:
אנטנת דיפול קצרה
זוהי הפשוטה ביותר מכל סוגי האנטנות. אנטנה זו היא חוט עם מעגל פתוח ובו קצר מציין 'יחסית לאורך גל' ולכן אנטנה זו נותנת עדיפות לגודל החוט ביחס לאורך הגל של תדר הפעולה. זה לוקח כל שיקול לגבי הגודל המוחלט של האנטנה הדיפולית. האנטנה הדיפולית הקצרה מורכבת משני מוליכים קו-לינאריים המוצבים מקצה לקצה, עם פער קטן בין מוליכים על ידי מזין. דיפול נחשב לקצר אם אורכו של האלמנט המקרין הוא פחות מעשירית מאורך הגל.
ל<λ/10
האנטנה הדיפולית הקצרה עשויה משני מוליכים משותפים ליניאריים שממוקמים מקצה לקצה, עם מרווח קטן בין מוליכים על ידי מזין.
אנטנת הדיפול הקצרה מספקת לעיתים רחוקות מנקודת מבט יעילות מכיוון שרוב הכוח הנכנס לאנטנה זו מתפזר מכיוון שאובדן חום ואובדן התנגדות הופכים גם הם בהדרגה.
אנטנת מונופול
אנטנת מונופול היא מחצית מאנטנת דיפול פשוטה הממוקמת מעל מישור מקורקע כמוצג באיור למטה.
דפוס הקרינה מעל המישור ההקרקע יהיה זהה לאנטנת דיפול חצי הגל, אולם הספק הכולל המוקרן הוא חצי מזה של דיפול השדה מקרין רק באזור חצי הכדור העליון. ההכוונה של אנטנות אלה הופכת כפולה בהשוואה לאנטנות הדיפול.
האנטנות המונופול משמשות גם כאנטנות המותקנות ברכב מכיוון שהן מספקות את המישור הקרקעי הנדרש לאנטנות המותקנות מעל האדמה.
אנטנת לולאה
אנטנת לולאה
אנטנות לולאה חולקות מאפיינים דומים עם אנטנות דיפול ו מונופול כי הן פשוטות וקלות לבנייה. אנטנות לולאה קיימות בצורות שונות כמו מעגליות, אליפטיות, מלבניות וכו '. המאפיינים הבסיסיים של אנטנת הלולאה אינם תלויים בצורתה. הם נמצאים בשימוש נרחב בקישורי תקשורת בתדירות של כ -3 GHz. אנטנות אלה יכולות לשמש גם כגששי שדה אלקטרומגנטיים ברצועות המיקרוגל.
היקף אנטנת הלולאה קובע את יעילות האנטנה דומה לזו של אנטנות דיפול ומונופול. אנטנות אלה מסווגות עוד לשני סוגים: חשמל קטן וגדול חשמלי בהתבסס על היקף הלולאה.
אנטנת לולאה קטנה חשמלית ———> היקף ≤λ⁄10
אנטנת לולאה גדולה חשמלית ———> היקף≈λ
לולאות קטנות חשמלית של סיבוב יחיד בעלות עמידות קרינה קטנה בהשוואה לעמידותן באובדן. ניתן לשפר את עמידות הקרינה של אנטנות לולאה קטנות על ידי הוספת סיבובים נוספים. לולאות מרובות סיבובים הן בעלות עמידות טובה יותר לקרינה גם אם הן יעילות פחותה.
אנטנת לולאה קטנה
בשל כך, אנטנת הלולאה הקטנה משמשת בעיקר כאנטנות קליטה בהן הפסדים אינם חובה. לולאות קטנות אינן משמשות כאנטנות משדרות בשל יעילותן הנמוכה.
אנטנות לולאת תהודה הן גדולות יחסית ומכוונות על ידי פעולת אורך הגל. הן ידועות גם כאנטנות לולאה גדולות שכן הן משמשות בתדרים גבוהים יותר, כגון VHF ו- UHF, בהן גודלן נוח. ניתן לראות אותם כאנטנה דיפול מקופלת ולעוות אותם בצורות שונות כמו כדוריות, ריבועיות וכו ', ובעלי מאפיינים דומים כמו יעילות קרינה גבוהה.
3. אנטנות גל נודדות
אנטנות סליל
אנטנות סליל ידועות גם בשם אנטנות סליל. יש להם מבנים פשוטים יחסית עם חוט אחד, שניים או יותר שכל פצע יוצר סליל, בדרך כלל מגובה במישור קרקעי או משקף מעוצב ומונע על ידי הזנה מתאימה. העיצוב הנפוץ ביותר הוא חוט יחיד המגובה בקרקע וניזון בקו קואקסיאלי.
באופן כללי, מאפייני הקרינה של אנטנה סלילית קשורים למפרט זה: הגודל החשמלי של המבנה, בו עכבת הקלט רגישה יותר לגובה המגרש ולגודל התיל.
אנטנה סלילית
לאנטנות הסליל יש שני מצבי קרינה שולטים: המצב הרגיל והמצב הצירי. המצב הצירי משמש במגוון רחב של יישומים. במצב הרגיל, ממדי הסליל קטנים בהשוואה לאורכו הגל. אנטנה זו משמשת כ אנטנה דיפול קצרה או מונופול. במצב הצירי, מידות הסליל זהות בהשוואה לאורכו הגל. אנטנה זו עובדת כאנטנה כיוונית.
אנטנת יאגי-אודה
אנטנת יאגי-אודה
אנטנה נוספת שעושה שימוש באלמנטים פסיביים היא ה- אנטנת יאגי-אודה . סוג זה של אנטנה הוא זול ויעיל. ניתן לבנות אותו עם אלמנט רפלקטור אחד או יותר ואלמנטים במאי אחד או יותר. ניתן ליצור אנטנות של יאגי באמצעות אנטנה עם רפלקטור אחד, אלמנט פעיל מקופל דו-קוטבי מונע, ובמאים, המותקנים לקיטוב אופקי בכיוון קדימה.
4. אנטנות מיקרוגל
האנטנות הפועלות בתדרי מיקרוגל מכונות אנטנות מיקרוגל . אנטנות אלה משמשות במגוון רחב של יישומים.
אנטנות רצועת מיקרו מלבניות
אנטנות רצועת מיקרו מלבניות
עבור יישומי חלליות או מטוסים - בהתבסס על המפרט כגון גודל, משקל, עלות, ביצועים, קלות התקנה וכו '- עדיפות לאנטנות בעלות פרופיל נמוך. אנטנות אלו ידועות כאנטנות מיקרו-סטריפ מלבניות או אנטנות תיקון, אך הן דורשות מקום לקו ההזנה המוצב בדרך כלל מאחורי מישור הקרקע. החיסרון העיקרי בשימוש באנטנות אלו הוא רוחב הפס היעיל והצר מאוד שלהן, שהוא בדרך כלל שבריר אחוז או לכל היותר אחוזים בודדים.
אנטנות הפוך מישוריות
אנטנה הפוכה מישורית יכולה להיחשב כסוג של אנטנת F הפוכה ליניארית (IFA) בה מוחלף אלמנט הקרינה של החוט על ידי צלחת להגדלת רוחב הפס. היתרון של אנטנות אלה הוא בכך שהן יכולות להיות מוסתרות בתוך בית הנייד בהשוואה לסוגים שונים של אנטנות כמו שוט, מוט או אנטנות סליליות וכו '. היתרון הנוסף הוא שהן יכולות להפחית את הקרינה לאחור כלפי החלק העליון של את האנטנה על ידי ספיגת כוח, מה שמשפר את היעילות. הם מספקים רווח גבוה גם במצבים אופקיים וגם אנכיים. תכונה זו חשובה ביותר עבור כל סוג של אנטנות המשמשות בתקשורת אלחוטית.
5. אנטנות רפלקטור
אנטנת רפלקטור פינתית
אנטנת רפלקטור פינתית
האנטנה הכוללת אלמנט דיפול אחד או יותר המונח מול מחזיר אור פינתי, מכונה אנטנת רפלקטור פינתית. ניתן להגדיל את הכיוון של כל אנטנה באמצעות מחזירי אור. במקרה של אנטנת חוט, נעשה שימוש ביריעת מוליך מאחורי האנטנה להפניית הקרינה בכיוון קדימה.
אנטנת רפלקטור פרבולית
למשטח הקרינה של אנטנה פרבולית יש ממדים גדולים מאוד לעומת אורך הגל שלה. האופטיקה הגיאומטרית, שתלויה בקרניים ובחזיתות הגל, משמשת לדעת על תכונות מסוימות של אנטנות אלה. ניתן ללמוד על מאפיינים חשובים מסוימים של אנטנות אלה באמצעות אופטיקה של קרניים ושל אנטנות אחרות באמצעות תיאוריית שדות אלקטרומגנטית.
אנטנה פרבולית
אחד המאפיינים השימושיים של אנטנה זו הוא ההמרה של חזית גל כדורית משתנה לחזית גל מקבילה המייצרת קרן צרה של האנטנה. הסוגים השונים של הזנות המשתמשות ברפלקטור פרבולי זה כוללים הזנות קרניים, הזנות קרטזיות והזנה דיפולית.
במאמר זה למדתם על הסוגים השונים של אנטנות ויישומיהם בתקשורת אלחוטית ועל השימוש באנטנות בהעברת וקבלת נתונים. לכל עזרה בנושא מאמר זה, פנה אלינו על ידי תגובה בסעיף ההערות למטה.
נקודות זיכוי:
