1. מבוא לאנטנות
אנטנה היא מבנה מעבר בין מרחב פנוי לקו תמסורת, כפי שמוצג באיור 1. קו התמסורת יכול להיות בצורת קו קואקסיאלי או צינור חלול (מוליך גל), המשמש להעברת אנרגיה אלקטרומגנטית ממקור לאנטנה, או מאנטנה למקלט. הראשונה היא אנטנת שידור, והשנייה היא אנטנת קליטה.
איור 1 מסלול העברת אנרגיה אלקטרומגנטית (מקור-קו העברת אנרגיה-מרחב ללא אנטנה)
השידור של מערכת האנטנה במצב השידור של איור 1 מיוצג על ידי המקבילה של תבנין כפי שמוצג באיור 2, כאשר המקור מיוצג על ידי מחולל אותות אידיאלי, קו השידור מיוצג על ידי קו עם עכבה אופיינית Zc, והאנטנה מיוצגת על ידי עומס ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. התנגדות העומס RL מייצגת את הפסדי ההולכה והדיאלקטרי הקשורים למבנה האנטנה, בעוד ש-Rr מייצג את התנגדות הקרינה של האנטנה, והריאקטאנס XA משמש לייצוג החלק הדמיוני של העכבה הקשורה לקרינת האנטנה. בתנאים אידיאליים, כל האנרגיה הנוצרת על ידי מקור האות צריכה להיות מועברת להתנגדות הקרינה Rr, המשמשת לייצוג יכולת הקרינה של האנטנה. עם זאת, ביישומים מעשיים, ישנם הפסדים מוליך-דיאלקטרי עקב מאפייני קו השידור והאנטנה, כמו גם הפסדים הנגרמים כתוצאה מהשתקפות (אי התאמה) בין קו השידור לאנטנה. בהתחשב בעכבה הפנימית של המקור ובהתעלם מהפסדי קו השידור והשתקפות (אי התאמה), ההספק המרבי מסופק לאנטנה תחת התאמה מצומדת.
איור 2
בגלל חוסר ההתאמה בין קו התמסורת לאנטנה, הגל המוחזר מהממשק מונח על גבי הגל הפוגע מהמקור לאנטנה ויוצר גל עומד, המייצג ריכוז ואחסון אנרגיה והוא התקן תהודה טיפוסי. דפוס גל עומד טיפוסי מוצג על ידי הקו המקווקו באיור 2. אם מערכת האנטנה אינה מתוכננת כראוי, קו התמסורת יכול לשמש במידה רבה כאלמנט אחסון אנרגיה, ולא כמוליך גל והתקן העברת אנרגיה.
ההפסדים הנגרמים על ידי קו התמסורת, האנטנה והגלים העומדים אינם רצויים. ניתן למזער הפסדי קו על ידי בחירת קווי תמסורת בעלי הפסדים נמוכים, בעוד שניתן להפחית את הפסדי האנטנה על ידי הפחתת התנגדות ההפסדים המיוצגת על ידי RL באיור 2. ניתן להפחית את הגלים העומדים ולמזער את אחסון האנרגיה בקו על ידי התאמת עכבת האנטנה (העומס) לעכבה האופיינית של הקו.
במערכות אלחוטיות, בנוסף לקליטה או שידור של אנרגיה, אנטנות נדרשות בדרך כלל כדי לשפר את האנרגיה המוקרנת בכיוונים מסוימים ולדכא את האנרגיה המוקרנת בכיוונים אחרים. לכן, בנוסף להתקני גילוי, יש להשתמש באנטנות גם כהתקני כיוונון. אנטנות יכולות להיות בצורות שונות כדי לענות על צרכים ספציפיים. הן יכולות להיות חוט, פתח, טלאי, מכלול אלמנטים (מערך), מחזיר אור, עדשה וכו'.
במערכות תקשורת אלחוטיות, אנטנות הן אחד המרכיבים הקריטיים ביותר. תכנון אנטנה טוב יכול להפחית את דרישות המערכת ולשפר את ביצועי המערכת הכוללים. דוגמה קלאסית היא טלוויזיה, שבה ניתן לשפר את קליטת השידורים באמצעות אנטנות בעלות ביצועים גבוהים. אנטנות הן עבור מערכות תקשורת מה שעיניים הן עבור בני אדם.
2. סיווג אנטנות
1. אנטנת חוט
אנטנות חוט הן אחד מסוגי האנטנות הנפוצים ביותר מכיוון שהן נמצאות כמעט בכל מקום - מכוניות, בניינים, ספינות, מטוסים, חלליות וכו'. ישנן צורות שונות של אנטנות חוט, כגון אנטנת קו ישר (דיפול), אנטנת לולאה, אנטנת ספירלה, כפי שמוצג באיור 3. אנטנות לולאה אינן צריכות להיות רק עגולות. הן יכולות להיות מלבניות, מרובעות, אליפסה או כל צורה אחרת. האנטנה המעגלית היא הנפוצה ביותר בגלל המבנה הפשוט שלה.
איור 3
2. אנטנות צמצם
אנטנות צמצם ממלאות תפקיד גדול יותר עקב הדרישה הגוברת לאנטנות מורכבות יותר והשימוש בתדרים גבוהים יותר. כמה צורות של אנטנות צמצם (אנטנות פירמידליות, חרוטיות ואנטנות צופר מלבניות) מוצגות באיור 4. סוג זה של אנטנה שימושי מאוד עבור יישומי מטוסים וחלליות מכיוון שניתן להרכיב אותן בנוחות רבה על המעטפת החיצונית של המטוס או החללית. בנוסף, ניתן לכסות אותן בשכבה של חומר דיאלקטרי כדי להגן עליהן מפני סביבות קשות.
איור 4
3. אנטנת מיקרוסטריפ
אנטנות מיקרוסטריפ הפכו פופולריות מאוד בשנות ה-70, בעיקר עבור יישומי לוויינים. האנטנה מורכבת ממצע דיאלקטרי ומטלית מתכת. לטלית המתכת יכולות להיות צורות רבות ושונות, ואנטנת הטלאי המלבנית המוצגת באיור 5 היא הנפוצה ביותר. לאנטנות מיקרוסטריפ יש פרופיל נמוך, הן מתאימות למשטחים מישוריים ולא מישוריים, הן פשוטות וזולות לייצור, בעלות עמידות גבוהה כאשר הן מורכבות על משטחים קשיחים, ותואמות לתכנוני MMIC. ניתן להרכיב אותן על פני השטח של מטוסים, חלליות, לוויינים, טילים, מכוניות ואפילו מכשירים ניידים וניתן לתכנן אותן באופן תאימות.
איור 5
4. אנטנת מערך
ייתכן שמאפייני הקרינה הנדרשים על ידי יישומים רבים לא יושגו על ידי אלמנט אנטנה יחיד. מערכי אנטנות יכולים לייצר את הקרינה מהאלמנטים המסונתזים כדי לייצר קרינה מקסימלית בכיוון אחד או יותר ספציפיים, דוגמה אופיינית מוצגת באיור 6.
איור 6
5. אנטנת רפלקטור
הצלחת חקר החלל הובילה גם לפיתוח מהיר של תורת האנטנות. בשל הצורך בתקשורת למרחקים ארוכים במיוחד, יש להשתמש באנטנות בעלות הגבר גבוה במיוחד כדי לשדר ולקלוט אותות ממרחק של מיליוני קילומטרים. ביישום זה, צורת אנטנה נפוצה היא האנטנה הפרבולית המוצגת באיור 7. לסוג זה של אנטנה קוטר של 305 מטרים ומעלה, וגודל גדול שכזה נחוץ כדי להשיג את ההגבר הגבוה הנדרש לשידור או קליטת אותות ממרחק של מיליוני קילומטרים. צורה נוספת של מחזיר אור היא מחזיר אור פינתי, כפי שמוצג באיור 7 (ג).
איור 7
6. אנטנות עדשה
עדשות משמשות בעיקר לקולימנטציה של אנרגיה מפוזרת פוגעת כדי למנוע ממנה להתפשט בכיוונים לא רצויים של קרינה. על ידי שינוי מתאים של הגיאומטריה של העדשה ובחירת החומר הנכון, הן יכולות להמיר צורות שונות של אנרגיה מתפצלת לגלים מישוריים. ניתן להשתמש בהן ברוב היישומים כמו אנטנות מחזירי אור פרבוליות, במיוחד בתדרים גבוהים יותר, וגודלן ומשקלן הופכים גדולים מאוד בתדרים נמוכים יותר. אנטנות עדשה מסווגות לפי חומרי הבנייה שלהן או צורות גיאומטריות, שחלקן מוצגות באיור 8.
איור 8
למידע נוסף על אנטנות, אנא בקרו באתר:
זמן פרסום: 19 ביולי 2024
