1. מבוא לאנטנות
אנטנה היא מבנה מעבר בין שטח פנוי לקו תמסורת, כפי שמוצג באיור 1. קו השידור 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 נתיב העברת אנרגיה אלקטרומגנטית (מקור-קו שידור-חלל פנוי באנטנה)
השידור של מערכת האנטנה במצב השידור של איור 1 מיוצג על ידי המקבילה Thevenin כפי שמוצג באיור 2, כאשר המקור מיוצג על ידי מחולל אותות אידיאלי, קו השידור מיוצג על ידי קו עם עכבה אופיינית Zc, ו האנטנה מיוצגת על ידי עומס ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. התנגדות העומס RL מייצגת את ההולכה וההפסדים הדיאלקטריים הקשורים למבנה האנטנה, בעוד Rr מייצגת את התנגדות הקרינה של האנטנה, והריאקטנס XA משמש לייצוג החלק הדמיוני של העכבה הקשורה לקרינת האנטנה. בתנאים אידיאליים, יש להעביר את כל האנרגיה שנוצרת ממקור האות להתנגדות הקרינה Rr, המשמשת לייצוג יכולת הקרינה של האנטנה. עם זאת, ביישומים מעשיים קיימים הפסדים דיאלקטריים מוליכים הנובעים ממאפייני קו השידור והאנטנה, וכן הפסדים הנגרמים מהשתקפות (אי-התאמה) בין קו השידור לאנטנה. בהתחשב בעכבה הפנימית של המקור והתעלמות מקו השידור והפסדי השתקפות (אי-התאמה), ההספק המרבי מסופק לאנטנה בהתאמה מצומדת.
איור 2
בגלל חוסר ההתאמה בין קו השידור לאנטנה, הגל המוחזר מהממשק מונח על הגל הנוצר מהמקור לאנטנה ליצירת גל עומד, המייצג ריכוז ואחסון אנרגיה והוא התקן תהודה טיפוסי. דוגמה טיפוסית של גל עומד מוצג על ידי הקו המקווקו באיור 2. אם מערכת האנטנה אינה מתוכננת כראוי, קו השידור יכול לשמש כאלמנט אחסון אנרגיה במידה רבה, ולא כמוווה גל וכמכשיר העברת אנרגיה.
ההפסדים הנגרמים על ידי קו השידור, האנטנה והגלים העומדים אינם רצויים. ניתן למזער את הפסדי הקו על ידי בחירת קווי תמסורת בעלי אובדן נמוך, בעוד שניתן להפחית את הפסדי האנטנה על ידי הפחתת התנגדות האובדן המיוצגת על ידי RL באיור 2. ניתן להפחית גלים עומדים ולמזער את אחסון האנרגיה בקו על ידי התאמת העכבה של האנטנה (עומס) עם העכבה האופיינית של הקו.
במערכות אלחוטיות, בנוסף לקליטת או שידור אנרגיה, אנטנות נדרשות בדרך כלל כדי לשפר את האנרגיה המוקרנת בכיוונים מסוימים ולדכא את האנרגיה המוקרנת בכיוונים אחרים. לכן, בנוסף למכשירי זיהוי, יש להשתמש באנטנות גם כהתקני כיוון. אנטנות יכולות להיות בצורות שונות כדי לענות על צרכים ספציפיים. זה יכול להיות חוט, צמצם, תיקון, מכלול אלמנטים (מערך), רפלקטור, עדשה וכו'.
במערכות תקשורת אלחוטיות, אנטנות הן אחד המרכיבים הקריטיים ביותר. עיצוב 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 למערכות תקשורת מה שהעיניים הן לבני אדם.
2. סיווג אנטנה
1. אנטנת חוט
אנטנות תיל הן אחד מסוגי האנטנות הנפוצות ביותר מכיוון שהן נמצאות כמעט בכל מקום - מכוניות, בניינים, ספינות, מטוסים, חלליות וכו'. קיימות צורות שונות של אנטנות תיל, כגון קו ישר (דיפול), לולאה, ספירלה, כפי שמוצג באיור 3. אנטנות לולאה לא צריכות להיות רק עגולות. הם יכולים להיות מלבניים, מרובעים, אליפסים או כל צורה אחרת. האנטנה המעגלית היא הנפוצה ביותר בגלל המבנה הפשוט שלה.
איור 3
2. אנטנות צמצם
אנטנות צמצם ממלאות תפקיד גדול יותר בשל הביקוש הגובר לצורות מורכבות יותר של אנטנות וניצול של תדרים גבוהים יותר. כמה צורות של אנטנות צמצם (אנטנות קרן פירמידליות, חרוטיות ומלבניות) מוצגות באיור 4. סוג זה של אנטנה שימושי מאוד עבור יישומי מטוסים וחלליות מכיוון שניתן להרכיב אותן בצורה נוחה מאוד על המעטפת החיצונית של המטוס או החללית. בנוסף, ניתן לכסות אותם בשכבה של חומר דיאלקטרי כדי להגן עליהם מפני סביבות קשות.
איור 4
3. אנטנת Microstrip
אנטנות Microstrip הפכו פופולריות מאוד בשנות ה-70, בעיקר ליישומי לווין. האנטנה מורכבת ממצע דיאלקטרי ותיקון מתכת. תיקון המתכת יכול להיות בעל צורות רבות ושונות, ואנטנת התיקון המלבנית המוצגת באיור 5 היא הנפוצה ביותר. אנטנות Microstrip בעלות פרופיל נמוך, מתאימות למשטחים מישוריים ולא מישוריים, פשוטות וזולות לייצור, בעלות חוסן גבוה כשהן מותקנות על משטחים קשיחים, והן תואמות לעיצובי MMIC. ניתן להרכיב אותם על פני השטח של מטוסים, חלליות, לוויינים, טילים, מכוניות ואפילו מכשירים ניידים וניתן לעצב אותם בצורה מותאמת.
איור 5
4. אנטנת מערך
ייתכן שמאפייני הקרינה הנדרשים על ידי יישומים רבים לא יושגו על ידי אלמנט אנטנה בודד. מערכי אנטנות יכולים ליצור את הקרינה מהאלמנטים מסונתזים כדי לייצר קרינה מקסימלית בכיוון אחד או יותר, דוגמה טיפוסית מוצגת באיור 6.
איור 6
5. אנטנת רפלקטור
הצלחת חקר החלל הובילה גם להתפתחות המהירה של תורת האנטנות. בשל הצורך בתקשורת למרחקים ארוכים במיוחד, יש להשתמש באנטנות בעלות עוצמה גבוהה ביותר לשידור וקליטת אותות במרחק של מיליוני קילומטרים. ביישום זה, צורת אנטנה נפוצה היא האנטנה הפרבולית המוצגת באיור 7. לסוג זה של אנטנה קוטר של 305 מטר או יותר, וגודל כה גדול הוא הכרחי כדי להשיג את ההגבר הגבוה הנדרש לשידור או לקליטת אותות של מיליוני קילומטרים משם. צורה נוספת של רפלקטור היא רפלקטור פינתי, כפי שמוצג באיור 7 (ג).
איור 7
6. אנטנות עדשה
עדשות משמשות בעיקר לאיסוף אנרגיה מפוזרת על מנת למנוע ממנה להתפשט לכיווני קרינה לא רצויים. על ידי שינוי מתאים של הגיאומטריה של העדשה ובחירת החומר הנכון, הם יכולים להמיר צורות שונות של אנרגיה מתפצלת לגלים מישוריים. הם יכולים לשמש ברוב היישומים כמו אנטנות מחזירי אור פרבוליים, במיוחד בתדרים גבוהים יותר, וגודלם ומשקלם הופכים גדולים מאוד בתדרים נמוכים יותר. אנטנות עדשות מסווגות לפי חומרי הבנייה או הצורות הגיאומטריות שלהן, שחלקן מוצגות באיור 8.
איור 8
למידע נוסף על אנטנות, בקר בכתובת:
זמן פרסום: 19 ביולי 2024
