In dit moderne tijdperk van draadloze communicatie , tonen veel ingenieurs interesse om zich te specialiseren in communicatiegebieden, maar dit vereist basiskennis van fundamentele communicatieconcepten zoals soorten antennes, elektromagnetische straling en verschillende verschijnselen die verband houden met voortplanting, enz. In het geval van draadloze communicatiesystemen spelen antennes een prominente rol rol aangezien zij de elektronische signalen efficiënt in elektromagnetische golven omzetten.

Soorten antennes

Antennes zijn basiscomponenten van elk electronisch circuit omdat ze verbindende verbindingen bieden tussen zender en vrije ruimte of tussen vrije ruimte en ontvanger. Voordat we het hebben over antennetypen, zijn er enkele eigenschappen die moeten worden begrepen. Afgezien van deze eigenschappen, behandelen we ook in detail de verschillende soorten antennes die in communicatiesystemen worden gebruikt.

Eigenschappen van antennes

Antenneversterking
Opening
Directiviteit en bandbreedte
Polarisatie
Effectieve lengte
Polair diagram

Antenneversterking: De parameter die de mate van gerichtheid van het radiale patroon van de antenne meet, staat bekend als versterking. Een antenne met een hogere versterking is effectiever in zijn stralingspatroon. Antennes zijn zo ontworpen dat het vermogen in de gewenste richting stijgt en in ongewenste richtingen afneemt.

G = (vermogen uitgestraald door een antenne) / (vermogen uitgestraald door refernce antenne)

Opening: Dit diafragma staat ook bekend als het effectieve diafragma van de antenne die actief deelnemen aan de transmissie en ontvangst van elektromagnetische golven. Het vermogen dat door de antenne wordt ontvangen, wordt geassocieerd met het collectieve gebied. Dit verzamelde gebied van een antenne staat bekend als effectief diafragma.

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

Directiviteit en bandbreedte: De richtlijn van een antenne wordt gedefinieerd als de maat van geconcentreerde vermogensstraling in een bepaalde richting. Het kan worden beschouwd als het vermogen van een antenne om uitgestraald vermogen in een bepaalde richting te richten. Het kan ook worden genoteerd als de verhouding van de stralingsintensiteit in een bepaalde richting tot de gemiddelde stralingsintensiteit. Bandbreedte is een van de gewenste parameters om een antenne te kiezen. Het kan worden gedefinieerd als het frequentiebereik waarover een antenne op de juiste manier energie kan uitstralen en energie kan ontvangen.

Polarisatie: Een elektromagnetische golf die vanaf een antenne wordt gelanceerd, kan verticaal en horizontaal gepolariseerd zijn. Als de golf in verticale richting gepolariseerd raakt, is de E-vector verticaal en is een verticale antenne vereist. Als vector E horizontaal staat, heeft hij een horizontale antenne nodig om hem te lanceren. Soms wordt circulaire polarisatie gebruikt, het is een combinatie van zowel horizontale als verticale manieren.

Effectieve lengte: De effectieve lengte is de parameter van antennes die de efficiëntie van de antennes bij het verzenden en ontvangen van elektromagnetische golven kenmerkt. De effectieve lengte kan worden gedefinieerd voor zowel zendende als ontvangende antennes. De verhouding van EMF aan de ingang van de ontvanger tot de intensiteit van het elektrische veld dat op de antenne optreedt, staat bekend als de effectieve lengte van de ontvangers. De effectieve lengte van de zender kan worden gedefinieerd als de lengte van de vrije ruimte in de geleider, en de stroomverdeling over de lengte genereert dezelfde veldsterkte in elke stralingsrichting.

Effectieve lengte = (gebied onder niet-uniforme stroomverdeling) / (gebied onder uniforme stroomverdeling)

Polair diagram: De belangrijkste eigenschap van een antenne is het stralingspatroon of polair diagram. In het geval van een zendantenne is dit een grafiek die de sterkte van het vermogensveld bespreekt dat door de antenne in verschillende hoekrichtingen wordt uitgestraald, zoals weergegeven in de onderstaande grafiek. Een plot kan ook worden verkregen voor zowel verticale als horizontale vlakken - en het wordt ook genoemd als respectievelijk verticale en horizontale patronen.

Tot nu toe hebben we de eigenschappen van antennes behandeld, en nu zullen we het hebben over verschillende soorten antennes die voor verschillende toepassingen worden gebruikt.

Soorten antennes

Log periodieke antennes

Vlinderdas antennes
Log-periodieke dipool-array

Draadantennes

Korte dipoolantenne
Dipoolantenne
Monopole antenne
Loop-antenne

Reizende golfantennes

Spiraalvormige antennes
Yagi-Uda-antennes

Magnetron antennes

Rechthoekige microstripantennes
Planar Inverted-F-antennes

Reflector antennes

Hoekreflector
Parabolische reflector

1. Log-periodieke antennes

Log periodieke antenne

Een log-periodieke antenne wordt ook wel een log-periodieke array genoemd. Het is een multi-element, directionele antenne met smalle bundel die werkt op een breed scala aan frequenties. Deze antenne is gemaakt van een reeks dipolen die langs de antenne-as zijn geplaatst met verschillende tijdsintervallen, gevolgd door een logaritmische functie van frequentie. Log-periodieke antenne wordt gebruikt in een breed scala aan toepassingen waar variabele bandbreedte vereist is, samen met antenneversterking en richtingsgevoeligheid.

Bow-Tie-antennes

Vlinderdas antenne

Een vlinderdasantenne is ook bekend als biconische antenne of vlinderantenne. Biconische antenne is een omnidirectionele breedbandantenne. Afhankelijk van de grootte van deze antenne heeft deze een laagfrequente respons en werkt het als een hoogdoorlaatfilter. Naarmate de frequentie naar hogere limieten gaat, weg van de ontwerpfrequentie, wordt het stralingspatroon van de antenne vervormd en verspreidt het zich.

De meeste vlinderdasantennes zijn derivaten van biconische antennes. De discone is een soort half-biconische antenne. De vlinderdasantenne is een vlakke en daarom richtbare antenne.

Log-periodieke dipool-array

Log periodieke dipoolantenne

Het meest voorkomende type antenne dat wordt gebruikt in draadloze communicatietechnologie is een log-periodieke dipoolarray die fundamenteel een aantal dipoolelementen omvat. Deze dipool-array-antennes worden kleiner van de achterkant naar de voorkant. De voorste straal van deze RF-antenne komt van de kleinere voorkant.

Het element aan de achterkant van de array is groot van formaat en de halve golflengte werkt in een laagfrequent bereik. De afstand tussen het element wordt verkleind naar het vooreinde van de reeks waarin de kleinste reeksen worden geplaatst. Tijdens deze bewerking vindt, naarmate de frequentie varieert, een soepele overgang plaats langs de reeks elementen, wat leidt tot het vormen van een actief gebied.

2. Draadantennes

Draadantenne

Draadantennes worden ook wel lineaire of gebogen antennes genoemd. Deze antennes zijn zeer eenvoudig, goedkoop en worden in een groot aantal toepassingen gebruikt. Deze antennes zijn verder onderverdeeld in vier, zoals hieronder wordt uitgelegd.

Dipoolantenne

Een dipoolantenne is een van de meest eenvoudige antenne-uitlijningen. Deze dipoolantenne bestaat uit twee dunne metalen staafjes met daartussen een sinusvormig spanningsverschil. De lengte van de staafjes is zo gekozen dat ze een kwartlengte van de golflengte hebben bij operationele frequenties. Deze antennes worden gebruikt bij het ontwerpen van hun eigen antennes of andere antennes. Ze zijn heel eenvoudig te construeren en te gebruiken.

Dipoolantenne

De dipoolantenne bestaat uit twee metalen staven waar stroom en frequentie doorheen stromen. Deze stroom- en spanningsstroom veroorzaakt een elektromagnetische golf en de radiosignalen worden uitgestraald. De antenne bestaat uit een stralend element dat de staven splitst en de stroom door het midden laat stromen door een feeder bij de zender te gebruiken die uit de ontvanger komt.De verschillende soorten dipoolantennes worden gebruikt als RF-antennes omvatten halve golf, meervoudig, gevouwen, niet-resonerend, enzovoort.

Antenne met korte dipool:

“hoe werken lcd-tv's? ”

Korte dipoolantenne

Het is de eenvoudigste van alle soorten antennes. Deze antenne is een draad met een open circuit waarin kortsluiting staat voor 'ten opzichte van een golflengte', dus deze antenne geeft prioriteit aan de grootte van de draad ten opzichte van de golflengte van de werkingsfrequentie. Er wordt wel rekening gehouden met de absolute grootte van de dipoolantenne. De korte dipoolantenne bestaat uit twee co-lineaire geleiders die tegen elkaar zijn geplaatst, met een kleine opening tussen de geleiders door een feeder. Een dipool wordt als kort beschouwd als de lengte van het stralende element minder dan een tiende van de golflengte is.

L.<λ/10

De korte dipoolantenne is gemaakt van twee co-lineaire geleiders die tegen elkaar zijn geplaatst, met een kleine opening tussen de geleiders door een feeder.

De korte dipoolantenne is niet vaak bevredigend vanuit het oogpunt van efficiëntie, omdat het meeste vermogen dat deze antenne binnenkomt wordt gedissipeerd omdat warmte- en weerstandsverliezen ook geleidelijk hoog worden.

Monopole antenne

Een monopoolantenne is de helft van een eenvoudige dipoolantenne die zich boven een geaard vlak bevindt, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Het stralingspatroon boven het geaarde vlak zal hetzelfde zijn als bij de halfgolf dipoolantenne, maar het totale uitgestraalde vermogen is de helft van dat van een dipool, het veld wordt alleen in het bovenste halfrond uitgestraald. De richtingsgevoeligheid van deze antennes wordt dubbel vergeleken met de dipoolantennes.

De monopoolantennes worden ook gebruikt als antennes voor voertuigmontage, aangezien ze het vereiste aardingsvlak leveren voor de antennes die boven de aarde zijn gemonteerd.

Loop-antenne

Loop-antenne

Lusantennes hebben dezelfde kenmerken als dipool- en monopoolantennes, omdat ze eenvoudig en gemakkelijk te construeren zijn. Lusantennes zijn verkrijgbaar in verschillende vormen, zoals rond, elliptisch, rechthoekig, enz. De fundamentele kenmerken van de lusantenne zijn onafhankelijk van de vorm. Ze worden veel gebruikt in communicatieverbindingen met een frequentie van ongeveer 3 GHz. Deze antennes kunnen ook worden gebruikt als sondes voor elektromagnetische velden in de microgolfbanden.

De omtrek van de raamantenne bepaalt de efficiëntie van de antenne en is vergelijkbaar met die van dipool- en monopoolantennes. Deze antennes worden verder onderverdeeld in twee typen: elektrisch klein en elektrisch groot op basis van de omtrek van de lus.

Elektrisch kleine lusantenne ———> Omtrek≤λ⁄10

Elektrisch grote raamantenne ———> Omtrek ≈λ

Elektrisch kleine lussen van een enkele omwenteling hebben een lage stralingsweerstand vergeleken met hun verliesweerstand. De stralingsweerstand van kleine lusantennes kan worden verbeterd door meer beurten toe te voegen. Multi-turn lussen hebben een betere stralingsweerstand, zelfs als ze minder efficiënt zijn.

Kleine lusantenne

Hierdoor wordt de kleine lusantenne meestal gebruikt als ontvangstantennes waar verliezen niet verplicht zijn. Kleine lussen worden niet gebruikt als zendantennes vanwege hun lage rendement.

Resonante lusantennes zijn relatief groot en worden gestuurd door de werking van golflengten. Ze staan ook bekend als grote lusantennes omdat ze worden gebruikt bij hogere frequenties, zoals VHF en UHF, waarbij hun grootte handig is. Ze kunnen worden gezien als een gevouwen dipoolantenne en worden vervormd tot verschillende vormen, zoals bolvormig, vierkant, enz., En hebben vergelijkbare kenmerken, zoals een hoge stralingsefficiëntie.

3. Reizende golfantennes

Spiraalvormige antennes

Spiraalvormige antennes zijn ook bekend als helixantennes. Ze hebben relatief eenvoudige structuren met een, twee of meer draden die elk zijn gewikkeld om een helix te vormen, meestal ondersteund door een grondvlak of gevormde reflector en aangedreven door een geschikte voeding. Het meest voorkomende ontwerp is een enkele draad die wordt ondersteund door de grond en wordt gevoed met een coaxiale lijn.

In het algemeen worden de stralingseigenschappen van een spiraalvormige antenne geassocieerd met deze specificatie: de elektrische afmeting van de structuur, waarbij de ingangsimpedantie gevoeliger is voor de steek en draadafmeting.

Spiraalvormige antenne

Spiraalvormige antennes hebben twee overheersende stralingsmodi: de normale modus en de axiale modus. De axiale modus wordt gebruikt in een breed scala aan toepassingen. In de normale modus zijn de afmetingen van de helix klein in vergelijking met zijn golflengte. Deze antenne fungeert als de korte dipool- of monopoolantenne. In de axiale modus zijn de afmetingen van de helix hetzelfde in vergelijking met zijn golflengte. Deze antenne werkt als richtantenne.

Yagi-Uda-antenne

Yagi-Uda-antenne

Een andere antenne die gebruik maakt van passieve elementen is de Yagi-Uda-antenne Dit type antenne is goedkoop en effectief. Het kan worden geconstrueerd met een of meer reflectorelementen en een of meer richtelementen. Yagi-antennes kunnen worden gemaakt met behulp van een antenne met één reflector, een aangedreven actief element met gevouwen dipool en richters, gemonteerd voor horizontale polarisatie in voorwaartse richting.

“si eenheid van elektrisch veld ”

4. Magnetronantennes

De antennes die werken op microgolffrequenties staan bekend als magnetron antennes Deze antennes worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen.

Rechthoekige microstripantennes

Rechthoekige microstripantennes

Voor ruimtevaartuigen of vliegtuigtoepassingen - gebaseerd op de specificaties zoals grootte, gewicht, kosten, prestaties, installatiegemak, enz. - hebben laagprofielantennes de voorkeur. Deze antennes staan bekend als rechthoekige microstrip-antennes of patchantennes, ze hebben alleen ruimte nodig voor de toevoerleiding die normaal achter het grondvlak wordt geplaatst. Het grootste nadeel van het gebruik van deze antennes is hun inefficiënte en zeer smalle bandbreedte, die typisch een fractie van een procent of hooguit een paar procent is.

Planar Inverted-F-antennes

Een Planar Inverted-F-antenne kan worden beschouwd als een type lineaire Inverted F-antenne (IFA) waarbij het draaduitstralende element wordt vervangen door een plaat om de bandbreedte te vergroten. Het voordeel van deze antennes is dat ze in de behuizing van de mobiel kunnen worden verborgen in vergelijking met verschillende soorten antennes zoals een zweep-, staaf- of spiraalantennes, enz. Het andere voordeel is dat ze de achterwaartse straling naar de bovenkant van de antenne door vermogen te absorberen, wat de efficiëntie verhoogt. Ze bieden een hoge winst in zowel horizontale als verticale staten. Deze functie is het belangrijkst voor alle soorten antennes die worden gebruikt in draadloze communicatie.

5. Reflectorantennes

Hoekreflectorantenne

Hoekreflectorantenne

De antenne die een of meer dipoolelementen bevat die voor een hoekreflector zijn geplaatst, wordt ook wel een hoekreflectorantenne genoemd. De richtingsgevoeligheid van elke antenne kan worden vergroot door reflectoren te gebruiken. Bij een draadantenne wordt achter de antenne een geleidende plaat gebruikt om de straling in voorwaartse richting te richten.

Parabolische reflectorantenne

Het stralingsoppervlak van een parabolische antenne heeft in vergelijking met zijn golflengte zeer grote afmetingen. De geometrische optica, die afhankelijk is van stralen en golffronten, wordt gebruikt om bepaalde kenmerken van deze antennes te kennen. Bepaalde belangrijke eigenschappen van deze antennes kunnen worden bestudeerd met behulp van stralingsoptica, en van andere antennes met behulp van elektromagnetische veldtheorie.

Parabolische antenne

Een van de nuttige eigenschappen van deze antenne is de omzetting van een divergerend bolvormig golffront in een parallel golffront dat een smalle bundel van de antenne produceert. De verschillende soorten voedingen die deze parabolische reflector gebruiken, zijn onder meer hoornvoeders, cartesiaanse voedingen en dipoolvoeding.

In dit artikel hebt u de verschillende soorten antennes en hun toepassingen in draadloze communicatie en het gebruik van antennes bij het verzenden en ontvangen van gegevens bestudeerd. Neem voor hulp met betrekking tot dit artikel contact met ons op door in de commentaarsectie hieronder te reageren.

foto Credits: