En aquesta era moderna de comunicació sense fils Molts enginyers mostren interès per especialitzar-se en els camps de la comunicació, però això requereix un coneixement bàsic de conceptes fonamentals de comunicació, com ara tipus d'antenes, radiació electromagnètica i diversos fenòmens relacionats amb la propagació, etc. paper que converteixen els senyals electrònics en ones electromagnètiques de manera eficient.

Tipus d'antenes

Les antenes són components bàsics de qualsevol circuit elèctric ja que proporcionen enllaços d'interconnexió entre el transmissor i l'espai lliure o entre l'espai lliure i el receptor. Abans de discutir sobre els tipus d’antenes, hi ha algunes propietats que cal entendre. A part d’aquestes propietats, també tractem detalladament diferents tipus d’antenes utilitzades en el sistema de comunicació.

Propietats de les antenes

Guany d'antena
Obertura
Directivitat i amplada de banda
Polarització
Durada efectiva
Diagrama polar

Guany de l'antena: El paràmetre que mesura el grau de directivitat del patró radial de l’antena es coneix com a guany. Una antena amb un guany més alt és més eficaç en el seu patró de radiació. Les antenes estan dissenyades de manera que la potència augmenta en la direcció desitjada i disminueix en les direccions no desitjades.

G = (potència radiada per una antena) / (potència radiada per una antena de referència)

Obertura: Aquesta obertura també es coneix com l'obertura efectiva de l'antena que participa activament en la transmissió i recepció d'ones electromagnètiques. La potència rebuda per l'antena s'associa a l'àrea col·lectiva. Aquesta zona recollida d'una antena es coneix com a obertura efectiva.

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

Directivitat i amplada de banda: La directiva d’una antena es defineix com la mesura de la radiació de potència concentrada en una direcció particular. Es pot considerar com la capacitat d'una antena per dirigir la potència radiada en una direcció determinada. També es pot assenyalar com la proporció de la intensitat de la radiació en una direcció determinada amb la intensitat mitjana de la radiació. L’amplada de banda és un dels paràmetres desitjats per triar una antena. Es pot definir com el rang de freqüències sobre les quals una antena pot irradiar adequadament energia i rebre energia.

Polarització: Una ona electromagnètica llançada des d'una antena pot polaritzar-se verticalment i horitzontalment. Si l’ona es polaritza en la direcció vertical, el vector E és vertical i requereix una antena vertical. Si el vector E és horitzontal, necessita una antena horitzontal per llançar-lo. De vegades, s’utilitza la polarització circular, és una combinació de maneres tant horitzontals com verticals.

Durada efectiva: La longitud efectiva és el paràmetre de les antenes que caracteritza l’eficiència de les antenes en la transmissió i recepció d’ones electromagnètiques. Es pot definir una longitud efectiva tant per a les antenes transmissores com per a les receptores. La proporció de CEM a l’entrada del receptor i la intensitat del camp elèctric ocorreguda a l’antena es coneix com a longitud efectiva dels receptors. La longitud efectiva del transmissor es pot definir com la longitud de l'espai lliure en el conductor, i la distribució de corrent a través de la seva longitud genera la mateixa intensitat de camp en qualsevol direcció de radiació.

Longitud efectiva = (Àrea sota distrbució de corrent no uniforme) / (Àrea sota distribució de corrent uniforme)

Diagrama polar: La propietat més significativa d’una antena és el seu patró de radiació o el seu diagrama polar. En el cas d'una antena transmissora, es tracta d'un diagrama que discuteix sobre la força del camp de potència irradiat per l'antena en diverses direccions angulars tal com es mostra a la gràfica següent. També es pot obtenir un gràfic per a plans verticals i horitzontals, i també es denomina patrons verticals i horitzontals, respectivament.

Fins ara hem cobert les propietats de les antenes i ara parlarem de diferents tipus d’antenes que s’utilitzen per a diferents aplicacions.

Tipus d'antenes

Registre d'antenes periòdiques

Antenes de llaç
Matriu de dipols periòdics de registre

Antenes de filferro

Antena Dipol curta
Antena Dipol
Antena monopol
Antena de bucle

Antenes d'ona itinerants

Antenes helicoïdals
Antenes Yagi-Uda

Antenes de microones

Antenes de cinta micro rectangular
Antenes planes-F invertides

Antenes reflectores

Reflector de cantonada
Reflector parabòlic

1. Antenes periòdiques de registre

Antena periòdica de registre

Una antena periòdica de registre també es denomina matriu periòdica de registre. És una antena de feix estret direccional amb múltiples elements que funciona en una àmplia gamma de freqüències. Aquesta antena està formada per una sèrie de dipols situats al llarg de l'eix de l'antena a diferents intervals de temps espacials seguits d'una funció logarítmica de freqüència. L'antena periòdica de registre s'utilitza en una àmplia gamma d'aplicacions on es requereix un ample de banda variable juntament amb el guany i la directivitat de l'antena.

Antenes de llaç

Antena de llaç

Una antena de llaç també es coneix com a antena bicònica o antena papallona. L’antena bicònica és una antena de banda ampla omnidireccional. Segons la mida d'aquesta antena, té resposta de baixa freqüència i actua com a filtre de pas alt. A mesura que la freqüència va a límits més alts, lluny de la freqüència de disseny, el patró de radiació de l'antena es distorsiona i s'estén.

La majoria de les antenes de llaç són derivats d’antenes bicòniques. El disc és com un tipus d'antena mig bicònica. L’antena de llaç és plana i, per tant, és antena direccional.

Matriu de dipols periòdics de registre

Registre periòdic d'antena dipol

El tipus d'antena més comú que s'utilitza a tecnologia de comunicacions sense fils és una matriu de dipols de registre periòdic que comprèn fonamentalment una sèrie d'elements dipols. Aquestes antenes dipol-array redueixen la seva mida des de l'extrem posterior fins al frontal. El feix principal d’aquesta antena de RF prové de la part frontal més petita.

L'element situat a l'extrem posterior de la matriu és de mida gran i la longitud de ona mitjana funciona en un rang de freqüència baixa. L'espai de l'element es redueix cap a l'extrem frontal de la matriu on es col·loquen les matrius més petites. Durant aquesta operació, a mesura que la freqüència varia, es produeix una transició suau al llarg de la matriu dels elements, que condueix a formar una regió activa.

2. Antenes de filferro

Antena de filferro

Les antenes de cable també es coneixen com a antenes lineals o corbes. Aquestes antenes són molt senzilles, barates i s’utilitzen en una àmplia gamma d’aplicacions. Aquestes antenes se subdivideixen en quatre, tal com s’explica a continuació.

Antena Dipol

Una antena dipol és una de les alineacions d’antena més senzilles. Aquesta antena dipol està formada per dues fines barres metàl·liques amb una diferència de tensió sinusoidal entre elles. La longitud de les barres s’escull de manera que tinguin un quart de longitud de longitud d’ona a freqüències operatives. Aquestes antenes s’utilitzen per dissenyar les seves pròpies antenes o altres antenes. Són molt senzills de construir i utilitzar.

Antena Dipol

L’antena dipol està formada per dues barres metàl·liques per les quals circulen el corrent i la freqüència. Aquest flux de corrent i tensió produeix una ona electromagnètica i els senyals de ràdio s’irradien. L’antena consisteix en un element radiant que divideix les barres i fa que el corrent flueixi pel centre mitjançant un alimentador al transmissor que surt del receptor. Els diferents tipus d’antenes dipols que s’utilitzen com a Antenes RF inclouen mitja ona, múltiples, plegades, no ressonants, etc.

Antena de dipol curt:

“pinout de visualització de 7 segments d'ànode comú ”

Antena Dipol curta

És la més simple de tots els tipus d’antenes. Aquesta antena és un cable de circuit obert en el qual el curt indica 'en relació amb una longitud d'ona', de manera que aquesta antena dóna prioritat a la mida del cable en relació amb la longitud d'ona de la freqüència d'operació. Té en compte la mida absoluta de l'antena dipol. L'antena dipolar curta està formada per dos conductors co-lineals que es col·loquen de punta a punta, amb un petit espai entre els conductors mitjançant un alimentador. Un dipol es considera curt si la longitud de l’element radiant és inferior a una dècima de la longitud d’ona.

L<λ/10

L'antena dipolar curta està formada per dos conductors co-lineals que es col·loquen de punta a punta, amb un petit espai entre els conductors mitjançant un alimentador.

L’antena dipolar curta és poc freqüentment satisfactòria des del punt de vista de l’eficiència, ja que la major part de la potència que entra a aquesta antena es dissipa a mesura que la pèrdua de calor i resistència també augmenta gradualment.

Antena monopol

Una antena monopolar és la meitat d'una antena dipolar simple situada sobre un pla de terra, tal com es mostra a la figura següent.

El patró de radiació per sobre del pla a terra serà el mateix que l'antena dipolar de mitja ona, però, la potència total irradiada és la meitat que la d'un dipol que el camp es radia només a la regió de l'hemisferi superior. La directivitat d’aquestes antenes es duplica en comparació amb les antenes dipolars.

Les antenes monopolals també s’utilitzen com a antenes muntades en vehicles, ja que proporcionen el pla de terra requerit per a les antenes muntades sobre la terra.

Antena de bucle

Antena de bucle

Les antenes de bucle comparteixen característiques similars amb les antenes dipol i monopol perquè són senzilles i fàcils de construir. Les antenes de bucle estan disponibles en diferents formes, com ara circulars, el·líptiques, rectangulars, etc. Les característiques fonamentals de l'antena de bucle són independents de la seva forma. S’utilitzen àmpliament en enllaços de comunicació amb una freqüència d’uns 3 GHz. Aquestes antenes també es poden utilitzar com a sondes de camp electromagnètic a les bandes de microones.

La circumferència de l'antena de bucle determina l'eficiència de l'antena com a similar a la de les antenes dipol i monopol. Aquestes antenes es classifiquen a més en dos tipus: elèctricament petites i elèctricament grans segons la circumferència del bucle.

Antena de bucle elèctricament petita ———> Circumference≤λ⁄10

Antena de bucle elèctricament gran ———> Circumferència≈λ

Els bucles elèctricament petits d’un sol gir tenen una resistència a la radiació petita en comparació amb la seva resistència a la pèrdua. La resistència a la radiació de les antenes de bucle petit es pot millorar afegint més girs. Els bucles multigir tenen una millor resistència a la radiació encara que tinguin menys eficiència.

Antena de bucle petit

A causa d'això, les antenes de bucle petit s'utilitzen principalment com a antenes receptores on les pèrdues no són obligatòries. Els bucles petits no s’utilitzen com a antenes transmissores a causa de la seva baixa eficiència.

Les antenes de bucle ressonant són relativament grans i estan dirigides pel funcionament de la longitud d’ona. També es coneixen com antenes de bucle gran ja que s’utilitzen a freqüències més altes, com ara VHF i UHF, en què la seva mida és convenient. Es poden veure com a antenes dipol plegades i deformar-se en diferents formes com esfèriques, quadrades, etc., i tenen característiques similars, com ara una alta eficiència de radiació.

3. Antenes d'ona itinerants

Antenes helicoïdals

Les antenes helicoïdals també es coneixen com a antenes helicoïdals. Tenen estructures relativament simples amb un, dos o més cables cada ferida per formar una hèlix, normalment recolzada per un pla terrestre o reflector en forma i impulsada per una alimentació adequada. El disseny més comú és un cable únic recolzat per terra i alimentat amb una línia coaxial.

En general, les propietats de radiació d’una antena helicoïdal s’associen a aquesta especificació: la mida elèctrica de l’estructura, en què la impedància d’entrada és més sensible al pas i la mida del cable.

Antena helicoïdal

Les antenes helicoïdals tenen dos modes de radiació predominants: el mode normal i el mode axial. El mode axial s'utilitza en una àmplia gamma d'aplicacions. En el mode normal, les dimensions de l’hèlix són petites en comparació amb la seva longitud d’ona. Aquesta antena actua com l’antena dipol curta o monopol. En el mode axial, les dimensions de l’hèlix són les mateixes en comparació amb la seva longitud d’ona. Aquesta antena funciona com a antena direccional.

Antena Yagi-Uda

Antena Yagi-Uda

Una altra antena que fa ús d'elements passius és la Antena Yagi-Uda . Aquest tipus d’antena és econòmica i eficaç. Es pot construir amb un o més elements reflectors i un o més elements director. Les antenes Yagi es poden fabricar utilitzant una antena amb un reflector, un element actiu de dipol plegat impulsat i directoris, muntats per a la polarització horitzontal en la direcció cap endavant.

“com fer una estació de ràdio FM a casa ”

4. Antenes de microones

Les antenes que funcionen a freqüències de microones es coneixen com antenes de microones . Aquestes antenes s'utilitzen en una àmplia gamma d'aplicacions.

Antenes de cinta micro rectangular

Antenes de cinta micro rectangular

Per a aplicacions de naus espacials o aeronaus (basades en especificacions com ara mida, pes, cost, rendiment, facilitat d’instal·lació, etc.), es prefereixen antenes de perfil baix. Aquestes antenes es coneixen com a antenes de microstrip rectangulars o antenes de connexió que només requereixen espai per a la línia d'alimentació que normalment es col·loca darrere del pla de terra. El principal desavantatge de l’ús d’aquestes antenes és el seu ample de banda ineficient i molt estret, que sol ser una fracció de percentatge o, com a màxim, un poc per cent.

Antenes planes-F invertides

Una antena F plana invertida es pot considerar com un tipus d'antena lineal F invertida (IFA) en què l'element radiant de filferro és substituït per una placa per augmentar l'amplada de banda. L’avantatge d’aquestes antenes és que es poden amagar a la carcassa del mòbil en comparació amb diferents tipus d’antenes, com ara un fuet, varetes o antenes helicoïdals, etc. L’altre avantatge és que poden reduir la radiació cap enrere cap a la part superior de l’antena absorbint el poder, cosa que millora l’eficiència. Proporcionen elevats guanys tant en estats horitzontals com verticals. Aquesta característica és molt important per a qualsevol tipus d'antena que s'utilitzi en comunicacions sense fils.

5. Antenes reflectores

Antena reflectora de cantonada

Antena reflectora de cantonada

L'antena que comprèn un o més elements dipol situats davant d'un reflector de cantonada, es coneix com a antena de reflector de cantonada. La directivitat de qualsevol antena es pot augmentar mitjançant l'ús de reflectors. En el cas d’una antena de filferro, s’utilitza una làmina conductora darrere de l’antena per dirigir la radiació en direcció cap endavant.

Antena parabòlica-reflectora

La superfície radiant d’una antena parabòlica té unes dimensions molt grans en comparació amb la seva longitud d’ona. L'òptica geomètrica, que depèn dels rajos i dels fronts d'ona, s'utilitza per conèixer algunes característiques d'aquestes antenes. Es poden estudiar certes propietats importants d'aquestes antenes mitjançant l'ús de l'òptica de raigs i d'altres antenes mitjançant la teoria del camp electromagnètic.

Antena parabòlica

Una de les propietats útils d'aquesta antena és la conversió d'un front d'ona esfèric divergent en front d'ona paral·lel que produeix un feix estret de l'antena. Entre els diversos tipus d’aliments que utilitzen aquest reflector parabòlic s’inclouen els pins per a banya, els pinsos cartesians i els dipols.

En aquest article, heu estudiat els diferents tipus d’antenes i les seves aplicacions en comunicacions sense fils i l’ús de les antenes en la transmissió i recepció de dades. Per obtenir ajuda relacionada amb aquest article, poseu-vos en contacte amb nosaltres fent comentaris a la secció de comentaris de sota.

Crèdits de la foto: