Godina izdanja: Ostalo
ISBN: Ostalo
Oblast: Elektrotehnika
Jezik: Srpski
Autor: Strani

odlično


Antene / Karl Rothamel ; prevela sa nemačkog Miroslava Perić. -
Beograd : Vojnoizdavački zavod : Naučna knjiga, 1983. (Beograd : Vojna štamparija). -
Materijalni opis
602 str. : ilustr. ; 24 cm. -

Prijevod djela: Antennenbuch / Karl Rothammel.
Bibliografija: str. 588-589..
Knjiga je namijenjena radio-amaterima i svima ostalima koje zanima problematika radio-veza.
Mnoštvo primjera, uputa za projektiranje i izgradnju.

Antena (lat. antenna: jedreni krst) elektronska je komponenta koja je dizajnirana da šalje ili prima radio talase. Specifičnije, antena je aranžman vođica dizajniranih da zrači (prenosi) elektromagnetsko polje kao odgovor na primijenjenu izmjeničnu elektromotornu snagu i povezanom naizmjeničnom strujom.[1] Ako se stavi antena u elektromagnetsko polje, ona proizvodi naizmenični napon (prijem) kao odgovor na ovo polje.[2] U procesu njihove gradnje i ispitivanja, koriste se tzv. gluve sobe.

Antena je aktivni ili pasivni elektromagnetski uređaj ili deo koji u sklopu s nekim elektroničkim uređajima (na primer radijskim ili radarskim odašiljačima i prijemnicima) pretvara elektromagnetsku energiju, vezanu uz vodove ili talasovode, u prostorni elektromagnetski talas ili obratno. To se delotvorno postiže samo u određenom frekvencijskom području za koje je antena namenjena, te se s tim u vezi antene mogu podeliti na rezonantne ili uskopojasne i aperiodske ili širokopojasne. Oblik i izvedba antene zavisi od energije kojom se pobuđuje, a posebno od talasne dužine za koju je projektirana.[3] Odašiljačka antena pretvara jednodimenzionalni talas iz prenosne strukture (koaksijalne linije ili talasovoda) u trodimenzionalni prostorni talas, usmeravajući pri tome energiju u željenom smeru. Prijemna antena prima elektromagnetsku energiju zavisno od jačine polja koje dolazi do antene.

Prve antene izgradio je 1888. nemački fizičar Hajnrih Herc u svojim pionirskim eksperimentima da dokaže postojanje talasa predviđenih elektromagnetnom teorijom Džejmsa Klerka Maksvela. Herc je postavio dipolne antene u žarišnu tačku paraboličkih reflektora za prenos i za prijem.[4] Počevši od 1895. Guljelmo Markoni je započeo razvoj antena praktičnih za bežičnu telegrafiju na daljinu, za šta je dobio Nobelovu nagradu.[5]

Terminologija

Elektronski simbol za antenu
Poreklo reči antena u kontekstu bežičnog aparata pripisuje se italijanskom radio pioniru Guljelmu Markoniju. U leto 1895. Markoni je počeo da testira svoj bežični sistem na otvorenom na očevom imanju u blizini Bolonje i ubrzo je počeo da eksperimentiše sa dugačkim žičanim „antenama“ okačenim na stub.[5] Na italijanskom je stub za šator poznat kao l`antenna centrale, a stub sa žicom se jednostavno zvao l`antenna. Do tada bežični zračeći elementi za prenos i prijem bili su poznati jednostavno kao „terminali”. Zbog njegove prominentnosti, Markonijeva upotreba reči antena se proširila među istraživačima i entuzijastima bežične mreže, a kasnije i u široj javnosti.[6][7][8]

Antena se može u širem smislu odnositi na ceo sklop uključujući potpornu strukturu, kućište (ako postoji) itd, pored stvarnih komponenti koje nose RF struju. Prijemna antena može da sadrži ne samo pasivne metalne prijemne elemente, već i integrisano pretpojačalo ili mikser, posebno na i iznad mikrotalasnih frekvencija.

Pregled

Antene velikog milimetarskog/submilimetarskog niza Atakama[9]
Antene su potrebne svakom radio prijemniku ili predajniku da spoje svoju električnu vezu sa elektromagnetnim poljem.[10] Radio talasi su elektromagnetni talasi koji prenose signale kroz vazduh (ili kroz svemir) brzinom svetlosti bez skoro nikakvih gubitaka u prenosu.


Automobilska bičasta antena, uobičajen primer omnidirekcione antene.
Antene se mogu klasifikovati kao omnidirekcione, koje zrače energiju približno podjednako u svim horizontalnim pravcima, ili usmerene, gde su radio talasi koncentrisani u nekom pravcu. Takozvana bim antena je jednosmerna, dizajnirana za maksimalan odziv u pravcu druge stanice, dok su mnoge druge antene namenjene za usluživanje stanica u različitim pravcima, ali nisu posve omnidirekcione. Pošto su antene podložne reciprocitetu, isti obrazac zračenja se primenjuje na prenos kao i na prijem radio talasa. Hipotetička antena koja zrači podjednako u svim vertikalnim i svim horizontalnim uglovima naziva se izotropni radijator, međutim one ne mogu postojati u praksi niti bi bile posebno poželjne. Za većinu zemaljskih komunikacija, radije, postoji prednost u smanjenju radijacije prema nebu ili zemlji u korist horizontalnih pravaca. Dipolna antena koja je horizontalno orijentisana ne šalje energiju u pravcu provodnika – to se naziva nulta antena – ali je upotrebljiva u većini drugih pravaca. Više takvih dipolnih elemenata može se kombinovati u antenski niz kao što je Jagi-Uda kako bi se favorizovao jedan horizontalni pravac, tako nazvan snop antena.

Reciprocitet
Fundamentalno svojstvo antena je da je većina električnih karakteristika antene, poput onih opisanih u sledećem odeljku (npr. pojačanje, obrazac zračenja, impedansa, propusni opseg, rezonantna frekvencija i polarizacija), ista bez obzira da li antena emituje ili prima.[11][12] Na primer, „obrazac prijema” (osetljivost na dolazne signale kao funkcija smera) antene kada se koristi za prijem je identičan obrascu zračenja antene kada se pokreće i funkcioniše kao radijator, iako struja i distribucije napona na samoj anteni su različite za prijem i slanje.[13] Ovo je posledica teoreme reciprociteta elektromagnetike.[12] Stoga, u raspravama o svojstvima antene obično se ne pravi razlika između terminologije prijema i odašiljanja, a antena se može posmatrati ili kao odašiljačka ili prijemna, šta god je pogodnije.

Neophodan uslov za prethodno pomenuto svojstvo reciprociteta je da su materijali u anteni i medijumu za prenos linearni i recipročni. Recipročno (ili bilateralno) znači da materijal ima isti odgovor na električnu struju ili magnetno polje u jednom smeru, kao i na polje ili struju u suprotnom smeru. Većina materijala koji se koriste u antenama ispunjava ove uslove, mada neke mikrotalasne antene koriste visokotehnološke komponente kao što su izolatori i cirkulatori, napravljeni od nerecipročnih materijala kao što je ferit.[11][12] Oni se mogu koristiti da bi se anteni dalo drugačije ponašanje pri prijemu nego pri odašiljanju,[11] što može biti korisno u aplikacijama kao što je radar.

Parametri antena

Jagi-Udine antena.

Dipolna antena.

Način rada polutalasne dipolne antene koja dobija energiju od radio talasa. Električno polje talasa (E, zelene strelice) potiskuje elektrone u anteni nazad i napred (crne strelice), stvarajući na krajevima antene pozitivni ili negativni električni naboj. Budući da je dužina antene polovina talasne dužine radio talasa, ona stvara stojeće talase električnog napona (V, crvene trake) i električne struje u anteni. Ta oscilirajuća struja koja teče napred i nazad putuje dolje do prenosne linije kroz radio prijemnika (prikazan električnim otpornikom R). Treba napomenuti da je delovanje antene prikazano znatno usporeno zbog boljeg prikaza. Polutalasni Hercov dipol je osnovni sastojak mnogih antena.

Parabolična antena Erdfunkstelle Raisting, najveća antena za satelitske komunikacije u svetu, u Rajstingu, Bavarska, Nemačka. Ima kejsegrejn reflektor.

Električni rezonantni sistem može biti predočen, na primer, serijskim oscilatornim kolom sastavljenim od idealnog induktiviteta L i idealnog kapaciteta C, gde oscilatorni krug ne sadrži radne otpore koji bi uzrokovali gubitke energije. Ako se takvo oscilatorno kolo pobudi, strujnim krugom će poteći struja kao odziv oscilatornog kola za pobudu.
Polarizacija - opisuje krivu vektora električnog polja koje antena zrači, odnosno prima. Antena ne može primati ortogonalnu polarizaciju. Za istovetne polarizacije talasa i prijemne antene postiže se maksimalni prenos energije.
Dijagram zračenja - opisuje raspodelu gustine snage na površini kugle (u dalekoj zoni), odnosno smerove glavnih i sekundarnih latica.
Ugao usmerenosti - ugao oko glavnog smera zračenja unutar kojeg zračena snaga ne pada ispod polovine snage zračenja u glavnom smeru.
Širina snopa - ugao koji omeđuje glavnu laticu (ugao između prvih nul-tačaka u dijagramu zračenja).
Usmerenost - opisuje kolika je količina energije usmerena unutar nekog ugla u smeru najjačeg zračenja u odnosu na sve druge smerove.
Dobitak - govori koliko više snage treba izračiti iz izotropnog radijatora da bi na istoj udaljenosti postigla jednaka gustina snage kao kod posmatrane antene.
Potiskivanje sekundarnih latica - odnos jačine polja u smjru maksimalnog zračenja i jačine polja u smeru maksimuma najveće sekundarne latice.
Impedansa - odnos napona i struje na priključnicama antene. Ako se antena nalazi u slobodnom prostoru daleko od bliskih objekata, radi se o vlastitoj impedanciji antene.
Vrste antena
Pasivne antene su napravljene od recipročnih elemenata i mogu se koristiti i kao prijemne i kao odašiljačke. Aktivne antene (pametne, adaptivne antene) sadrže elektronske elemente koji im omogućuju da menjaju dijagram zračenja, smer snopa, i tako dalje. Linearne antene su najčešće žičane, zanemarivog preseka te se posmatraju kao jednodimenzione. Koriste se u nižem frekvencijskom području (ugrubo, ispod 1 GHz). Površinske antene zrače svojom površinom. One se mogu posmatrati kao dvodimenzione i koriste se u mikrotalasnom frekvencijskom području (ugrubo, iznad 1 GHz). Uskopojasne antene su rezonatne, s malom širinom frekvencijskog područja koje pokrivaju (do 10% frekvencijske nosioca). Širokopojasne antene pokrivaju široko frekvencijsko područje te su stoga najčešće prijemne.

Dugotalasne odašiljačke antene
Dugotalasne odašiljačke antene, a od dugih je prema kraćim talasnim dužinama i tekao istorijski razvoj radiotehnike, pa prema tome i razvoj antena, sistem su vodoravnih provodnika, izolovano postavljenih na stubovima. Srednjotalasne antene razapeti su izolovani provodnici ili normalni rešetkasti stubovi. Dugotalasne i srednjotalasne antene zrače površinski i prostorni talas, što u udaljenim područjima uzrokuje nestajanje prijama (nazvano feding, prema engl. fading), jer se prostorni talas nakon refleksije od jonosfere, dolazeći u protivfazi, poništava s površinskim talasom. Zato su antene za minimalno zračenje prostornog talasa nazvane antifejding-antene.

Kratkotalasne antene
Kratkotalasne antene zrače uglavnom samo prostorni talas i služe za odašiljanje u određenom smeru i za određeno područje (na primer za međukontinentalne komunikacije). U tu se svrhu primenjuju usmerene antene. Njihovo se delovanje temelji na upotrebi aktivnog emitera i nekoliko pasivnih delova kojima se zračenje u željenom smeru zbraja, a u neželjenome poništava. Takvi su sistemi sastavljeni od niza vertikalnih antena, ili su to rombične antene ili dipolne antene s reflektorom.

Električni dipol
Električni dipol je antena sastavljena od dva linearna provodnika postavljena protivsmerno, s napajanjem u sredini.

Ultrakratkotalasne antene
Ultrakratkotalasne antene, kojima se odašilju elektromagnetni talasi za prenos televizijskih programa i frekvencijski modulisanih tonskih programa (UKV), većinom su s vodoravnim usmerenjem, jer je domet elektromagnetskih talasa tih talasnih dužina samo nešto veći od optičke vidljivosti, pa odašiljanje u širokom normalnom uglu nema smisla. To su ili normalni nizovi kružnih dipola za vodoravno kružno odašiljanje ili dipoli s reflektorima, takođe u normalnom nizu, s mogućnošću davanja prednosti pojedinim vodoravnim smerovima. Mogu se primeniti i magnetski dipoli i helikoidne antene. Prijemne su antene uglavnom savijeni dipoli s reflektorom i nekoliko direktora (Jagi-Udine antene). Reflektori i direktori pasivni su provodnici pobuđeni zračenjem iz dipola, koji je u tom smislu aktivni deo, to jest deo koji se pobuđuje energijom iz odašiljača kad antena služi za odašiljanje.

Mikrotalasne antene
Mikrotalasne antene, uglavnom za centimetarske i kraće talase, vrlo su često otvorne antene. To su, na primer, otvoreni kraj talasovoda, levkaste antene i antene s prorezima. Radi boljeg usmeravanja zračenja dodaje se takvim antenama, a i drugima, reflektor (reflektorske antene). Reflektor se izrađuje od lima ili metalne mreže ravnoga, ugaonog ili paraboličnog oblika (kao isečak paraboloida ili paraboličnog valjka). Takve se antene primjenjuju u prvome redu u telekomunikacijskim sistemima za usmerene veze. Radari imaju rotirajuće reflektorske antene. Antene za satelitske komunikacije, obično u frekvencijskom području 3,4 do 4,2 GHz i 10,7 do 12,7 GHz, većinom su s paraboličnim reflektorima, kojima je u žarištu antenski emiter, takozvani iluminator. Odašiljačke antene toga tipa vrlo dobro usmeravaju odaslani mikrotalasni snop. U prijemnim antenama primljeni se snop skuplja u žarištu, u kojem se nalazi emiter koji služi kao prijemni element. Iz njega se talasovodom vodi talas u niskošumni pretvarač, koji ga pojačava i prevodi u niže frekvencijsko područje, te dalje u prijemnik. Promeri paraboličnih reflektora ili antena zavise od namene, a mogu biti od 0,3 metra do više od 30 metara.

Pločaste antene
U novije se doba primenjuju i niskoprofilne pločaste antene, koje se proizvode nanošenjem metala na tanke plastične, keramičke ili poluvodičke podloge. Vrlo su male mase, obima i visine. Posebno su pogodne za primenu u pokretnim komunikacijama, jer se vrlo jednostavno uklapaju u oplatu vazduhoplova, drugih letelica, motornih vozila i slično, a da pritom ne smanjuju aerodinamičnost. Osim toga, pogodne su za serijsku proizvodnju uobičajenim fotolitografskim postupkom za printane vodove.

Aktivne antene
U pokretnim komunikacijama i radarskim sistemima koriste se i takozvane odašiljačke i prijemne aktivne antene koje, uz dodatak elektronskih sklopova za upravljanje, mogu automatski menjati polarizaciju i smer glavnog zračenja, a potiskivati zračenje iz smera smetajućih signala. To radiokomunikacijskim sistemima daje veliku prilagodljivost (fleksibilnost) i omogućuje višestruko iskorištavanje frekvencijskog spektra i smanjenje izračene snage.

Otvoreno električno oscilatorno kolo
Glavni članak: Oscilatorno kolo
Kod zatvorenog oscilatornog kola skoro je sva energija sakupljena u dielektriku kondenzatora, a magnetska u zavojnici. Udaljuju li se ploče kondenzatora jedna od druge, električne silnice se produživaju i rasipaju. Kada se ploče sasvim udalje, a zavojnica rastegne, zatvoreni oscilatorni krug poprima oblik ispruženog električnog provodnika s pločama kondenzatora na krajevima. Takav ispruženi provodnik zove se otvoreni oscilatorni krug.

On ne mora da bude na krajevima ploče kondenzatora, već je kapacitet i induktivitet raspoređen uzduž samoga provodnika, a u sredini se napaja iz nekog izvora visoke frekvencije, na primer preko induktora i iskrišta. Donja žica se može čak ispustiti i zameniti dobro provodljivom zemljom. U tom se slučaju može električno polje utvrditi i na većim daljinama od oscilatornog kruga, pa se kaže da dolazi do isijavanja ili emisije elektromagnetske energije. Ovakva žica, normalno ispružena, zove se antena.[14]