Novas - Introdución e clasificación dalgunhas antenas comúns

1. Introdución ás antenas
Unha antena é unha estrutura de transición entre o espazo libre e unha liña de transmisión, como se mostra na Figura 1. A liña de transmisión pode ter a forma dunha liña coaxial ou dun tubo oco (guía de ondas), que se usa para transmitir enerxía electromagnética desde unha fonte a unha antena, ou desde unha antena a un receptor. A primeira é unha antena transmisora e a segunda é unha antena receptora.

Figura 1 Ruta de transmisión de enerxía electromagnética (fonte-liña de transmisión-antena-espazo libre)

A transmisión do sistema de antena no modo de transmisión da Figura 1 represéntase polo equivalente de Thevenin como se mostra na Figura 2, onde a fonte está representada por un xerador de sinal ideal, a liña de transmisión está representada por unha liña con impedancia característica Zc e a antena está representada por unha carga ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. A resistencia de carga RL representa as perdas de condución e dieléctricas asociadas coa estrutura da antena, mentres que Rr representa a resistencia á radiación da antena e a reactancia XA úsase para representar a parte imaxinaria da impedancia asociada coa radiación da antena. En condicións ideais, toda a enerxía xerada pola fonte de sinal debería transferirse á resistencia á radiación Rr, que se usa para representar a capacidade de radiación da antena. Non obstante, en aplicacións prácticas, hai perdas condutor-dieléctricas debido ás características da liña de transmisión e da antena, así como perdas causadas pola reflexión (desaxuste) entre a liña de transmisión e a antena. Considerando a impedancia interna da fonte e ignorando as perdas da liña de transmisión e da reflexión (desaxuste), a potencia máxima ofrécese á antena baixo a adaptación conxugada.

Figura 2

Debido á discrepancia entre a liña de transmisión e a antena, a onda reflectida da interface superpóñese coa onda incidente da fonte á antena para formar unha onda estacionaria, que representa a concentración e o almacenamento de enerxía e é un dispositivo resonante típico. Un patrón de onda estacionaria típico móstrase coa liña punteada na Figura 2. Se o sistema de antena non está deseñado correctamente, a liña de transmisión pode actuar como un elemento de almacenamento de enerxía en gran medida, en lugar de como unha guía de ondas e un dispositivo de transmisión de enerxía.
As perdas causadas pola liña de transmisión, a antena e as ondas estacionarias son indesexables. As perdas na liña pódense minimizar seleccionando liñas de transmisión de baixas perdas, mentres que as perdas na antena pódense reducir reducindo a resistencia á perda representada por RL na Figura 2. As ondas estacionarias pódense reducir e o almacenamento de enerxía na liña pódese minimizar facendo coincidir a impedancia da antena (carga) coa impedancia característica da liña.
Nos sistemas sen fíos, ademais de recibir ou transmitir enerxía, as antenas adoitan ser necesarias para mellorar a enerxía radiada en certas direccións e suprimir a enerxía radiada noutras. Polo tanto, ademais dos dispositivos de detección, as antenas tamén deben usarse como dispositivos direccionais. As antenas poden ter varias formas para satisfacer necesidades específicas. Poden ser un cable, unha abertura, un parche, un conxunto de elementos (matriz), un reflector, unha lente, etc.

Nos sistemas de comunicación sen fíos, as antenas son un dos compoñentes máis importantes. Un bo deseño de antenas pode reducir os requisitos do sistema e mellorar o rendemento xeral do sistema. Un exemplo clásico é a televisión, onde a recepción de emisións pode mellorar mediante o uso de antenas de alto rendemento. As antenas son para os sistemas de comunicación o que os ollos son para os humanos.

2. Clasificación de antenas
1. Antena de fío
As antenas de fío son un dos tipos de antenas máis comúns porque se atopan en case todas partes: coches, edificios, barcos, avións, naves espaciais, etc. Hai varias formas de antenas de fío, como liña recta (dipolo), bucle, espiral, como se mostra na Figura 3. As antenas de bucle non só precisan ser circulares. Poden ser rectangulares, cadradas, ovaladas ou de calquera outra forma. A antena circular é a máis común debido á súa estrutura simple.

Figura 3

2. Antenas de apertura
As antenas de apertura están a desempeñar un papel máis importante debido á crecente demanda de antenas máis complexas e á utilización de frecuencias máis altas. Algúns tipos de antenas de apertura (antenas piramidais, cónicas e rectangulares de corno) móstranse na Figura 4. Este tipo de antena é moi útil para aplicacións en aeronaves e naves espaciais porque se poden montar comodamente na carcasa exterior da aeronave ou nave espacial. Ademais, pódense cubrir cunha capa de material dieléctrico para protexelas de ambientes agresivos.

Figura 4

3. Antena de microstrip
As antenas de microstrip fixéronse moi populares na década de 1970, principalmente para aplicacións satelitales. A antena consta dun substrato dieléctrico e un parche metálico. O parche metálico pode ter moitas formas diferentes, e a antena de parche rectangular que se mostra na Figura 5 é a máis común. As antenas de microstrip teñen un perfil baixo, son axeitadas para superficies planas e non planas, son sinxelas e económicas de fabricar, teñen unha alta robustez cando se montan en superficies ríxidas e son compatibles cos deseños MMIC. Pódense montar na superficie de aeronaves, naves espaciais, satélites, mísiles, automóbiles e mesmo dispositivos móbiles, e pódense deseñar de forma conforme.

Figura 5

4. Antena de matriz
As características de radiación que requiren moitas aplicacións poden non ser acadadas por un só elemento de antena. As matrices de antenas poden facer que a radiación dos elementos sintetizados produza a máxima radiación nunha ou máis direccións específicas; un exemplo típico móstrase na Figura 6.

Figura 6

5. Antena reflectora
O éxito da exploración espacial tamén levou ao rápido desenvolvemento da teoría das antenas. Debido á necesidade de comunicacións a ultralonga distancia, débense usar antenas de ganancia extremadamente alta para transmitir e recibir sinais a millóns de quilómetros de distancia. Nesta aplicación, unha forma de antena común é a antena parabólica que se mostra na Figura 7. Este tipo de antena ten un diámetro de 305 metros ou máis, e un tamaño tan grande é necesario para lograr a alta ganancia necesaria para transmitir ou recibir sinais a millóns de quilómetros de distancia. Outra forma de reflector é un reflector de esquina, como se mostra na Figura 7 (c).

Figura 7

6. Antenas de lente
As lentes úsanse principalmente para colimar a enerxía dispersa incidente para evitar que se propague en direccións de radiación non desexadas. Ao cambiar axeitadamente a xeometría da lente e elixir o material axeitado, poden converter diversas formas de enerxía diverxente en ondas planas. Pódense usar na maioría das aplicacións, como antenas reflectoras parabólicas, especialmente a frecuencias máis altas, e o seu tamaño e peso fanse moi grandes a frecuencias máis baixas. As antenas de lente clasifícanse segundo os seus materiais de construción ou formas xeométricas, algunhas das cales se mostran na Figura 8.