Novidades - 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 forma de liña coaxial ou de tubo oco (guía de ondas), que se usa para transmitir enerxía electromagnética desde unha fonte. a unha antena, ou dunha antena a un receptor. A primeira é unha antena transmisora e a segunda é unha antena receptora.

Figura 1 Camiño de transmisión de enerxía electromagnética (espazo libre de antena, liña de transmisión, fonte)

A transmisión do sistema de antena no modo de transmisión da Figura 1 está representada 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 cunha impedancia característica Zc e a antena está representada por unha carga ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. A resistencia de carga RL representa a condución e as perdas dieléctricas asociadas á 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 á radiación da antena. En condicións ideais, toda a enerxía xerada pola fonte de sinal debe transferirse á resistencia á radiación Rr, que se usa para representar a capacidade de radiación da antena. Non obstante, nas aplicacións prácticas, existen perdas condutor-dieléctricas debido ás características da liña de transmisión e da antena, así como perdas causadas pola reflexión (descoincidencia) entre a liña de transmisión e a antena. Tendo en conta a impedancia interna da fonte e ignorando a liña de transmisión e as perdas de reflexión (desaxuste), proporciónase a máxima potencia á antena baixo a correspondencia conxugada.

Figura 2

Debido á falta de coincidencia entre a liña de transmisión e a antena, a onda reflectida da interface superponse coa onda incidente desde a fonte ata a antena para formar unha onda estacionaria, que representa a concentración e almacenamento de enerxía e é un dispositivo resonante típico. Un patrón típico de onda estacionaria móstrase coa liña de puntos 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 guía de ondas e dispositivo de transmisión de enerxía.
As perdas causadas pola liña de transmisión, a antena e as ondas estacionarias son indesexables. As perdas de liña pódense minimizar seleccionando liñas de transmisión de baixa perda, mentres que as perdas de antena poden reducirse reducindo a resistencia á perda representada por RL na figura 2. Pódense reducir as ondas estacionarias e minimizar o almacenamento de enerxía na liña combinando a impedancia de a 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 irradiada en certas direccións e suprimir a enerxía irradiada noutras direccións. Polo tanto, ademais dos dispositivos de detección, as antenas tamén deben utilizarse como dispositivos direccionais. As antenas poden ser de varias formas para satisfacer necesidades específicas. Pode ser un fío, 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 críticos. Un bo deseño da antena pode reducir os requisitos do sistema e mellorar o rendemento xeral do sistema. Un exemplo clásico é a televisión, onde se pode mellorar a recepción da emisión 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 máis comúns de antenas porque se atopan en case todas partes: coches, edificios, barcos, avións, naves espaciais, etc. Existen varias formas de antenas de fío, como liña recta (dipolo), bucle, espiral, etc. como se mostra na figura 3. As antenas de bucle non só precisan ser circulares. Poden ser rectangulares, cadrados, ovalados ou calquera outra forma. A antena circular é a máis común pola súa estrutura sinxela.

Figura 3

2. Antenas de apertura
As antenas de apertura están xogando un papel máis importante debido á crecente demanda de formas máis complexas de antenas e á utilización de frecuencias máis altas. Na Figura 4 móstranse algunhas formas de antenas de apertura (antenas piramidales, cónicas e rectangulares). Este tipo de antenas é moi útil para aplicacións de aeronaves e naves espaciais porque poden montarse moi convenientemente na capa exterior da aeronave ou nave espacial. Ademais, pódense cubrir cunha capa de material dieléctrico para protexelos de ambientes duros.

Figura 4

3. Antena microstrip
As antenas microstrip fixéronse moi populares na década de 1970, principalmente para aplicacións por satélite. A antena está formada por un 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 microstrip teñen un perfil baixo, son aptas para superficies planas e non planas, son sinxelas e baratas de fabricar, teñen unha gran robustez cando se montan en superficies ríxidas e son compatibles cos deseños MMIC. Pódense montar na superficie de avións, naves espaciais, satélites, mísiles, coches e mesmo dispositivos móbiles e poden deseñarse de forma conforme.

Figura 5

4. Antena matriz
As características de radiación requiridas por moitas aplicacións poden non conseguirse cun 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 de ultra longa distancia, débense utilizar 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 conseguir a alta ganancia necesaria para transmitir ou recibir sinais de millóns de millas de distancia. Outra forma de reflector é un reflector de esquina, como se mostra na Figura 7 (c).

Figura 7

6. Antenas de lentes
As lentes utilízanse principalmente para colimar a enerxía dispersa incidente para evitar que se propague en direccións de radiación non desexadas. Cambiando axeitadamente a xeometría da lente e escollendo o material adecuado, poden converter varias formas de enerxía diverxente en ondas planas. Pódense usar na maioría de 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 lentes clasifícanse segundo os seus materiais de construción ou formas xeométricas, algunhas das cales aparecen na Figura 8.