In questa era moderna di comunicazone wireless , molti ingegneri mostrano interesse a specializzarsi nei campi della comunicazione, ma ciò richiede una conoscenza di base dei concetti fondamentali della comunicazione come tipi di antenne, radiazioni elettromagnetiche e vari fenomeni legati alla propagazione, ecc. In caso di sistemi di comunicazione wireless, le antenne giocano un ruolo importante ruolo in quanto convertono i segnali elettronici in onde elettromagnetiche in modo efficiente.

Tipi di antenne

Le antenne sono componenti di base di qualsiasi circuito elettrico poiché forniscono collegamenti di interconnessione tra trasmettitore e spazio libero o tra spazio libero e ricevitore. Prima di discutere dei tipi di antenna, ci sono alcune proprietà che devono essere comprese. Oltre a queste proprietà, trattiamo in dettaglio anche i diversi tipi di antenne utilizzate nel sistema di comunicazione.

Proprietà delle antenne

Guadagno dell'antenna
Apertura
Direttività e larghezza di banda
Polarizzazione
Lunghezza effettiva
Diagramma polare

Guadagno dell'antenna: Il parametro che misura il grado di direttività del modello radiale dell'antenna è noto come guadagno. Un'antenna con un guadagno maggiore è più efficace nel suo diagramma di radiazione. Le antenne sono progettate in modo tale che la potenza aumenti nella direzione desiderata e diminuisca in direzioni indesiderate.

G = (potenza irradiata da un'antenna) / (potenza irradiata da un'antenna di riferimento)

Apertura: Questa apertura è anche conosciuta come l'apertura effettiva dell'antenna che partecipa attivamente alla trasmissione e alla ricezione delle onde elettromagnetiche. La potenza ricevuta dall'antenna viene associata all'area collettiva. Questa area raccolta di un'antenna è nota come apertura effettiva.

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

Direttività e larghezza di banda: La direttiva di un'antenna è definita come la misura della radiazione di potenza concentrata in una particolare direzione. Può essere considerata come la capacità di un'antenna di dirigere la potenza irradiata in una data direzione. Può anche essere notato come il rapporto tra l'intensità della radiazione in una data direzione e l'intensità media della radiazione. La larghezza di banda è uno dei parametri desiderati per scegliere un'antenna. Può essere definito come la gamma di frequenze su cui un'antenna può irradiare correttamente energia e ricevere energia.

Polarizzazione: Un'onda elettromagnetica lanciata da un'antenna può essere polarizzata verticalmente e orizzontalmente. Se l'onda viene polarizzata in direzione verticale, il vettore E è verticale e richiede un'antenna verticale. Se il vettore E è in posizione orizzontale, necessita di un'antenna orizzontale per lanciarlo. A volte viene utilizzata la polarizzazione circolare, è una combinazione di entrambi i modi orizzontali e verticali.

Lunghezza effettiva: La lunghezza effettiva è il parametro delle antenne che caratterizza l'efficienza delle antenne nel trasmettere e ricevere le onde elettromagnetiche. La lunghezza effettiva può essere definita sia per le antenne trasmittenti che per quelle riceventi. Il rapporto tra EMF all'ingresso del ricevitore e l'intensità del campo elettrico che si verifica sull'antenna è noto come lunghezza effettiva del ricevitore. La lunghezza effettiva del trasmettitore può essere definita come la lunghezza dello spazio libero nel conduttore e la distribuzione della corrente sulla sua lunghezza genera la stessa intensità di campo in qualsiasi direzione di radiazione.

Lunghezza effettiva = (Area sotto distribuzione corrente non uniforme) / (Area sotto distribuzione corrente uniforme)

Diagramma polare: La proprietà più significativa di un'antenna è il suo diagramma di radiazione o diagramma polare. Nel caso di un'antenna trasmittente, questo è un grafico che discute sull'intensità del campo di potenza irradiato dall'antenna in varie direzioni angolari come mostrato nel grafico sotto. È inoltre possibile ottenere un grafico per entrambi i piani verticale e orizzontale e viene anche denominato rispettivamente come modelli verticali e orizzontali.

Fino ad ora abbiamo coperto le proprietà delle antenne e ora discuteremo di diversi tipi di antenne che vengono utilizzate per diverse applicazioni.

Tipi di antenne

Antenne periodiche log

Antenne a farfalla
Log-Periodic Dipole Array

Antenne a filo

Antenna a dipolo corto
Antenna a dipolo
Antenna monopolare
Antenna ad anello

Antenne da viaggio

Antenne elicoidali
Antenne Yagi-Uda

Antenne a microonde

Antenne rettangolari a micro strip
Antenne planari a F invertita

Antenne riflettenti

Riflettore angolare
Riflettore parabolico

1. Antenne log periodiche

Antenna periodica log

Un'antenna periodica di registro è anche denominata matrice periodica di registro. È un'antenna multi-elemento direzionale a fascio stretto che funziona su un'ampia gamma di frequenze. Questa antenna è costituita da una serie di dipoli posti lungo l'asse dell'antenna a diversi intervalli spaziali di tempo seguiti da una funzione logaritmica di frequenza. L'antenna log-periodica viene utilizzata in un'ampia gamma di applicazioni in cui è richiesta una larghezza di banda variabile insieme al guadagno e alla direttività dell'antenna.

Antenne a cravatta

Antenna a farfallino

Un'antenna a cravatta è anche conosciuta come antenna biconica o antenna a farfalla. L'antenna biconica è un'antenna omnidirezionale a banda larga. A seconda delle dimensioni di questa antenna, ha una risposta a bassa frequenza e funge da filtro passa-alto. Man mano che la frequenza raggiunge limiti più elevati, lontano dalla frequenza di progetto, il diagramma di radiazione dell'antenna viene distorto e si diffonde.

La maggior parte delle antenne a farfalla sono derivate dalle antenne biconiche. Il discone è come un tipo di antenna semiconica. L'antenna a cravatta è planare e quindi direzionale.

Log-Periodic Dipole Array

Antenna a dipolo periodico log

Il tipo più comune di antenna utilizzato in tecnologia di comunicazione wireless è una matrice di dipoli log-periodica che comprende fondamentalmente un numero di elementi di dipolo. Queste antenne a matrice di dipolo si riducono di dimensioni dall'estremità posteriore all'estremità anteriore. Il raggio principale di questa antenna RF proviene dall'estremità anteriore più piccola.

L'elemento all'estremità posteriore dell'array è di grandi dimensioni con la mezza lunghezza d'onda che opera in un intervallo a bassa frequenza. La spaziatura dell'elemento viene ridotta verso l'estremità anteriore della matrice in cui sono posizionate le matrici più piccole. Durante questa operazione, al variare della frequenza, avviene una transizione graduale lungo la matrice degli elementi, che porta a formare una regione attiva.

2. Antenne a filo

Antenna a filo

Le antenne filari sono anche conosciute come antenne lineari o curve. Queste antenne sono molto semplici, economiche e vengono utilizzate in una vasta gamma di applicazioni. Queste antenne sono ulteriormente suddivise in quattro come spiegato di seguito.

Antenna a dipolo

Un'antenna a dipolo è uno degli allineamenti di antenna più semplici. Questa antenna dipolo è costituita da due sottili aste metalliche con una differenza di tensione sinusoidale tra di loro. La lunghezza delle aste è scelta in modo tale che abbiano un quarto della lunghezza d'onda alle frequenze operative. Queste antenne vengono utilizzate per progettare le proprie antenne o altre antenne. Sono molto semplici da costruire e utilizzare.

Antenna a dipolo

L'antenna a dipolo è costituita da due aste metalliche attraverso le quali fluiscono corrente e frequenza. Questo flusso di corrente e tensione crea un'onda elettromagnetica e i segnali radio vengono irradiati. L'antenna è costituita da un elemento radiante che divide le aste e fa fluire la corrente attraverso il centro utilizzando un alimentatore all'uscita del trasmettitore che prende dal ricevitore.I diversi tipi di antenne a dipolo utilizzate come Antenne RF include semionda, multiplo, piegato, non risonante e così via.

Antenna a dipolo corto:

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Antenna a dipolo corto

È il più semplice di tutti i tipi di antenne. Questa antenna è un filo a circuito aperto in cui corto denota 'relativo a una lunghezza d'onda' quindi questa antenna dà priorità alla dimensione del filo rispetto alla lunghezza d'onda della frequenza di funzionamento. Prende in considerazione la dimensione assoluta dell'antenna a dipolo. L'antenna a dipolo corto è composta da due conduttori co-lineari che sono posizionati un'estremità all'altra, con un piccolo spazio tra i conduttori da un alimentatore. Un dipolo è considerato corto se la lunghezza dell'elemento radiante è inferiore a un decimo della lunghezza d'onda.

L<λ/10

L'antenna a dipolo corto è composta da due conduttori co-lineari che sono posizionati un'estremità all'altra, con un piccolo spazio tra i conduttori da un alimentatore.

L'antenna a dipolo corto è raramente soddisfacente dal punto di vista dell'efficienza perché la maggior parte della potenza che entra in questa antenna viene dissipata quando anche il calore e le perdite resistive diventano gradualmente elevate.

Antenna monopolare

Un'antenna unipolare è la metà di una semplice antenna dipolo situata su un piano con messa a terra come mostrato nella figura sotto.

Il diagramma di radiazione sopra il piano di messa a terra sarà lo stesso dell'antenna a dipolo a semionda, tuttavia, la potenza totale irradiata è la metà di quella di un dipolo, il campo viene irradiato solo nella regione dell'emisfero superiore. La direttività di queste antenne diventa doppia rispetto alle antenne a dipolo.

Le antenne unipolari vengono utilizzate anche come antenne montate su veicoli poiché forniscono il piano di massa richiesto per le antenne montate sopra la terra.

Antenna ad anello

Antenna ad anello

Le antenne ad anello condividono caratteristiche simili sia con le antenne a dipolo che con quelle unipolari perché sono semplici e facili da costruire. Le antenne ad anello sono disponibili in diverse forme come circolare, ellittica, rettangolare, ecc. Le caratteristiche fondamentali dell'antenna a telaio sono indipendenti dalla sua forma. Sono ampiamente utilizzati nei collegamenti di comunicazione con la frequenza di circa 3 GHz. Queste antenne possono essere utilizzate anche come sonde di campo elettromagnetico nelle bande di microonde.

La circonferenza dell'antenna ad anello determina l'efficienza dell'antenna in quanto simile a quella delle antenne a dipolo e monopolo. Queste antenne sono ulteriormente classificate in due tipi: elettricamente piccole ed elettricamente grandi in base alla circonferenza del loop.

Antenna a telaio piccola elettricamente ———> Circumference≤λ⁄10

Antenna a telaio grande elettricamente ———> Circonferenza≈λ

I piccoli circuiti elettrici di un singolo giro hanno una piccola resistenza alle radiazioni rispetto alla loro resistenza alla perdita. La resistenza alle radiazioni delle piccole antenne ad anello può essere migliorata aggiungendo più spire. I circuiti multigiro hanno una migliore resistenza alle radiazioni anche se hanno meno efficienza.

Piccola antenna ad anello

Per questo motivo, le piccole antenne ad anello vengono utilizzate principalmente come antenne riceventi dove le perdite non sono obbligatorie. I loop piccoli non vengono utilizzati come antenne di trasmissione a causa della loro bassa efficienza.

Le antenne a loop risonante sono relativamente grandi e sono dirette dal funzionamento della lunghezza d'onda. Sono note anche come antenne a loop di grandi dimensioni in quanto vengono utilizzate a frequenze più alte, come VHF e UHF, in cui la loro dimensione è conveniente. Possono essere visti come antenne a dipolo ripiegato e deformati in forme diverse come sferiche, quadrate, ecc. E hanno caratteristiche simili come l'elevata efficienza di radiazione.

3. Antenne a onda mobile

Antenne elicoidali

Le antenne elicoidali sono anche conosciute come antenne elicoidali. Hanno strutture relativamente semplici con uno, due o più fili ciascuno avvolto per formare un'elica, solitamente sostenuta da un piano di massa o da un riflettore sagomato e guidata da un alimentatore appropriato. Il design più comune è un singolo filo sostenuto da terra e alimentato con una linea coassiale.

In generale, le proprietà di radiazione di un'antenna elicoidale sono associate a questa specifica: la dimensione elettrica della struttura, in cui l'impedenza di ingresso è più sensibile al passo e alle dimensioni del filo.

Antenna elicoidale

Le antenne elicoidali hanno due modalità di radiazione predominanti: la modalità normale e la modalità assiale. La modalità assiale viene utilizzata in un'ampia gamma di applicazioni. Nella modalità normale, le dimensioni dell'elica sono piccole rispetto alla sua lunghezza d'onda. Questa antenna funge da antenna dipolo corto o monopolare. Nella modalità assiale, le dimensioni dell'elica sono le stesse rispetto alla sua lunghezza d'onda. Questa antenna funziona come antenna direzionale.

Antenna Yagi-Uda

Antenna Yagi-Uda

Un'altra antenna che fa uso di elementi passivi è la Antenna Yagi-Uda . Questo tipo di antenna è poco costoso ed efficace. Può essere costruito con uno o più elementi riflettori e uno o più elementi regista. Le antenne Yagi possono essere realizzate utilizzando un'antenna con un riflettore, un elemento attivo a dipolo ripiegato pilotato e direttori, montati per la polarizzazione orizzontale nella direzione in avanti.

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4. Antenne a microonde

Le antenne che funzionano a frequenze di microonde sono note come antenne a microonde . Queste antenne sono utilizzate in un'ampia gamma di applicazioni.

Antenne rettangolari a micro strip

Antenne rettangolari a micro strip

Per le applicazioni di veicoli spaziali o aeromobili - in base alle specifiche quali dimensioni, peso, costo, prestazioni, facilità di installazione, ecc. - sono preferibili antenne a basso profilo. Queste antenne sono note come antenne microstrip rettangolari o antenne patch, richiedono solo spazio per la linea di alimentazione che è normalmente posizionata dietro il piano di massa. Il principale svantaggio dell'utilizzo di queste antenne è la loro larghezza di banda inefficiente e molto stretta, che è tipicamente una frazione di una percentuale o, al massimo, una piccola percentuale.

Antenne planari a F invertita

Un'antenna a F invertita planare può essere considerata un tipo di antenna F invertita lineare (IFA) in cui l'elemento radiante del filo è sostituito da una piastra per aumentare la larghezza di banda. Il vantaggio di queste antenne è che possono essere nascoste nell'alloggiamento del cellulare rispetto a diversi tipi di antenne come antenne a frusta, a barra o elicoidali, ecc. L'altro vantaggio è che possono ridurre la radiazione all'indietro verso la parte superiore del l'antenna assorbendo il potere, che aumenta l'efficienza. Forniscono un guadagno elevato sia in stato orizzontale che verticale. Questa caratteristica è molto importante per qualsiasi tipo di antenna utilizzata nelle comunicazioni wireless.

5. Antenne riflettenti

Antenna riflettente angolare

Antenna riflettente angolare

L'antenna che comprende uno o più elementi dipolari posti davanti ad un riflettore d'angolo, è detta antenna a riflettore d'angolo.La direttività di qualsiasi antenna può essere aumentata utilizzando dei riflettori. Nel caso di un'antenna a filo, un foglio conduttore viene utilizzato dietro l'antenna per dirigere la radiazione nella direzione in avanti.

Antenna a riflettore parabolico

La superficie radiante di un'antenna parabolica ha dimensioni molto grandi rispetto alla sua lunghezza d'onda. Le ottiche geometriche, che dipendono dai raggi e dai fronti d'onda, vengono utilizzate per conoscere alcune caratteristiche di queste antenne. Alcune proprietà importanti di queste antenne possono essere studiate utilizzando l'ottica a raggi e di altre antenne utilizzando la teoria del campo elettromagnetico.

Antenna parabolica

Una delle proprietà utili di questa antenna è la conversione di un fronte d'onda sferico divergente in un fronte d'onda parallelo che produce un fascio stretto dell'antenna. I vari tipi di alimentazioni che utilizzano questo riflettore parabolico includono alimentazioni a tromba, alimentazioni cartesiane e alimentazioni a dipolo.

In questo articolo, hai studiato i diversi tipi di antenne e le loro applicazioni nelle comunicazioni wireless e l'uso delle antenne nella trasmissione e ricezione dei dati. Per qualsiasi aiuto in merito a questo articolo, contattaci commentando nella sezione commenti qui sotto.

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