Capitolul_3--Antene

8/13/2019 Capitolul_3--Antene

1/43

Capitolul 3

Antene


2/43

Obiective

Obtinerea antenei in semiunda din linia de transmisie

Reprocitatea si polarizarea antenei

Campul de radiatie si inductie al antenei, diagrama de radiatie, castigul,

rezistenta de radiatie

Definitia si calculul randamentului antenei

Caracteristicile fizice si electrice ale principalelor tipuri de antene

Orientarea electronica a caracteristicii de radiatie a ariilor (sistemelor) de

antene

Largimea de banda si largimea fascicolului de radiatie al antenei

Antena log-periodica.


3/43

3 1. Teoria de baza a antenelor.

In sistemele de transmisie radio semnalul este aplicat antenelor unde circulatia

curentului de radio frecventa produce campul electromagnetic care este radiat in

atmosfera. La nivelul sistemului de receptie campul electromagnetic intersecteaza

antena acestuia in care induce curent alternativ de RF care este prelucrat apoi de

etajele receptorului.

Recipro citatea antenei este abilitatea acesteia de a transfera energia campului

electromagnetic din atmosfera la receptor cu aceeasi eficienta ca si transferul deenergie de la emitator spre atmosfera. Reciprocitatea antenei este posibila

deoarece caracteristicile electrice ale antenei sunt aceleasi indiferent daca

receptioneaza sau transmite energia campului electromagnetic.

Polarizarea este directia campului electric emis sau receptionat, data de

configuratia fizica a antenei. Asadar, o antena verticala va transmite o undapolarizata vertical. Un sistem de radiocomunicatii eficient presupune ca antenele

de emisie si receptie sa aiba aceeasi polarizare. Semnalul receptionat este teoretic

nul daca un camp electric polarizat vertical ajunge la o antena de receptie

polarizata orizontal.


4/43

3 2. Antena dipol in semiunda

O antena care are lungimea fizica egala cu jumatate din lungimea de unda a

semnalului transmis sau receptionat se numeste antena dipo l in semiun da, fiindutilizata la frecvente mai mari de 2 MHz.

Obtinerea antenei dipol in semiunda. In cazul unei linii de transmisie bifilare in

gol, tensiunea la capatul liniei este maxima, curentul fiind zero, indiferent de

relatia dintre lungimea fizica a liniei si lungimea de unda. Curentul circula in linie

in mod continuu fiind evidenta prezenta undelor stationare. Daca lungimea fizica a

liniei este /4, la nivelul sursei curentul va fi maxim si tensiunea minima. Asadar,impedanta este maxima la capatul liniei si minima in zona sursei, Fig. 3-1. In

practica se urmareste maximizarea randametului antenelor, astfel incat cea mai

mare parte a energiei aplicate lor sa fie convertita in energie electromagnetica a

undelor radiate. Aceasta maximizare nu se poate realiza cu o line de transmisie

bifilara normala deoarece campurile magnetice create in jurul conductoarelor se

anuleaza reciproc in zona externa liniei, ci prin modificarea unui tronson de linie in

/4, constand in indoirea la 90 a celor doua conductoare, Fig. 3-2. Se obtine

astfel antena in semiunda (dipolul in /2), compus din doua sectiuni in /4.

Distanta electrica dintre capetele celor doua sectiuni este /2, curentul este

maxim la intrare si minim la capete, iar tensiunea este maxima la capete si

minima la nivelul terminalelor de intrare.


5/43

Fig. 3-1. Segment de linie de transmisie in sfert de unda (terminat in gol).


6/43

Fig. 3-2. Antena dipol in semiunda.


7/43

Impedanta antenei dipol in /2. Impedanta este maxima la capetele dipolului si

minima la intrare, Fig. 2-3, variind intre aproximativ 2500 si 73 .

Campul de inductie si de radiatie. Campu l de radiat ie este acea parte a

campului electromagnetic din jurul antenei a carui energie nu se mai intoarce peconductorul antenei ci se propaga sub forma de unda electromagnetica, fiind

denumit si camp ind epartat.Campul d e induct ie este acea parte a campului

electromagnetic a carui energie se reintoarce pe elementele antenei, fiind

cunoscut sub forma de camp apropiat al antenei, efectul sau devenind neglijabil

la o distanta mai mare decat /2 fata de antena. Campul indepartat incepe la:

5,22

)

5,232,05)

32,06,1)

2DRc

DDRb

DRa

ff

ff

ff

(3-1a)

(3-1b)

(3-1c)

unde Rff = distanta campului indepartat fata de antena (m)

D = dimensiunea antenei (m)

= lungimea de unda a semnalului transmis (m)

Regiunea campului apropiat se intinde la distante mai mici decat Rff


8/43

Fig. 3-3. Variatia impedantei de-a lungul antenei in semiunda.


9/43

Diagrama de radiatie. Diagrama de radiatie indica intensitatea campului radiat

de catre antena de emisie sau raspunsul antenei de receptie ca functie de

directie. Fig. 3-4(a) arata ca intensitatea maxima a campului de radiatie a

dipolului in /2 este pe o directie perpendiculara pe antena, in timp ce zero

energie este radiata in dreptul capetelor. Dipolul in /2 este direct ionaldeoarece

concentreaza energia radiata in anumite directii pe seama altora.

Deschiderea fasciculului electromagnetic este definita ca separarea unghiu-

lara dintre punctele corespunzatoare jumatatii de putere de pe diagrama de

radiatie, Fig. 2-4(a). O sectiune transversala prin diagrama de radiatie in trei

dimensiuni a dipolului in /2 vertical polarizat apare in Fig. 3-5.

Castigul antenei. Dipolul in /2 prezinta un castig in raport cu radiatorul izotrop

teoretic. Castigul antenei este o masura a cat de multa putere in, dB, va radia o

antena intr-o anume directie in raport cu puterea care ar radia-o o antena de

referinta (o sursa izotropa punctiforma sau un dipol). Dipolul, asadar, are un

castig relativ la radiatorul izotrop intr-o anume directie, care in cazul dipolului in/2 este de 2,15 dB (pe directia perpendiculara pe mijlocul antenei) comparativ

cu radiatorul izotrop. Totusi, deoarece un radiator izotrop perfect nu poate fi

realizat practic, antena dipol in /2 este considerata o referinta standard fata de

care se apreciaza castigul tuturor celorlalte antene. Produsul dintre castigul unei

antene si puterea la intrarea sa este denumit pu tere efectiv radiata ERP

(effective radiated power).


10/43

Fig. 3- 4. Diagrama de radiatie

Unghi de

deschidere

Putere

maxima

a) Dipol in /2 b) Sursa izotropa punctuala

Antena

Putere cu 3dB

mai mica decat

maximul

(punctul A)


11/43

Castigul unei antene raportat la radiatorul izotrop este exprimat in dBi (pentru

dipolul in /2 acesta este asadar 2,15 dBi), iar castigul antenei raportat la un

dipol in /2 este exprimat in dBd. Prin urmare castigul unei antene exprimat in

dBi este cu 2,15 dB mai mare decat cel exprimat in dBd.

Puterea receptionata de o antena in spatiul liber poate fi apreciata cu relatia:

22

2

16 d

GGPP

rtt

r

(3-2)

unde Pr= puterea receptionata (W)Pt= puterea transmisa (W)

Gt= castigul antenei de emisie referitor la radiatorul izotrop (raport nu dB)

Gr= castigul antenei de receptie referitor la radiatorul izotrop (raport nu dB)

= lungimea de unda (m)

d = distanta dintre antene (m)


12/43

Fig. 3- 5.Diagrama de radiatie tridimensionala pentru un dipol.

Antena dipol in /2


13/43

3 3. Rezistenta de radiatie a antenei

Rezistenta de radiatie, Rr , este o parte a impedantei de intrare ce corespunde

puterii radiate in spatiu. Asadar, Rr nu este rezistenta conductoarelor antenei ci

este o rezistenta efectiva legata de puterea radiata de catre aceasta antena.Deoarece exista o relatie intre puterea radiata de catre o antena si curentul de RF

prin acea antena, rezistenta de radiatie poate fi definita matematic ca:

2I

PR

r

(3-3)

unde Rr= rezistenta de radiatie ()I = valoarea efectiva a curentului din antena in punctul ei de alimentare (A)

P = puterea totala radiata de catre antena.

Nu toata energia absorbita de catre antena va fi radiata, o parte va fi disipata in

conductoarele antenei, in dielectricul imperfect din vecinatatea antenei, de curentii

indusi in obiectele metalice plasate in campul de inductie al antenei sau prin

descarcarea corona. Efectul de arc electric numit si descarcare coro na este o

descarcare electrica luminoasa in jurul suprafetelor conductoare produsa prin

ionizarea aerului. Daca pierderile totale sunt reprezentate prin rezistenta, Rd, si

suma dintre Rrsi Rdeste rezistenta totala a antenei, RT, randamentul antenei este:

T

r

dr

r

R

R

RR

R

P

P

intrare

emisa (3-4)


14/43

Fig. 3- 6. Rezistenta de radiatie a antenelor in spatiul liber reprezentata in functie de

lungimea de unda.

Lungime de unda ()

R []


15/43

Efectele lungimii antenei. Rezistenta de radiatiei a antenei variaza cu lungimea

fizica a antenei, Fig. 3-6. Pentru antena in semiunda rezistenta de radiatie

masurata in punctul de curent maxim (in centrul antenei) este de aprox. 73 , iar

in cazul antenei in sfert de unda rezistenta de radiatie masurata in aceleasiconditii este 36,6 . Acestea sunt valori pentru spatiul liber, adica in situatia cand

antena este complet degajata nefiind afectata de vecinatatea solului sau a altor

obstacole.

Efectele solului. Inaltimea antenei deasupra solului afecteaza rezistenta de

radiatie, variatiile acestei rezistente fiind generate de undele reflectate de pe sol

prin modificarea curentul din antena. In functie de faza lor la momentul

intersectarii antenei (faza care depinde de inaltimea si orientarea antenei), undele

reflectate pot duce la crestera sau descresterea curentului in antena.La o putere

de intrare data, daca curentul din antena creste rezistenta de radiatie scade si

viceversa. In Fig. 3-7 se observa ca rezistenta de radiatie a unei antene orizontale

dipol in semiunda creste in mod constant cu inaltimea pana la 90 , cand acesta

inaltime atinge 3/8 din lungime de unda. In continuare valoarea rezistentei variaza

cu amplitudini din ce in ce mai mici in jurul unei valori medii de 73 , valoare

corespunzatoare spatiului liber. Variatia rezistentei de radiatie pentru un dipol in

semiunda vertical este mai redusa decat in cazul antenei orizontale. Ea prezinta

un maxim de 100 atunci cand centrul antenei este la /4 de sol si un minim de


16/43

Fig. 3- 7. Rezistenta de radiatie a antenei in /2pentru diferite inaltimi.

Antena verticala

Antena orizontala

Rezistenta de radiatie in spatiul

liber pentru antena in /2

Inaltimea deasupra solului []

Rezistenta de

radiatie []


17/43

70 cand acesta inaltime devine /2, continuand sa varieze in limitele a cativa

ohmi in jurul unei valori medii usor mai ridicata decat pentru antena orizontala.

Deoarece intensitatea curentului din antena este influentata de inaltimea

acesteia, intensitatea campului radiat de acea antena sufera si ea modificari. Ingeneral, daca rezistenta de radiatie se reduce intensitatea campului radiat creste

si invers.

Lungimea electrica si lungimea fizica. Daca antena este construita dintr-un

conductor foarte subtire si este izolata in spatiu, lungimea sa electrica este

foarte aproape de cea fizica. In practica insa, o antena nu poate fi complet

separata (izolata) de influenta obiectelor inconjuratoare, iar r , constanta dielec-

trica relativa a aerului este considerata cu aproximatie a fi 1. Prin urmare, viteza

de propagare a undei de-a lungul conductorului antenei este intotdeauna usor

mai mica decat viteza luminii in spatiul liber, iar lungimea fizica a antenei este

mai redusa (cu aproximativ 5%) decat cea corespunzatoare lungimii de unda in

spatiul liber, lungimea fizica putant deci fi aproximata la 95% din lungimea

electrica calculata. Daca lungimea antenei nu este cea optima, impedanta sa de

intrare apare ca fiind capacitiva sau inductiva in functie de cum lungimea sa

fizica este mai scurta sau mai lunga de cat cea impusa de lungimea de unda.

Compensarea se poate face adaugand o inductanta sau o capacitate in serie

pentru realizarea unei impedante de intrare rezistive.


18/43

Fig. 3- 8. (a) Alimentare in curent si (b) alimentare in tensiune.

Alimentare

centrala

Alimentarelaterala

Generator

Generator

(a) Generator plasat la curent maxim inseamna alimentarein curent

(b) Generator plasat la tensiune maxima inseamna alimentare

in tensiune


19/43

3 4. Linii de alimentare ale antenelor

Modul de conectare a liniei de alimentare la antena le imparte pe acestea in doua

categorii:

antena alimentata in tensiune atunci cand semnalul se aplica in punctul undetensiunea este maxima (antena cu alimentare laterala)

antena alimentata in curent atunci cand semnalul se aplica in punctul unde

curentul este maxim (antena alimentata central).

Lin i i le de transm isie (de alimentare - feed line) alte antenelor, fac legatura

dintre acestea si generator, respectiv receptor. Liniile de alimentare se impart intrei categorii: rezonante, nerezonante, combinatie a celor doua tipuri.

Linia de alimentare rezonanta. Linia de transmisie rezonanta nu este utilizata

pe scara larga caci impune conditii de functionare critice relativ la lungimea ei

fizica functie de frecventa de lucru. Sunt insa aplicatii in RF pentru care utilizarea

unei astfel de linii de alimentare devine convenabila. Antena alimentata in curent

din Fig. 3-9, este conectata la o linie de transmisie in semiunda. Atat antena cat

si linia de transmisie sunt sediul unor unde stationare si amandoua prezinta o

impedanta scazuta in planul de conexiune. Se conecteaza un circuit rezonant

serie la capatul dinspre generator al liniei de alimentare pentru a furniza curentul

de mare intensitate necesar excitarii liniei. Condensatoarele variabile permit

compensarea abaterilor lungimilor fizice ale antenei se liniei de la relatia lor cu .


20/43

Fig. 3- 9. Alimentare in curent prin linie rezonanta.

Antena

Linia de transmisie


21/43

Linia de transmisie poate fi cu doua conductoare (de tip panglica) sau coaxiala,

ultima varianta fiind cea preferata in RF datorita pierderilor de radiatie mici.

Avantajele conectarii liniei de alimentare rezonante la antena:

nu mai este necesara adaptarea de impedanta abaterile antenei si liniei de la lungimea fizica data de relatia cu pot fi compen-

sate prin includerea la intrarea liniei a unui circuit rezonant serie acordabil

Dezavantajele utilizarii unei astfel de linii sunt:

cresterea pierderilor de putere in linie din cauza amplitudinii mari a undelor

stationare de curent cresterea probabilitatii de aparitie intre conductoare a descarcarii prin arc

electric din cauza amplitudinii mari a undelor stationare de tensiune

lungimea critica (stabilita cu mare precizie)

generarea campurilor de radiatie din cauza existentei undelor stationare

Linia de alimentare nerezonanta. Acest tip de linie de transmisie este larg folosit

pentru alimentarea antenelor utilizate in radiocomunicatii. Ea prezinta unde stationa-

re nesemnificative ca amplitudine, atunci cand este terminata pe impedanta sa

caracteristica la capatul conectat la antena. Acesta constituie un mare avantaj in

raport cu unda rezonanta, conditiile de functionare eficienta fiind practic indepen-

dente de lungimea fizica.


22/43

Fig. 3- 10. Alimentarea antenelor prin linii nerezonante.

Antena

Linie din pereche torsadata

Cablul coaxial

(a) Alimentare prin cablu coaxial (b) Alimentare prin pereche torsadata

(c) Adaptare Delta

(d) Transformator de adaptare in

sfert de unda


23/43

Principalele tipuri de linii de alimentare nerezonante sunt:

linia bifilara simpla (panglica)

linia bifilara ecranata

linia coaxiala

Fig. 3-10, prezinta antena in semiunda exicitata cu linii nerezonante.

Daca impedanta de intrare a antenei din Fig. 3-10(a) este 73 , iar impedanta

caracteristica a liniei coaxiale de alimentare este 73 ,atunci se poate recurge la

conectarea directa, adaptarea de impedanta la nivelul antenei fiind asigurata. In

situatia in care linia este adaptata si la generator (de regula printr-un transforma-

tor), pe tot traseul spre antena nu apar unde stationare.Un alt tip de linie de alimentare, mult folosit la frecvente joase unde pierderile

raman reduse, este linia torsadata, Fig. 3-10(b), cu impedanta caracteristica 70

Adaptorul delta este un dispozitiv utilizat pentru adaptarea de impedanta prin

extinderea liniei de transmisie astfel incat impedanta ei caracteristica sa cores-

punda impedantei de intrare a antenei Fig. 3-10(c). Linia de transmisie bifilara areo impedanta caracteristica Z0 cuprinsa intre 300 si 700 , asadar mult mai

mare decat impedanta de intrare a dipolului in semiunda alimentat central care

este Zin = 73 . Alimentarea dipolului cu o astfel de linie presupune adaptarea de

impedanta cu o sectiune in delta, Fig. 3-10(c), care realizeaza cresterea treptata

a distantei dintre conductoarele liniei pe masura ce se apropie de antena.


24/43

In exemplul din figura, antena are impedanta de intrare de 73 , iar impedanta

caracteristica a liniei este 600 . Pe masura ce punctele de conectare a liniei la

antena se deplaseaza spre capetele dipolului, impedanta de iesire a segmentului

in delta creste, dar creste si impedanta de intrare a dipolului corespunzator noilor

puncte de contact. Se poate gasi asadar o pozitie pentru care adaptarea de

impedanta se realizeaza. Segmentul delta devine prin urmare o parte intrinseca a

antenei, introducand insa pierderi de radiatie (un dezavantaj). Un alt dezavantaj

major este obtinerea adaptarii prin incercari, lungimea segmentelor variable Asi

Bstabilindu-se prin testari practice ce pot fi uneori dificile.

Adaptarea in sfert de unda. Un alt dispozitiv de adaptare este t ransformatoru lin sfer t de unda (transformatorul de adaptare), Fig. 3-10(d), care adapteaza

impedanta de intrare scazuta a dipolului la impedanta de iesire ridicata a liniei.

LRZZ0

'

0

(3-6)

unde Z0

= impedanta caracteristica a liniei de adaptareZ0= impedanta caracteristica a liniei de alimentare

RL= impedanta de intrare rezistiva a dipolului.

Aceasta tehnica de adaptare este potrivita pentru aplicatiile de banda ingusta

pe cand sectiunea delta este dedicata sistemelor de banda larga.


25/43

3 5. Antena monopol

Antena monopol (antena verticala) este folosita in domeniul de frecventa pana la

2 MHz. Diferenta dintre antena verticala si dipolul in semiunda este aceea ca

monopolul necesita la baza un plan conductor conectat la Pamant. In general,antena verticala este o antena in sfert de unda sau multiplu de sfert de unda, sursa

(emitatorul) fiind conectata intre antena si planul conductor de masa, Fig. 3-11.

Efectul reflexiilor pe sol. Solul este un bun conducator de electricitate, iar

reflexiile pe care le produce sunt echivalente cu radiatia unei alte sectiuni de

antena in sfert de unda, pozitionata in imagine fata de suprafata Pamantului (asa

numita antena imagine o antena simulata in /4 rezultand din prezenta solului

conductor la baza monopolului initial in sfert de unda).

Cu o antena monopol avand lungimea fizica /4, se obtin caracteristicile unui

dipol in semiunda, distributia tensiunii, curentului, relatiile impedantei fiind similare.

Singura diferenta este valoarea impedantei de intrare de aproximativ 36,6 , la

baza. Curentul efectiv al monopolului conectat la masa este maxim la baza siminim in varf, iar distributia tensiunii efective prezinta un maxim la varf si un minim

la baza.

Functionarea eficienta a monopolului necesita un teren cu o conductivitate

ridicata pentru maximizarea reflexiilor, in caz contrar producand-se atenuari

semnificative ce altereaza caracteristica de radiatie. Remediul implica mentinerea

unui sol umed sau ingroparea la baza antenei a unui ecran metalic cu raza /4.


26/43

Fig. 3- 11. Antena monopol conectata la Pamant.

Pmnt

Curent

Antena imagine

Tensiune


27/43

Contragreutatea este o suprafata reflectanta artificiala, creata pentru antena

monopol atunci cand solul nu poate fi utilizat in acest scop. Consta dintr-o retea de

conductoare sau un ecran metalic plasate la o mica distanta deasupra Pamantului,

bine izolate de acesta si avand raza de cel putin /4.

Contragreutatea poate inlocui legarea direct la Pamant a monopolului, ea sisuprafata solului formand un condensator, iar curentul periodic din antena

reprezentand un curent de incarcare respectiv descarcare al acestui condensator.

Capatul inferior al antenei monopol, in mod normal legat la Pamant, este conectat

acum la suprafata solului prin intermediul acestei capacitati. Daca contragreutatea

nu este bine izolata fata de Pamant, efectul care apare este similar celui al

curentilor de pierderi din condensatori, putand sa se produca pierderi chiar maimari decat in cazul in care contragreutatea nu ar fi utilizata deloc.

Forma si dimensiunea contragreutatii nu sunt neaparat critice, dar ea trebuie sa

se extinda in mod egal in toate directiile. Pentru antena verticala contragreutatea

poate sa aiba orice forma geometrica simpla, Fig. 3-12, si este construita pentru a

fi nerezonanta la frecventa de lucru.

Functionarea antenei in sfert de unda, fie ca este in mod riguros conectata la

Pamant, fie ca foloseste o contragreutate corespunzatoare, este identica cu cea a

dipolului in semiunda cu aceeasi polaritate.

Caracteristica de radiatie. Caracteristica de radiatie a monopolului, Fig. 3-13(a),

este omnidirectionala in planul Pamantului si scade la zero spre varful antenei. O

mare parte din energie este radiata sub forme de unda de sol, existand insa si o


28/43

Fig. 3- 12. Contragreutati (vedere de sus).

Antene

Suporti


29/43

semnificativa unda spatiala. Marind dimensiunea antenei la /2, unda terestra

devine mai importanta, Fig. 3-13(b). Maximumul de intensitatea pentru unda

terestra radiata se obtine atunci cand lungimea fizica a antenei este un pic mai

mica decat 5/8. O crestere in continuare a lugimii antenei duce la marirea

unghiului de radiatie si reducerea componentei orizontale. La o inaltime egala cunu mai exista unda terestra.

Antene cu sarcina. In multe aplicatii de joasa frecventa nu este practica sau chiar

realizabila utilizarea antenei in /4. Pe de alta parte, monopolul cu o lungime sub

/4 are o impedanta de intrare puternic capacitiva, fiind un radiator ineficient,

deoarece o sarcina reactiva nu accepta energie de la emitator, aceasta este

reflectata, iar linia de alimentare devine sediul unor importante unde stationare.Solutia este obtinerea unei inal t imi i efect ive a antenei egala cu /4:

O bobina (sarcina) conectata in serie cu antena, Fig. 3-14, este utilizata pentru

a compensa comportarea capacitiva a monopolului, antena rezultanta avand o

impedanta de intrare rezistiva si deci putand absorbi intreaga putere provenita

de la emitator. Bobina poate fi reglabila, permitand astfel acordul antenei intr-ogama larga de frecvente. Unda stationara de curent are un maxim in dreptul bo-

binei, Fig. 3-14, energia corespunzatoare puterii consumate in infasurare, I2R,

reprezinta pierderi in loc sa se adauge energiei radiate. Totusi, pe linia de alimen

tare nu apar unde stationare daca bobina este corespunzator acordata.

O solutie mai eficienta consta in montarea unei sarcini capacitive in varful ante-

nei, Fig. 3-15(a). De remarcat unda stationara de curent de mare amplitudine


30/43

Fig. 3- 13. Diagrama de radiatie pentru antena monopol.


31/43

Fig. 3- 14. Antena monopol cu bobina de sarcina.

Antena

Bobina de sarcina

Linie de transmisie pentrualimentarea antenei

Emitator


32/43

existenta si la baza antenei si a carei energie poate fi acum integral radiata. Roata

metalica cu spite plasata in varful antenei reprezinta o capacitate de

scurtcircuitare

in raport cu Pamantul, reducand semnificativ caracterul capacitiv al impedantei de

intrare, antena devenind practic rezonanta. In aceasta, desi radiatorul este multmai eficient, nu se poate modifica insa frecventa de lucru a antenei.

antena in L inv ersat, Fig. 3-15(b), are aceleasi caracteristici cu antena preceden-

ta, chiar si o oarecare directivitate, dar dimensiunile ei pot fi uneori incomode.


33/43

Fig. 3- 15. Antene monopol cu sarcini capacitive conectate in partea superioara.


34/43

3 6. Arii de antene

Antena dipol in semiunda cu elemente neconectate electric (parazite). Aria

(sitemul) de antene este alcatuita din mai multe elemente sau componente, iar

daca unele dintre acestea nu sunt conectate electric avem o arei de antene cuelemente parazite. Aria elementarea apare in Fig. 3-16(a), consta dintr-un dipol in

semiunda si un element in /2 nealimentat (necomandat) care nu este conectat

electric (parazit), plasat la /4 in spatele dipolului.

Dipolul radiaza energia electromagnetica conform diagramei sale de radiatie

bidirectionala. Campul care se propaga catre elementul parazit induce in acesta

unde de tensiune si de curent ce prezinta un defazaj de 180 fata de undaincidenta. Datorita acestui sistem de unde de curent si tensiune pe care le

gazduieste, elementul parazit radiaza la randul sau o unda bidirectionala ce

pastreaza acest decalaj de 180.

Defazajul mentionat face ca unda directa (de la dipolul in semiunda) si unda

radiata de elementul parazit sa se anuleze in timpul propagarii lor la distanta de

aria de antene.Unda generata de elementul parazit ce se propaga catre dipolul in semiunda il

intalneste in faza si dubleaza energia radiata de catre aria de antene, Fig. 3-16(b)

Elementul parazit poarta numele de reflector, datorita rolului pe care il joaca. De

remarcat ca acest sistem de antene are o directivitate superioara fata de dipolul in

semiunda, adica prezinta un castig in raport cu el de aproximativ 3 dB.


35/43

Se poate demonstra usor efectul de crestere a intensitatii campului electromagnetic

pe directia de radiatie a ariei de antene:

Energia radiata de catre dipolul in semiunda strabate /4 pana sa atinga

reflectorul acest drum fiind echivalent cu un defazaj de 90

Un defazaj suplimentar de 180apare la inductia tensiunii si curentului inreflector.

Energia radiata inapoi spre dipol de catre reflector, sufera un alt defazaj de

90parcurgand iarasi /4 inainte sa atinga dipolul in semiunda.

Deplasarea totala de faza este 90+ 180+ 90= 360, asadar unda

radiata de catre reflector ajunge in faza la dipol.

Antena Yagi-Uda consta dintr-un dipol in semiunda si doua sau mai multe

elemente parazite, iar in Fig. 3-17(a) este prezentata varianta cu un reflector si un

director. Directorul este elementul parazit care directioneaza in mod efectiv

energia spre azimutul dorit, diagrama de radiatie fiiind prezentata in Fig. 3-17(b).

Se observa prezenta unor lobi laterali, lobii reprezentand radiatia unor mici

cantitati de energie pe directii in general nedorite (conform diagramei de radiatie).Diferenta dintre castigul antenei in dB pe directia dorita si cel corespunzator

directiei opuse se numeste rapo rt fata-spate (F/B) (front-to-back ratio).

Antena Yagi prezentata furnizeaza un castig in putere de aproximativ 10 dB in

raport cu dipolul in semiunda. In practica antena Yagi consta intr-un reflector si mai

multe directoare ceea ce ii asigura un castig superior, proiectarea ei bazandu-se

insa mai mult pe rezultate experimentale. Se foloseste in benzile HF, VHF si UHF.


36/43

Fig. 3- 16. Retea elementara de antene.

Reflector

Dipol in

semiunda

Axa de radiatie

Linia de alimentare

(a) (b)

Dipol

singular

Dipol cureflector


37/43

Fig. 3- 17. Antena YagiUda.

Reflector

Director

Radiator primar in /2(dipol in /2)

(a) (b)

Antena

Lobi laterali


38/43

Arie de antene cu elementele coliniare comandate. Acest sistem (Fig. 3-18(a)

prezinta o arie cu patru elemente coliniare), este o combinatie de dipoli in semi-

unda, plasati cap la cap si formand o linie dreapta. Fiecare element este excitat prin

linia de transmisie astfel incat campurile pe care le radiaza sunt toate in faza

(aditive) pe directia perpendiculara pe arie. Linia de transmisie de legatura dintre

dipoli are lungimea de /2 (pereche torsadata de /4).

Diagrama de radiatie a acestei arii de antene apare in Fig.3-18(b)si denota un

castig in raport cu dipolul in semiunda (linia punctata). Cu cat numarul de antene

coliniare este mai mare cu atat creste castigul si directivitatea (ingustarea lobului

principal).

Aria de antene cu radiatie transversala este formata dintr-un grup de dipoli in

semiunda montati unul deasupra celuilalt, Fig. 3-19. O asemenea retea de antene

prezinta o directivitate superioara atat in plan vertical cat si in plan orizontal in

comparatie cu reteaua coliniara.

Topologia din figura arata o separare de /2 intre diferitele nivele, iar

alimentarea incrucisata asigura ca tensiunea si curentul din fiecare element afiecarui etaj sa fie in faza. Rezultatul este o diagrama de radiatie directiva in plan

orizontal (la fel ca si la antena cu elemente coliniare) si de asemenea directiva in

plan vertical (spre deosebire de reteaua coliniara).

Fi 3 18 R li i l


39/43

Fig. 3- 18. Retea coliniara cu patru elemente.

/4 /4Linia de

conexiune

Linia de alimentare

(a) (b)

Diagrama

de radiatie

a reteleicoliniare

Diagrama

de radiatie

a dipoluluiin /2

Fi 3 19 R t d t di ti t l ( t b d) t l t


40/43

Fig. 3- 19. Retea de antene cu radiatie transversala (antena brad) cu opt elemente.

Element

individual

/2

/2

Linia de alimentare

Element

individual

Fi 3 20 Di l d di ti t t d t d t i f


41/43

Fig. 3- 20. Diagramele de radiatie pentru o retea de antene comandata in faza.

(Henry Jaski, Ed., Antenna Engineering Handbook, 1961)

Distanta dintre elemente in lungimi de unda ()

Difer

entadefaza(perioadeT)

Fi 3 21 A t l i di (R t l i di )


42/43

Fig. 3- 21.Antena log-periodica (Retea log-periodica).Antena independenta de frecventa, constituita din elemente radiante similare, coplanare,

omotetice fata de varf, cu distantele intre ele si frecventele de rezonanta in progresie geometrica.

Directia fasciculului

Dipoli

Linie de

transmisie

(a) (b)

Fi 3 22 A t d


43/43

Fig. 3- 22. Antena cadru.

Linie de alimentare

NulDiagrama de

radiatie sau

de receptie

Vedere laterala a cadrului

(a) (b)

Date post:	04-Jun-2018
Category:	Documents
Upload:	daniel-gross
View:	392 times
Download:	16 times

Capitolul_3--Antene

Documents