1. Introduzione alle antenne
Un'antenna è una struttura di transizione tra lo spazio libero e una linea di trasmissione, come mostrato in Figura 1. La linea di trasmissione può essere sotto forma di una linea coassiale o di un tubo cavo (guida d'onda), utilizzata per trasmettere energia elettromagnetica da una sorgente a un'antenna, o da un'antenna a un ricevitore. La prima è un'antenna trasmittente, la seconda è un'antenna ricevente.antenna.
Figura 1 Percorso di trasmissione dell'energia elettromagnetica
La trasmissione del sistema di antenna nella modalità di trasmissione di Figura 1 è rappresentata dall'equivalente di Thevenin come mostrato in Figura 2, dove la sorgente è rappresentata da un generatore di segnale ideale, la linea di trasmissione è rappresentata da una linea con impedenza caratteristica Zc e l'antenna è rappresentata da un carico ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. La resistenza di carico RL rappresenta le perdite di conduzione e dielettriche associate alla struttura dell'antenna, mentre Rr rappresenta la resistenza di radiazione dell'antenna e la reattanza XA viene utilizzata per rappresentare la parte immaginaria dell'impedenza associata alla radiazione dell'antenna. In condizioni ideali, tutta l'energia generata dalla sorgente del segnale dovrebbe essere trasferita alla resistenza di radiazione Rr, che viene utilizzata per rappresentare la capacità di radiazione dell'antenna. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, si verificano perdite conduttore-dielettriche dovute alle caratteristiche della linea di trasmissione e dell'antenna, nonché perdite causate dalla riflessione (disadattamento) tra la linea di trasmissione e l'antenna. Considerando l'impedenza interna della sorgente e ignorando le perdite per linea di trasmissione e riflessione (disadattamento), la potenza massima viene fornita all'antenna in condizioni di adattamento coniugato.
Figura 2
A causa della discrepanza tra la linea di trasmissione e l'antenna, l'onda riflessa dall'interfaccia si sovrappone all'onda incidente dalla sorgente all'antenna formando un'onda stazionaria, che rappresenta la concentrazione e l'accumulo di energia ed è un tipico dispositivo risonante. Un tipico schema di onda stazionaria è mostrato dalla linea tratteggiata in Figura 2. Se il sistema di antenna non è progettato correttamente, la linea di trasmissione può fungere principalmente da elemento di accumulo di energia piuttosto che da guida d'onda e dispositivo di trasmissione di energia.
Le perdite causate dalla linea di trasmissione, dall'antenna e dalle onde stazionarie sono indesiderabili. Le perdite di linea possono essere ridotte al minimo selezionando linee di trasmissione a basse perdite, mentre le perdite di antenna possono essere ridotte riducendo la resistenza di perdita rappresentata da RL in Figura 2. Le onde stazionarie possono essere ridotte e l'accumulo di energia nella linea può essere minimizzato adattando l'impedenza dell'antenna (carico) all'impedenza caratteristica della linea.
Nei sistemi wireless, oltre a ricevere o trasmettere energia, le antenne sono solitamente necessarie per potenziare l'energia irradiata in determinate direzioni e sopprimerla in altre. Pertanto, oltre a fungere da dispositivi di rilevamento, le antenne devono essere utilizzate anche come dispositivi direzionali. Le antenne possono essere di varie forme per soddisfare esigenze specifiche. Possono essere costituite da un filo, un'apertura, una patch, un insieme di elementi (array), un riflettore, una lente, ecc.
Nei sistemi di comunicazione wireless, le antenne sono uno dei componenti più critici. Una buona progettazione delle antenne può ridurre i requisiti di sistema e migliorarne le prestazioni complessive. Un esempio classico è la televisione, dove la ricezione delle trasmissioni può essere migliorata utilizzando antenne ad alte prestazioni. Le antenne sono per i sistemi di comunicazione ciò che gli occhi sono per gli esseri umani.
2. Classificazione delle antenne
L'antenna a tromba è un'antenna planare, un'antenna a microonde con una sezione trasversale circolare o rettangolare che si apre gradualmente all'estremità della guida d'onda. È il tipo di antenna a microonde più utilizzato. Il suo campo di radiazione è determinato dalle dimensioni dell'apertura della tromba e dal tipo di propagazione. Tra questi, l'influenza della parete della tromba sulla radiazione può essere calcolata utilizzando il principio della diffrazione geometrica. Se la lunghezza della tromba rimane invariata, le dimensioni dell'apertura e la differenza di fase quadratica aumenteranno con l'aumentare dell'angolo di apertura della tromba, ma il guadagno non cambierà con le dimensioni dell'apertura. Se la banda di frequenza della tromba deve essere ampliata, è necessario ridurre la riflessione sul collo e sull'apertura della tromba; la riflessione diminuirà all'aumentare delle dimensioni dell'apertura. La struttura dell'antenna a tromba è relativamente semplice e anche il diagramma di radiazione è relativamente semplice e facile da controllare. Viene generalmente utilizzata come antenna direzionale media. Le antenne a tromba con riflettore parabolico ad ampia larghezza di banda, bassi lobi laterali e alta efficienza sono spesso utilizzate nelle comunicazioni a microonde.
RM-DCPHA105145-20 (10,5-14,5 GHz)
RM-BDHA1850-20 (18-50 GHz)
RM-SGHA430-10 (1,70-2,60 GHz)
2. Antenna microstrip
La struttura di un'antenna a microstrip è generalmente composta da un substrato dielettrico, un radiatore e un piano di massa. Lo spessore del substrato dielettrico è molto inferiore alla lunghezza d'onda. Il sottile strato metallico sul fondo del substrato è collegato al piano di massa, e il sottile strato metallico con una forma specifica viene realizzato sulla parte anteriore tramite fotolitografia, come un radiatore. La forma del radiatore può essere modificata in molti modi a seconda delle esigenze.
L'avvento della tecnologia di integrazione a microonde e dei nuovi processi produttivi ha promosso lo sviluppo di antenne a microstriscia. Rispetto alle antenne tradizionali, le antenne a microstriscia non solo sono compatte, leggere, dal profilo ribassato e facili da conformare, ma anche facili da integrare, economiche, adatte alla produzione di massa e dotate di proprietà elettriche diversificate.
RM-MA424435-22 (4,25-4,35 GHz)
RM-MA25527-22 (25,5-27 GHz)
3. Antenna a fessura per guida d'onda
L'antenna a fessura per guida d'onda è un'antenna che utilizza le fessure nella struttura della guida d'onda per generare radiazione. Solitamente è costituita da due piastre metalliche parallele che formano una guida d'onda con uno stretto spazio tra le due piastre. Quando le onde elettromagnetiche attraversano lo spazio della guida d'onda, si verifica un fenomeno di risonanza, generando così un forte campo elettromagnetico in prossimità dello spazio, generando radiazione. Grazie alla sua struttura semplice, l'antenna a fessura per guida d'onda può generare radiazione a banda larga e ad alta efficienza, quindi è ampiamente utilizzata in radar, comunicazioni, sensori wireless e altri campi nelle bande delle microonde e delle onde millimetriche. I suoi vantaggi includono un'elevata efficienza di radiazione, caratteristiche di banda larga e una buona capacità anti-interferenza, che la rendono la scelta preferita da ingegneri e ricercatori.
RM-PA7087-43 (71-86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75-14,5 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10 GHz)
L'antenna biconica è un'antenna a banda larga con struttura biconica, caratterizzata da un'ampia risposta in frequenza e da un'elevata efficienza di radiazione. Le due parti coniche dell'antenna biconica sono simmetriche tra loro. Grazie a questa struttura, è possibile ottenere una radiazione efficace in un'ampia banda di frequenza. Viene solitamente utilizzata in campi come l'analisi spettrale, la misurazione delle radiazioni e i test EMC (compatibilità elettromagnetica). Presenta buone caratteristiche di adattamento di impedenza e di radiazione ed è adatta a scenari applicativi che richiedono la copertura di più frequenze.
RM-BCA2428-4 (24-28 GHz)
RM-BCA218-4 (2-18 GHz)
L'antenna a spirale è un'antenna a banda larga con struttura a spirale, caratterizzata da un'ampia risposta in frequenza e da un'elevata efficienza di radiazione. L'antenna a spirale raggiunge la diversità di polarizzazione e caratteristiche di radiazione a banda larga grazie alla struttura a bobine a spirale, ed è adatta per sistemi radar, di comunicazione satellitare e di comunicazione wireless.
RM-PSA0756-3 (0,75-6 GHz)
RM-PSA218-2R (2-18 GHz)
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Data di pubblicazione: 14-06-2024
