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 linea coassiale o di tubo cavo (guida d'onda), che viene utilizzata per trasmettere energia elettromagnetica da una sorgente a un'antenna, o da un'antenna a un ricevitore. La prima è un'antenna trasmittente, mentre la seconda è un'antenna ricevente.antenna.
Figura 1 Percorso di trasmissione dell'energia elettromagnetica
La trasmissione del sistema di antenne 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 è 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 conduttive e 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 trascurando le perdite dovute alla linea di trasmissione e alla riflessione (disadattamento), la potenza massima viene fornita all'antenna in condizioni di adattamento coniugato.
Figura 2
A causa del disadattamento 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 una concentrazione e un accumulo di energia ed è un tipico dispositivo risonante. Un tipico schema di onda stazionaria è mostrato dalla linea tratteggiata nella Figura 2. Se il sistema di antenne non è progettato correttamente, la linea di trasmissione può agire principalmente come un elemento di accumulo di energia anziché come una guida d'onda e un 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 minimizzate selezionando linee di trasmissione a bassa perdita, mentre le perdite dell'antenna possono essere ridotte diminuendo la resistenza di perdita rappresentata da RL nella 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 generalmente necessarie per amplificare 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 assumere diverse forme per soddisfare esigenze specifiche. Possono essere costituite da un filo, un'apertura, un elemento radiante (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 dell'antenna può ridurre i requisiti di sistema e migliorare 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 sezione circolare o rettangolare che si apre gradualmente all'estremità della guida d'onda. È il tipo di antenna a microonde più diffuso. 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'aumento dell'angolo di apertura della tromba, mentre il guadagno non cambierà con le dimensioni dell'apertura. Se è necessario ampliare la banda di frequenza della tromba, è necessario ridurre la riflessione in corrispondenza del collo e dell'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, caratterizzate da ampia larghezza di banda, lobi laterali ridotti ed elevata efficienza, sono spesso utilizzate nelle comunicazioni a relè 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 a microstriscia
La struttura di un'antenna a microstriscia è generalmente composta da un substrato dielettrico, un elemento radiante e un piano di massa. Lo spessore del substrato dielettrico è molto inferiore alla lunghezza d'onda. Un sottile strato metallico posto alla base del substrato è collegato al piano di massa, mentre un altro sottile strato metallico di forma specifica, realizzato sulla parte anteriore tramite fotolitografia, funge da elemento radiante. La forma dell'elemento radiante può essere modificata in diversi modi a seconda delle esigenze.
L'avvento della tecnologia di integrazione a microonde e dei nuovi processi produttivi ha favorito lo sviluppo delle antenne a microstriscia. Rispetto alle antenne tradizionali, le antenne a microstriscia non solo sono di dimensioni ridotte, leggere, a basso profilo e facili da adattare, ma anche facili da integrare, economiche, adatte alla produzione di massa e offrono inoltre il vantaggio di proprietà elettriche diversificate.
RM-MA424435-22 (4,25-4,35 GHz)
RM-MA25527-22 (25,5-27 GHz)
3. Antenna a fessura con guida d'onda
L'antenna a fessura in 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 che permette la radiazione. Grazie alla sua struttura semplice, l'antenna a fessura in guida d'onda può raggiungere un'ampia banda di frequenza e un'elevata efficienza di radiazione, pertanto è ampiamente utilizzata in radar, comunicazioni, sensori wireless e altri settori nelle bande delle microonde e delle onde millimetriche. I suoi vantaggi includono un'elevata efficienza di radiazione, caratteristiche a banda larga e una buona capacità anti-interferenza, per questo è apprezzata 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 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 comunemente utilizzata in campi quali l'analisi spettrale, la misurazione delle radiazioni e i test di compatibilità elettromagnetica (EMC). Presenta un buon adattamento di impedenza e caratteristiche di radiazione ottimali, risultando 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 un'elevata efficienza di radiazione. Grazie alla struttura a spire, l'antenna a spirale raggiunge la diversità di polarizzazione e caratteristiche di radiazione a banda larga, risultando 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 giugno 2024
