KOMUNIKACIJSKI SUSTAVI

1. KOMUNIKACIJSKI SUSTAVI 12. Antene_ 2. dio

2. Tanke linearne antene 2 Antene kojima je duljina puno veća od debljine nazivamo linearnim antenama Linearne antene se koriste u obliku dipola, unipola te složenijih struktura od više linearnih antena

3. Dipoli • Dipol je tanka linearna antena koja se sastoji od dva tanka vodljiva štapa i napaja se na sredini • Raspodjela struje po duljini dipola je sinusna IT je vrijednost struje maksimuma stojnog vala 3

4. 4 Raspodjela struje ovisi o duljini dipola, L, u odnosu na valnu duljinu vala,  Raspodjela struje utječe na dijagram zračenja te na ostale parametre antene Jakost električnog polja koje stvara dipol na udaljenosti d je

5. 5

6. Poluvalni dipol z Q = o 78 D x F = o 360 D 6 U primjeni se vrlo često susreće poluvalni dipol, odnosno dipol kojemu je

7. 7 • Parametri poluvalnog dipola: • Otpor zračenja • Impedancija • Usmjerenost • Efektivna površina • Efektivna duljina

8. Punovalni dipol, 8

9. 9 • Parametri punovalnog dipola: • Otpor zračenja • Usmjerenost • Efektivna površina • Efektivna duljina

10. Vertikalni unipol iznad vodljive podloge • Tlo je poluvodič, čija svojstva ovise o frekvenciji • Dielektričnost (permitivnost) r  0 • Tla: 3-15 • Vode: 80 • Vodljivost   0 • Tla: 1-30 mS/m • Vode slatke: 3 mS/m; morske: 4640 mS/m • Struja u tlu sastoji se od pomačne i vodljive komponente

11. Slijedi • Odnosno • Ovisno o vodljivosti i permitivnosti tla, na kritičnoj valnoj duljini k bit će vodljiva i pomačna komponenta jednake • Za tlo kritična valna duljina, odnosno kritična frekvencija može biti od 2 - 200 MHz, za morsku vodu i do 1 GHz – ispod ove frekvencije možemo smatrati tlo dobro vodljivim

12. Vodljiva struja u anteni inducirat će struju u vodljivom tlu (podlozi) I v Q Q I + + v + - - -Q - v -Q I’ v I’

13. Inducirane struje u tlu utječu na zračenje antene • Vertikalni dipol – inducirana struja potpomaže polje • Horizontalni dipol – inducirana struja je suprotnog smjera od struje u dipolu i prigušuje polje – posljedica: val horizontalne polarizacije ne može se prostirati ispod kritične frekvencije

14. Unipoli (štap antene) • UNIPOL je ravan vodič smješten okomito iznad vodljive plohe – napajanje je asimetrično. • Uz pretpostavku vodljivosti plohe, unipol visine H ima identičan dijagram zračenja kao dipol duljine L=2H, ali dakako samo iznad vodljive plohe. • Impedancija unipola jednaka je polovici impedancije ekvivalentnog dipola. • Prema tome dovoljno je odrediti parametre dipola iz kojih se onda jednostavo izvode parametri unipola. • ELEKTRIČNI KRATKI UNIPOL- H<< • Raspodjela struje je linearna

15. Antene za područje do 30 MHz • Električki kratki unipoli (kratke štap antene) • L, T i kišobran antene • Četvrtvalni unipoli (H=/4) na višim frekvencijama • Usmjerenost D=3.3 (5.2 dB) • Efektivna visina • Efektivna površina

16. Antene za područje 30 – 3000 MHz • Poluvalni dipoli • Unipoli • Yagi antene • Linearno-logaritamske antene • Spiralne antene • Okvirne antene • Antenski nizovi

17. Yagi antena

18. Yagi antena se sastoji od jednog aktivnog poluvalnog dipola i dva ili više pasivnih dipola • U smjeru maksimalnog zračenja dipoli su obično kraći i nazivaju se direktori. • U suprotnom je smjeru jedan dipol duži od /2 i naziva se reflektor. • U pasivnim dipolima javljaju se struje pod utjecajem zračenja aktivnog dipola. • Uz pravilno odabrane razmake između dipola sekundarna zračenja će imati istu fazu kao i zračenje aktivnog dipola. Korekcija faze se dodatno popravlja dužinom pasivnog dipola, jer ona utječe na međuinduktivnu vezu između dipola (udaljenosti su oko 0.125 do 0.25).

19. Povećanjem broja pasivnih dipola • povećava se usmjerenost (sa 3 elementa do 7 dB, 4 elementa 8.5 dB, 5 elemenata 9.5 dB, itd.) • povećava se duljina antene • sužava se frekvencijski pojas (nekoliko postotaka radne frekvencije) • smanjuje se impedancija antene • Povećavanje impedancije antene i povećanje širine pojasa ostvaruje se savijenim dipolom Impedancija savijenog dipola je 4 puta veća od impedancije običnog poluvalnog dipola Širina pojasa antene sa savijenim dipolom je 2 puta veća

20. Linearno-logaritamska antena • To je sustav napajanih elemenata različita geometrijskog oblika u logaritamskoj strukturi • Izrađuju se površinske i žičane • Logaritamska struktura osigurava širokopojasnost • Unutar frekvencijskog pojasa zadržavaju približno iste karakteristike dobitka i impedancije • Relativno malo pojačanje – 8.5 dBd (u odnosu na poluvalni dipol) • Odnos naprijed – nazad 25 do 35 dB

21. Najjednostavnija konstrukcija je sa elementima u obliku štapa koji predstavljaju logaritamko-periodički niz dipola. Razmaci i duljina dipola udovoljavaju uvjetima:

22. Simetrično napajani dipoli priključuju se na stezaljkama najkraćeg dipola. Kada anatena radi kao odašiljačka, val se prvo širi duž pobudnog voda, praktično bez zračenja. Priključeni dipoli koji su kraći od /3 djeluju kao kapacitivni teret i ne doprinose aktivno zračenju. U zračenju sudjeluju dipoli dužine od /3 do /2. • dužinama najkraćeg i najdužeg dipola određene su i minimalna i maksimalna valna duljina • Lmax=max /2 i Lmin=min /2 • ulazna impedancija je oko 100  • broj elemenata antene N

23. Spiralne antene • Helikoidne, konusne, sferne i druge • Izrađuju se od vodiča konstantnog presjeka, metalnih traka konstantne i promjenjive debljine 

24. Helikoidna antena • Žičana spirala postavljena okomito na vodljivu površinu • d/2 – radijus antene • a – krak spirale • N – broj zavoja • L – dužina zavoja • A = N.a – dužina spirale

25. za L < 3/4 zračenje je radijalno (ne koristi se) • za 3/4 < L < 4/3 aksijalno zračenje u smjeru spirale - kružno polarizirani val ovisno o smjeru namatanja spirale • -za L > 4/3 konusno zračenje (rijetko se koristi) • Najveća širina opsega za =120 do 160 za broj zavoja veći od 3 • Rzr= 60 – 90  • Empirijski izrazi kod aksijalnog moda zračenja

26. Okvirne antene uz

27. Slijedi • Uz i

28. Napon na stezaljkama okvirne antene bit će najveći kada je kut između vektora S i Poyntingova vektora jednak 900 • Iz ove se relacije lako može dobiti efektivna duljina okvirne antene • Otpor zračenja okvir antene • Usmjerenost okvirne antene ovisi o njezinu opsegu l

29. Mikrovalne antene • Koriste se za dm, cm i mm valno područje • Na nižim frekvencijama koriste se linearni žičani i helikoidni radijatori, na višim frekvencijama otvor antene, reflektor antene i leća antene • Mikrovalne antene se koriste kod usmjerenih veza velikih kapaciteta i kod satelitskih komunikacija

30. Otvor (prorez) antene • Kod ovih se antena koristi pojava da se na prorezu valovoda zrači energija elektromagnetskog vala • Prednost ovih antena je da nema isturenih dijelova – primjena kod aviona • Često se koristi više proreza gdje dijagram zračenja ovisi o razmaku između proreza

31. Lijevak antene • Otvoreni valovod zrači energiju EMV-a pri čemu je radijacijska komponenta polja proporcionalna površini otvora. • Usmjernost je veća kod otvora većih dimenzija, ali s povećanjem površine presjeka valovoda pojavljuju se viši modovi (uzrokuju protufazna polja na pojedinim mjestima) • Kako bi se valovodu povećala površina, a izbjegli viši modovi valovod se pri kraju postepeno širi u lijevak – dobije se lijevak antena

32. Val se valovodom širi samo osnovnim modom, a zatim se valovod postepeno proširuje u E ili H ravnini • Na prijelazu valovoda u lijevak nastaju viši modovi, ali ako proširenje nije prenaglo viši modovi se dovoljno ponište do mjesta iza kojega se širi val u prostor

33. Reflektor antene • Uz osnovni radijator često je sastavni dio antene ravni, kutni ili parabolni reflektor • Reflektor je načinjen od vodljivog materijala, često od paralelnih vodiča koji su postavljeni u smjeru vektora jakosti električnog polja, te su s razmakom manjim od /10 • Ravni reflektor • Uklanja zračenje iz smjera suprotnom glavnom zračenju • Primjer: TV odašiljačka antena - na ravni reflektor postavljaju se 4 punovalna dipola istofazno napajana, postavljenih na razmaku /2

34. Antena s parabolnim reflektorom

35. Parabolni reflektor se izrađuje od dobro vodljivih materijala, a geometrijski odgovara dijelu rotacionog paraboloida ili parabolnog cilindra. • Parabola je krivulja kojoj su sve točke jednako udaljene od jedne točke – žarišta (fokusa) i jednog pravca • U žarište se postavlja primarni radijator – antena koja zrači prema reflektoru. U reflektoru se induciraju struje, te se on ponaša kao sekundarni izvor zračenja • Zahvaljujući geometrijskim svojstvima parabole reflektirani val će imati istu fazu na ravnini (fronta vala je ravnina) – ravni transferzalni val • Time se ostvaruju dobici antene reda 30-40 dB • Za ostvarivanje maksimalnog dobitka snaga na rubu reflektora treba biti manja za 10 dB u odnosu na snagu u središtu, a dobitak možemo računati kao

36. Kao primarni radijatori koriste se koaksijalni dipoli u m i dm području, te prorez antene, lijevak i spiralne antene u cm i mm području • Ovakve se antene koriste u radiorelejnim vezama velikog kapaciteta, satelitskim vezama i radioastronomiji

37. Antenski nizovi • Da bi se povećala usmjerenost antene koriste se nizovi istovrsnih antena (elementarnih radijatora) – linearni i planarni nizovi • Geometrijskim rasporedom elemenarnih antena, te njihovim napajanjem određuju se svojstva zračenja antenskog niza • Korištenjem nizova efektivno se povećava površina antene, što je neophodno na višim frekvencijama • Često se koriste poluvalni ili punovalni dipoli kao elementarni radijatori

38. Ako se jakost polja u dalekoj točki elementarnog radijatora izrazi kao • Gdje je polje elementarnog radijatora pobuđenog jediničnom amplitudom i fazom 0, Ai amplituda pobude i-tog radijatora, a i faza pobude • Ukupno polje antenskog niza od N elementarnih radijatora računa se kao • Gdje je i faza ovisna o položaju centra i-te antene u odnosu prema ishodištu • F se naziva faktorom niza