فیلم آموزش مفاهیم آنتن

در این مقاله سه فیلم قدیمی آموزش مفاهیم آنتن آورده شده است. مفاهیم به خوبی و با زبان روان انگلیسی بیان شده که به همگی توصیه می کنم از دست ندید.

دانلود فیلم آموزشی - مفاهیم آنتن: انتشار امواج

دانلود فیلم آموزشی - مفاهیم آنتن: جهت ورزی

دانلود فیلم آموزشی - مفاهیم آنتن: پهنای باند

کانال تلگرام

صفحه Linkedin

پترن آنتن ها

بهره یا گین در آنتن ها بر حسب دسیبل و نسبت به یک آنتن ایزوتروپیک (یک منبع نقطعه ای که در تمامی جهت ها به صورت یکسان و یکنواخت تشعشع می کند) بیان می شود. ساختار فیزیکی آنتن ها، با توجه به فرکانس کاری، باعث ایجاد نقاط دارای گین و بدون گین در اطراف آنتن می شود. در این نقاط میدان ها دارای بهره شده و تقویت می شوند و یا تضعیف می شوند. در این مقاله برای آشنایی شما پترن و مشخصات تعدادی از آنتن های متداول آورده شده است. 

آنتن پارابولیک:

G=20 log (D/λ) + 10 log (a) + 9.938 dB

  D= diameter

  a = illumination factor (typ = 0.6)

  λ = wavelength

Gain (typ.): 10 to 60 dB Bandwidth: 33% (1.4:1)Frequency Limit: 

    Lower - 400 MHz 

                        (due to size)

    Upper - 13+ GHz

Polarization: Polarizationof feedHalf-Power Beamwidth: 1 to 10º

آنتن دیپل:

Gain (typ): 2 dB
Bandwidth: 10% (1.1:1)
Frequency Limit: 
    Lower: none
    Upper: 8 GHz
                        (due to size)

Polarization: Linear 
           (vertical as shown)

Half-Power BW (typ): 
    80º x 360º

آنتن های WHIP عمودی، یک چهارم طول موج:

Gain (typ): 2 to 6 dB
Bandwidth: 10% (1.1:1)
Frequency Limit: 
    Lower: none
    Upper: none

Polarization: Linear 
           (vertical as shown)
Half-Power BW (typ):
    45º x 360º

آنتن های لاگ پریودیک:

Polarization: Linear

Half-Power BW (typ):

60º x 80º

Gain (typ): 6 to 8 dB

Bandwidth: 163% or 10:1

Frequency Limit:
    Lower: 3 MHz
    Upper: 18 GHz

آرایه ی یاگی:

Gain (typ): 5 to 15 dB
Bandwidth: 5% (1.05:1)
Frequency Limit: 
    Lower: 50 MHz
    Upper: 2 GHz

Polarization: Linear
         (horizontal as shown)
Half-Power BW) (typ):
    50º x 50º

لوپ دایره ای:

Gain (typ): -2 to 2 dB
Bandwidth: 10% (1.1:1)
Frequency Limit: 
    Lower: 50 MHz
    Upper: 1 GHz

Polarization: Linear
         (horizontal as shown)
Half-Power BW (typ):
    80º x 360º

لوپ مربعی: 

Gain (typ): 1 to 3 dB
Bandwidth: 10% (1.1:1)
Frequency Limit: 
    Lower: 50 MHz
    Upper: 1 GHz

Polarization: Linear 
         (horizontal as shown)
Half-Power BW (typ):
    100º x 360º

وی VEE:

Polarization: Linear
         (vertical as shown)
Half-Power BW (typ):
    60 deg x 60 deg
Gain (typ): 2 to 7 dB
Bandwidth: "Broadband"

Frequency Limit:
    Lower: 3 MHz
    Upper: 500 MHz
          (practical limit)

هورن:

Gain (typ): 5 to 20 dB
Bandwidth: 
    120% (4:1) - ridged
    67% (2:1) - non-ridged
Frequency Limit: 
    Lower - 50 MHz
    Upper - 40 GHz

Polarization: Linear
         (vertical as shown)
Half-Power BW (typ):
    40º x 40º

کانال تلگرام

صفحه Linkedin

پرشین لی

اون آنتن چیه؟

شما یک مهندس مایکروویو هستید. شاید نتوانید تعداد بارهایی که از شما درخواست برای تعمیر اجاق مایکروویو شده است را بشمارید، حتی اگر برای آن ها توضیح داده باشید که "این کاری نیست که ما می کنیم". به هر حال این داستان ادامه دارد....

امروزه هر کسی یک تلفن همراه دارد، و درک مبهمی از اینکه چگونه صدا یا پیامش به گوشی دیگر منتقل می شود.ممکن است یکبار شخصی متوجه برج آنتن های مخابراتی شده و از شما بپرسد که بر روی آن چه خبر است و شما در بخش دیگری از مایکروویو تخصص دارید و نمی توانید اطلاعات جامعی در اختیارش قرار دهید. 

بنابراین به منظور کمک این مقاله نگارش شده است. البته بسیاری از مخاطبان ما معلومات زیادی در ارتباط با آنتن ها دارند، ولی برای دیگران، برخی از ویژگی های آنتن هایی که در عکس نشان داده شده است را بیان می کنیم.

کانال تلگرام

صفحه Linkedin

طراحی آنتن

مهندسین آنتن شبیه باقی ما نیستند، آن ها زندگی ساده ای با طراحی ساختارهای یک پورتی، پسیو خطی دارند. در حالیکه بقیه ما با مدولاسیون سیگنال بزرگ، تبدیل فرکانس، تحلیل زمانی، ضریب پایداری، دمای کانال، عدد نویز و غیره سر و کار داریم. 

برخورد با 377 اهم: سوالی در ذهن ما در ارتباط با آنتن وجود دارد، امپدانس هوا 377 اهم است، چرا آنتن نیز برای دستیابی به بهترین انتقال توان، دارای امپدانس 377 اهم نیست؟ جوابی که به ذهن ما میرسد این است (اگر اشتباه می کنیم، جواب صحیح را برای ما ارسال کنید). به نظر می رسد که آنتنی با امپدانس 377 اهم خیلی عالی و مناسب است، ولی نیاز به یک سیستم با امپدانس بالا (377 اهم) داریم که به آنتن تطبیق باشد. بنابراین آنتن خودش به عنوان یک مبدل و تطبیق کننده امپدانس عمل می کند. با تبدیل امپدانس، به صورت ایده آل هیچ توانی تلف نشده و مولد(فرستنده)  به بار (فضای آزاد) متصل می شود. در مورد رادیوهای FM، اغلب آنتنی که به رادیو متصل می شود، یک دیپل بوده که دارای امپدانس 300 اهم است. ولی این یک استثنا برای ما به حساب می آید. 

به عنوان توضیح بیشتر می توان بیان کرد: دلیلی که امپدانس آنتن های 377 اهم نیست، این است که کسی در سرزمین RF تصمیم گرفت که امپدانس 50 اهم برای کار عدد مناسبی است. در واقع آنتن مبدل امپدانسی است که تلاش می کند امپدانس استاندارد سیستم های متداول (50 اهم) را به امپدانس 377 اهم هوا تطبیق کند. در واقع استاندارد 50 اهم، توازنی بین ماکزیمم توان انتقالی (ماکزیمم در 30 اهم) و تلفات اندک (مینیمم در 77 اهم) برای کابل کواکسیال با دی الکتریک هوا است. 
در ذیل با معرفی برخی مفاهیم ابتدای آنتن های شروع می کنیم:

تشعشع کننده: عنصر اولیه و ابتدایی هر آنتن. هر آنتن می تواند از چندین تشعشع کننده تشکیل شده باشد. 

Boresight:  جهتی که آنتن را به قصد بیشترین دریافت انرژی الکترومغناطیسی  قرار می دهیم. 

Boresight Error (BSE): قاعدتا ماکزیمم چگالی تشعشعی باید در Boresight اتفاق بیافتد، ولی در دنیای آنالوگ هیچ چیز به طور کامل کار نمیکند. همیشه اندکی انحراف وجود دارد. تفاوت زاویه ی که بورسایت فیزیکی یا اپتیکی با بورسایت الکترومغناطیسی، خطای بورسایت نامیده می شود. این زاویه هنگام دنبال کردن سیگنال رادار بسیار اهمیت دارد. 

Range: فاصله شعاعی از آنتن تا جسم، به ویژه در رادار. آنتن در راستای Azimuth و Elevation سیستم مختصات کروی ای تشکیل داده که برای تحلیل آنتن استفاده می شود. 

Azimuth: زاویه از راست به چپ از یک نقطه مرجع، از 0 تا 360 درجه و یا 180- تا 180 درجه. زاویه Azimuth معمولا با حرف یونانی phi نشان داده می شود. 

Elevation: زاویه با صفحه افقی از 90- تا 90 درجه. با توجه به سیستم مختصات کروی زاویه با محور z.

هم پاسخی : هم پاسخی به این معنی است که آنتن به همان صورتی که ارسال می کند، دریافت نیز می کند. 

پترن آنتن: پترن آنتن، یا پترن تشعشعی، یک گراف دو بعدی (یا سه بعدی) بوده که نشان دهنده تغییرات زاویه ای در یک پارامتر آنتن، مانند شدت میدان الکتریکی در ناحیه میدان دور، است. پترن معمولا در مختصات قطبی و بر حسب dB رسم می شود. 

تشعشع شده کننده ایزوتروپیک: به لحاظ تئوری تشعشع کننده ای که پترن ارسالی و یا دریافتی میدان های الکترومغناطیسی توسط آن در تمامی جهت ها یک سان است. و هیچ تلفاتی ندارد. در عمل هیچ تشعشع کننده ایزوتروپیکی وجود ندارد. 

تشعشع کننده همه جهتی (Omni-directional) : آنتنی که در تمامی زوایای Azimuth به صورت یکسانی تشعشع می کند. 

دیپل: یک نوع متداول از آنتن ها، در ساده ترین حالت اش، که شامل یک سیم بلند از وسط نصف شده که هر کدام از این سیم ها را می توان به یک رسانای خط انتقال متصل کرد. 

پهنای پرتو (Beam Width) : پهنای لوب اصلی که 3 دسیبل از ماکزیمم گین کمتر شده باشد. در شکل بالا پهنای پرتوی آنتن 60 درجه است. 

جهت ورزی (Directivity) : نسبت تشعشع الکترومغناطیسی در یک آنتن واقعی در زاویه ی AZ/EL (معمولا در زاویه بورسایت)  به تشعشع اش در تمامی زوایا که در یک کره میانگین گیری شده باشد. این اندازه گیری در میدان دور انجام می شود. 

جهت ورزی یک آنتن ایزوتروپیک که با شدت میدان مشابه در تمامی جهت ها در حال ارسال سیگنال است، 0dB می باشد. آنتن های جهتی در مقایسه با آنتن ایزوتروپیک سنجیده می شوند. چون این آنتن ها در یک جهت تشعشع می کنند، جهت ورزی آن ها وقتی بر حسب dB بیان می شود، مثبت است. جهت ورزی می تواند به عنوان تابعی از "دهانه موثر" آنتن و طول موج بیان شود:

راندمان: راندمان یک آنتن با توجه به تلفات اهمی سنجیده می شود، و برابر با تقسیم توان تشعشع شده به توان تشعشع شده توسط همان آنتن در حالت ایده آل و بی تلف محاسبه می شود. راندمان تابعی از زاویه AZ/EL نیست. 

بهره: ماکزیمم شدت سیگنال یک آنتن در زاویه مشخص AZ/EL، معمولا در زاویه BORESIGHT، نسبت به (معمولا) آنتن ایزوتروپیک، بر حسب dBi (dB from isotropic) بیان می شود. پهنای پرتو باریک تر دارای بهره ی بیشتر است. بهره برابر با جهت ورزی ضرب در راندمان است، یا جهت ورزی بعلاوه راندمان بر حسب dB.

بنابراین اگر شما شعاع یک روزنه را دو برابر کنید، و یا فرکانس کاری را دو برابر کنید، میتوانید بهره را چهار برابر نمایید ( یا 6dB افزایش دهید). 

در زیر یک رابطه برای محاسبه سر انگشتی بهره آنتن ارائه می کنیم: 

بهره آنتن برابر است با =27000 تقسیم بر (تتا1 ضربدر تتا2)

که در این رابطه تتا1 و تتا2 زوایای صفحات نصف توان به درجه هستند. 

میدان نزدیک: ناحیه نزدیک به آنتن جایی که میدان های الکترومغناطیسی از رابطه ساده (R/یک) تبعیت می کنند.

میدان دور: در ناحیه ای دور از آنتن جایی که چگالی توان الکترومغناطیس (در واحد سطح) با نسبت (2^R/یک) افت می کند. 

لوب های فرعی: پاسخ های دارای بهره ی ناخواسته آنتن، در راستاهایی غیر از راستای لوب اصلی آنتن. 

کانال تلگرام

صفحه Linkedin

مفاهیم امواج الکترومغناطیس در آنتن ها

امواج الکترومغناطیس توسط جریان و بار متغیر با زمان به وجود می آیند. اثر متقابل و تداخل و تعامل امواج الکترومغناطیس با مواد گوناگون از شرایط مرزی قوانین ماکسول تبعیت می کند. امواج الکترومغناطیس می توانند توسط یک ساختار (خطوط انتقال) و یا فضای آزاد هدایت شوند. آنتن ساختاری است که میدان های الکترومغناطیسی را از یک منبع به سمت محیط پیرامون، و یا به صورت هم پاسخ، امواج را از محیط پیرامون به گیرنده هدایت می کنند. شکل و ابعاد آنتن انتقال از ناحیه میدان نزدیک به میدان دور را تعیین می کند. 

رفتار میدان نزدیک به طور واضحی در اطراف یک آنتن کوچک دیده می شود، دیپل الکتریکی یک شیئ خازنی است:

میدان های نزدیک شامل میدان های نزدیک راکتیو، با نام میدان های نزدیک شبه استاتیک نیز شناخته می شوند، و میدان های نزدیک تشعشعی که با ناحیه فرزنل نیز شناخته می شوند. در میدان های نزدیک شبه استاتیک مشاهده می شود که میدان ها به شدت مشابه میدان های الکترواستاتیک یک دیپل شارژ شده برای یک آنتن دیپل و میدان های مغناطیسی یک دیپل مغناطیسی برای یک آنتن حلقه ای (loop antenna) هستند. در آنتن های بزرگ میدان های شبه استاتیک در نزدیک لبه های آنتن قابل مشاهده هستند. 

در ناحیه فرزنل امواج به صورت مشخصی غیر صفحه ای و ممکن است دارای اختلاف فازی باشند که به صورت خطی با فاصله از آنتن تغییر نکند. 

از ناحیه میدان نزدیک به سمت میدان دور، تشعشعات الکترومغناطیسی از حالت امواج کره ای به امواج صفحه ای تغییر حالت می دهند. میدان های دور معمولا ناحیه فرانهوفر نامیده می شوند. 

اگر فاصله شما از آنتن بیشتر از 2d^2/lambda باشد، شما در ناحیه میدان دور قرار دارید. 

حلقه کوچک در یک دیپل مغناطیسی یک شیئ مغناطیسی است. 

در تمامی آنتن های کوچک به لحاظ الکتریکی (کوچکتر از یک طول موج) میدان های نزدیک در محیطی که آنتن قرار دارد، به وجود می آیند. این آنتن به همراه محیط اطرافش است که باعث تشعشع امواج الکترومغناطیس می شود. آنتن های کوچک به لحاظ الکتریکی شامل موارد زیر هستند:

قبل از اینکه به میدان های نزدیک بپردازیم، بهتر است که رفتار میدان های دور را درک کنیم. میدان های الکترومغناطیسی در ناحیه دور از منبع به صورت مسطح بوده و می توان آن ها را امواج صفحه ای در نظر گرفت. چگالی توان به صورت زیر محاسبه می شود:

Ptransmitted/Area spread out = W/m2

در ناحیه میدان دور، میدان های الکتریکی و مغناطیسی متناسب با (شعاع/1) هستند. بردار پوینتیگ (مساحت/توان) با رابطه (E cross H) بیان می شود. بنابراین چگالی توان با نسبت (2^(شعاع)/1) کاهش می یابد. 

آنتن هایی که به صورت الکتریکی بزرگ هستند، منابع بسیار خوبی برای تولید امواج صفحه ای در آزمایشگاه می باشند. یک آنتن بزرگ توان را متمرکز می کند، به این عمل جهت ورزی (directivity) و یا بهره جهتی (directive gain) گفته می شود. در زیر مثال هایی از آنتن های بزرگ آورده شده است.

                      

کانال تلگرام

صفحه Linkedin