Antene Radio [PDF]

Zitiervorschau

Antene radio Dispozitivele care permit captarea sau radierea energiei de inalta frecventa in camp electromagnetic sunt numite antene radio. Antenele radio sunt circuite oscilante deschise, sunt identice atat la receptie cat si la emisie, au aceleasi proprietati si pot fi folosite reciproc. Antenele transforma energia undelor radio in curenti de radiofrecventa sau energia curentilor de inalta frecventa in unde radio. Astfel, ca orice receptor sau emitator de radiofrecventa poseda ca terminal exterior un circuit oscilant deschis prin care va circula energie electromagnetica. Antenele radio sunt dimensionate in functie de lungimea de unda si de parametrii necesari prestabiliti. Un circuit oscilant deschis este realizat din conductor electric, are o inductanta si o capacitate proprie ce ii corespunde unei frecvente precis determinate. Repartitia intensitatii curentului de radiofrecventa intr-un circuit deschis este neuniforma de-a lungul conductorului astfel: la capete este nula si creste maxim la mijloc. In practica, radiatia maxima se obtine prin cuplarea antenei la un emitator ce emite pe frecventa de rezonanta a acelui circuit oscilant deschis. Antenele au frecventa fundamentala, dar si armonice superioare de un numar intreg de ori mai mare decat cea de baza. O caracteristica importanta a antenelor este impedanta care este dependenta de frecventa si necesita adaptare la locul de conexiune a fiderului de coborare al antenei. Caracteristica de directivitate a antenelor este evidentiata prin radiatia intensitatii curentului de radiofrecventa intr-o directie in plan orizontal sau vertical functie de polarizarea antenelor. Directivitatea esta mai pronuntata cand antena radio are un castig de tensiune sporit si rezulta nemijlocit din diagrama de radiatie a acelei antene. In partea opusa directivitatii la 180 de grade, aceste antene directive au o tensiune de radiofrecventa mai mica; daca castigul in tensiune al antenei creste ,in mod corespunzator va scade radiatia in partea opusa; acest efect este numit ”Raportul fata spate”. O proprietate aparte au antenele radio la frecvente mari ”UUS”deoarece se poate creste castigul antenei si micsorarea benzii de trecere pentru o frecventa data. Astfel se pot defini caracteristicile principale ale antenelor radio:     

coeficient de directivitate (functie de castigul antenei); randament (raportul dintre puterea radiata si puterea de radiofrecventa care ajunge la antena de emisie); coeficientul de amplificare (produsul intre coeficientul de directivitate si randamentul antenei); rezistenta de radiatie (legatura intre puterea radiata si intensitatea care circula intr-un punct al antenei); rezistenta antenei (este suma rezistentei de radiatie si rezistenta de pierderi);

  

impedanta (determina gama de frecventa in functie de lungimea si grosimea conductorului); inaltimea efectiva; raportul fata-spate (raportul dintre intensitatea campului pe directia principala si directia opusa); se refera la antene directive.

Energia de radiofrecventa de la antena catre receptor sau de la emitator la antena se transporta prin conductoare electrice numite linii de adaptare sau fideri. Eficacitatea maxima de transport al radiofrecventei este imbunatatita prin intrebuintarea de fideri de buna calitate functie de banda de frecventa si puterea emitatoarelor. Fiderii de transport pot fi bifilari (linie bifilara-simetrica neecranata), linie simetrica ecranata sau cablu coaxial (fider asimetric). Fiderii au impedanta caracteristica proprie (depinde de diametrul conductorului si distanta intre conductoare). Adaptarea fiderilor este necesara pentru a crea conditii optime pentru transportul energiei de la emitator la antena si invers, motiv pentru care se vor intercala intre antena si fider elemente de adaptare. Gradul de adaptare este determinat prin raportul de unde stationare (este raportul dintre energia directa si reflectata).Antenele sunt dispozitivele folosite la emisia şi recepţia undelor radio prin/din aer şi/sau spaţiul cosmic. Sunt folosite pentru a transmite unde radio către locaţii distante, dar şi pentru a recepţiona semnale radio venite de la surse îndepărtate. Antenele sunt folosite nu doar la emisia şi recepţia semnalelor radio ale staţiilor publice de radio pe care le ascultăm zilnic în maşinile și casele noastre. Transmisiile de televiziune folosesc şi ele frecvenţe din spectrul undelor radio, ca şi radarele militare şi civile, telefonia mobilă sau sateliţii artificiali. Majoritatea aparatelor care au încorporate transmiţătoare sau receptoare radio (precum telefoanele mobile, aparatul de radio din mașina fiecăruia, antena clasică "de bulgari" pe care o foloseam înainte de 1989 pentru a vedea mai mult de 2 ore de program TV zilnic, sau mai noile antene satelit, etc.) dispun de o antenă. Practic, antenele convertesc undele electromagnetice în curenţi electrici şi viceversa. Antenele constau în aranjamente de materiale conducătoare de electricitate (cum sunt cuprul şi aluminiul), care generează şi radiază un câmp electromagnetic drept răspuns la aplicarea unei tensiuni electrice (curent electric alternativ) la capetele sale, respectiv care pot fi plasate în mijlocul unui câmp electromagnetic pentru a induce în ele un curent electric, deci pentru a genera un voltaj între capetele lor. Antenele sunt de diferite forme şi dimensiuni, în funcţie de frecvenţele pentru care sunt concepute şi pe care încearcă să le recepţioneze. Antenele pot avea forme plecând de la un fir metalic lung şi destul de solid (asemenea antenelor de la aparatele de radio AM/FM din majoritatea maşinilor noastre), până la formele bizare asemănătoare accesoriilor din bucătărie ale

antenelor satelit (vezi figura - wikimedia.org). Pentru sateliţii aflaţi la zeci de mii de kilometri depărtare, NASA foloseşte antene parabolice imense, de până la 60 de metri în diametru!

Dimensiunea optimă a unei antene radio este legată de frecvenţa undelor electromagnetice pe care antena trebuie să le recepţioneze. Această relaţie are de-a face cu viteza luminii şi distanţa pe care undele electromagnetice o pot parcurge într-un anume interval de timp. Viteza luminii este de 300,000 de kilometri pe secundă. Să presupunem că vrem să construim o antenă de telecomunicații pentru un post de radio care să emită în AM pe frecvenţa de 680 kHz. Trebuie să transmitem în atmosferă o undă electromagnetică sinusoidală cu această frecvenţă. Într-un ciclu complet, adică în intervalul de timp dintre două maximuri succesive ale amplitudinii (puterii) undelor emise, emiţătorul va muta electronii atomilor din antenă într-o direcţie, le va schimba apoi direcţia de deplasare şi va repeta acest ciclu. Cu alte cuvinte, electronii îşi vor schimba direcţia de deplasare de patru ori pe parcursul unui ciclu complet al undei electromagnetice sinusoidale. Dacă emiţătorul lucrează la frecvenţa de 680,000 herţi, acest lucru înseamnă că un ciclu durează (1/680,000)=0.00000147 secunde. Un sfert din această perioadă înseamnă 0.0000003675 secunde. Mişcându-se cu viteza luminii, câmpul electromagnetic indus în antenă de mişcarea alternantă a electronilor poate străbate 0.11 km în acest interval de 0.0000003675 secunde. Ceea ce înseamnă că dimensiunea optimă a antenei emiţătorului care va transmite pe 680 kHz este de aproximativ 110 metri. De aceea posturile de radio AM au nevoie de turnuri de transmisie foarte înalte. Pe de altă parte, în cazul unui telefon mobil care funcţionează la 900 MHz, dimensiunea optimă a antenei este de 8.3 cm. De aceea telefoanele mobile au antene foarte scurte, la modelele de dată relativ recentă acestea fiind chiar încorporate în aparatul propriu-zis.