مخابرات

آشنایی با آنتن ها و انواع آن

 

آنتن

 

آنتنیک المان مخابراتی است که کار آن تبدیل سیگنال الکتریکی  به امواج الکترومغناطیسی ( در حالت فرستندگی )  و تبدیل امواج الکترومغناطیسی به سیگنال الکتریکی (در حالت گیرندگی) است. آنتن‌ها ساختارهای متنوعی دارند که با توجه به کاربرد، تعیین می‌شوند


 

یکی از ساده‌ترین ساختارهای ممکن برای یک آنتن، آنتن‌های سیمی هستند.

 

معمولا در گیرنده‌ها هر آنتن به ازاء یک فرکانس مشخصی، به تشدید درآمده و به ازاء آن فرکانس، ولتاژ ماکزیمم مشخصی تولید می نماید. هرگاه طول آنتن متناسب با طول موج دریافتی باشد، موج کاملا در آنتن قرار می گیرد و اصطلاحا می گویند آنتن رزنانس شده و یا به تشدید در آمده است یعنی آنتن با موج رسیده هماهنگ شده است و در این حالت ولتاژی که به آنتن رسیده، حداکثر است .

 

البته نیازی نیست که طول آنتن حتماً با طول موج رسیده کاملا برابر باشد، زیرا جهت رفع این مشکل سیم پیچی را به همراه یک یا دو خازن متغیر به آنتن اضافه می کنند تا حالت تشدید را در آنتن بوجود آورند.

 

جنس آنتن : معمولا آنتن‌ها را از یک فلز هادی و سبک مانند آلومینیوم درست می کنند .

 

طول آنتن :با آزمایش‌ها تجربی نتیجه می‌شود که کوتاه‌ترین آنتن، باید طولش برابر با نصف طول موج فرستنده باشد.

 

پارامتر‌های اساسی آنتن

 

پارامتر‌های مختلفی برای طراحی یک آنتن مطرح می‌شوند، می‌توان گفت مهم‌ترین این پارامتر‌ها، ۳ پارامتر سمت‌گرایی (جهت)، گین و پهنای‌باند است. در زیر به معرفی این ۳ پارامتر می‌پردازیم:

 

سمت گرایی (Directionality)

 

آیا تا به حال سعی در تنظیم یک آنتن داشته اید تا کیفیت سیگنال دریافتی را افزایش دهید؟ در واقع شما سعی داشتید تا زاویه‌ مناسب آنتن را جهت دریافت بهتر امواج الکترومغناطیسی پیدا کنید. به عنوان مثال به هنگام گوش دادن به رادیو AM با چرخش رادیو کیفیت سیگنال دریافتی بهتر می‌شود. این بدین معنی است که آنتن سیم‌پیچ به دور هسته فریب در رادیو یک آنتنِ جهت دار است. با چرخش رادیو به طوری که مولفه میدان مغناطیسی امواج رادیویی AM بیشترین اثر را بر سیم‌پیچ بگذارد، کیفیت سیگنال بهتر می‌شود.

 

آنتن FM در رادیو آنتن جهت داری نیست، اگر کیفیت امواج در محیط مناسب باشد، با باز کردن آنتنِ تلسکوپی رادیو در هر جهتی می‌توان کیفیت مطلوبی را دریافت نمود.

 

این امر را توسط پارامتری موسوم به سمت‌گرایی توصیف می‌کنند. البته پارامتر سمت‌گرایی در همه جا امر مطلوبی نیست. به طور مثال آنتن گیرنده موبایل یا گیرنده‌های GPS باید کمترین میزان سمت‌گرایی را داشته باشند، چرا که باید بتوانند در هر وضعیتی حداکثر امواج را دریافت کنند.

 

گین (Gain)

 

گین یا همان بهره آنتن، یکی از مهم‌ترین پارامترهایی است که در طراحی آنتن باید به آن توجه داشت. یک تلویزیون یا رادیو بدون آنتن، سیگنالی به شدت ضعیف و پر نویز را می‌گیرد. دلیل این امر این است که سایر قسمت‌های فلزی موجود در آن‌ها به عنوان آنتن عمل کرده که در جهت خاصی متمرکز نیستند. حال با اضافه کردن یک آنتن در جهت مناسب، سیگنال بسیار بهتری دریافت خواهیم کرد؛ در واقع باعث افزایش گین یا بهره‌وری سیگنال شده‌ایم.

 

گین یا بهره در واحد «دسی‌بل» (Decibels) اندازه‌گیری می‌شود. به عنوان قاعده‌ای کلی به یاد داشته باشید که هرچه گین یک آنتن بیشتر باشد، سیگنال ارسالی یا دریافتی بهتری خواهید داشت.

 

پهنای باند (Bandwidth)

 

پهنای باند آنتن، دامنه فرکانسی (یا طول موج) است که در آن به طور موثر کار می‌کند. پهنای باند وسیع‌تر، این امکان را به ما می‌دهد که رنج وسیعی از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس‌های مختلف را انتخاب کنیم. به عنوان مثال چندین کانال مختلف تلویزیونی با فرکانس‌های مختلف (اما نزدیک بهم) را یکجا داشته باشید.

 

البته برای کاربرد‌هایی خاصی که ارتباط شما در فرکانسی خاص برقرار است، بهتر است که پهنای باند آنتن کم باشد تا نویز پذیری آن کاهش یابد.

 

انواع آنتن ها :

 

  • آنتن مونو پل( تک قطبی)
  • آنتن نیم موج (هرتز)
  • آنتن مارکونی
  • آنتن یاگی
  • آنتن هورن (شییپوری)
  • آنتن بشقابی
  • آنتن تلسکوپی
  • آنتن میکرواستریپ

 

آنتن تک قطبی چیست ؟

 

آنتن تک قطبی ( monopole antenna)‏ نوعی آنتن است که به صورت میله‌ای است و در بالای یک صفحه رسانا قرار می‌گیرد و معمولا نسبت به آن قائم قرار می‌گیرد. به صفحه مذکور صفحه زمین می‌گویند. پس منظور از زمین در این نوع آنتن‌ها، با زمین عرفی فرق دارد. منبع تغذیه در این نوع آنتن‌ها در بین میله و زمین قرار می‌گیرد و یک سر آن به میله و سر دیگر آن به زمین وصل  می‌شود. این آنتن در مقابل آنتن دوقطبی قرار دارد که دارای دو میله است که منبع تغذیه بین آن دو میله قرار می‌گیرد.

 

طبق روش تصاویر ‏(en)‏ این آنتن کارکرد آنتن دوقطبی به طول دو برابر این آنتن را دارد. به این صورت که موج از فضا یا مستقیما به خود میله آنتن می‌خورد که گویی به نیمه بالایی در آنتن دوقطبی برخورد کرده است یا به زمین خورده و سپس به میله منعکس می‌شود که گویی به نیمه پایینی آنتن در آنتن دوقطبی برخورد کرده است.

 

مزیت این آنتن نسبت به آنتن دوقطبی ابعاد کوجک تر آن است که باعث افزایش استفاده آن در موارد عملی شده است. این آنتن‌ها در اتوموبیل‌ها هم به کار می‌رود که در این حالت سقف اتوموبیل به عنوان صفحه زمین عمل می‌کند. بدیهی است که در این حالت میله آنتن کاملا افقی قرار نمی‌گیرد.

 

در این آنتن مثل آنتن دوقطبی برای این که بدانیم پترن به چه صورتی است باید بدانیم طول آنتن چند برابر طول موج است. مثلا آنتن‌های تک قطبی که طول آنها کمتر از ربع طول موج است فقط یک لوب (lobe) دارند. به هریک از گلبرک‌هایی که در شکل روبرو در پترن آنتن دیده می‌شود یک لوب می‌گویند.

 

آنتن دو قطبی چیست ؟

 

آنتن دوقطبی :‏ نوعی آنتن رادیویی است که از یک سیم ساده با یک عنصر خودکار مرکزی تشکیل شده است. این سیستم شامل دو فلز رسانای سیمی است که به صورت موازی و در یک خط در فاصله نزدیکی از هم قرار دارند. همچنین یک ولتاژ نوسانی به مرکز آنتن، بین دو سیم اعمال می شود. این آنتن یکی از ساده‌ترین آنتن هایی است که از دیدگاه تئوری قابل حل و دارای نتایج کامل است. به همین دلیل دارای اهمیت است. این آنتن توسط فیزیکدان آلمانی هاینریش هرتز اختراع شد و در سال ۱۸۸۶ پیشگام کارهای آزمایشی آن بود. نوع پرکاربرد این آنتن که آنتن نیم‌موج نامیده می‌شود از دو میله به طول یک چهارم طول موج ارسالی یا دریافتی بهره می‌گیرد. در مجموع این آنتن طولی برابر نصف طول موج دارد.

 

آنتن دوقطبی کاربرد وسیعی در ارسال امواج رادیو تلویزیونی دارد. با استفاده از آنتن دوقطبی می‌توان امواج را با قطبش فرستاد به شکلی که می‌توان از طیف فرکانسی استفاده دوچندان کرد. این روش بویژه در ارسال سیگنال ماهواره بسیار استفاده میشود.المان جریان به صورت فرضی، یک قطعه بی نهایت کوچک رساناست که جریان متغیری را حمل می کند. توجه شود که دو قطبی به طور فیزیکی قابل ساختن نیست زیرا در واقعیت برای تولید جریان نیاز به نقطه ای برای وارد شدن جریان و یک نقطه برای خارج شدن جریان است. اما به طور واقعی تر، یک قطعه کوچک از سیم را که قسمتی از یک چند قطبی است را به عنوان دو قطبی در نظر می گیریم و به همین دلیل مجبور هستیم که یک آنتن واقعی را به قسمت‌های کوچکی تقسیم کنیم تا بتوان آن را به طور تحلیلی مورد محاسبه قرار دهیم.

 

دوقطبی کوتاه :

 

یک دو قطبی کوتاه به صورت فیزیکی به شکل دو رسانای با طول کل L که در مقایسه با طول موج بسیار کوچک است در نظر گرفته می شود. دو سیم رسانا در مرکز دو قطبی با هم موازی می شوند. همچنین فرض می کنیم که جریان در مرکز دو قطبی بیشینه است و به طور خطی در انتهای سیم به صفر میل می کند.توجه شود که جهت جریان در هردو شاخه آنتن هم جهت هستند.

 

1

 

نمایشی از یک آنتن گیرنده دوقطبی، میدان الکترومغناطیسی باعث حرکت الکترون‌ها در آنتن گیرنده می‌شود.

 

آنتن سهموی چیست ؟

 

آنتن سهمَوی شِکل ( Parabolic Antenna) آنتنی بازتابنده با بهرهٔ بالا می‌باشد که برای رادیو، تلویزیون و ارتباطات داده‌ای و همچنین سیستم موقعیت رادیویی (رادار) در باندهای UHF و SHF طیف الکترومغناطیسی

 

به کار می‌رود. طول موج نسبتا کوتاه تشعشع الکترومغناطیسی در این فرکانس‌ها اجازه می‌دهد تا بازتاب کننده‌ها پاسخ مورد نظر را بسیار جهت دار برای ارسال و دریافت به نمایش بگذارند.

 

آنتن‌های سهموی شکل به عنوان آنتن‌های بهره بالا برای ارتباطات نقطه به نقطه، در کاربردهایی مانند لینک‌های باز پخش مایکروویو (Microwave Relay Links) که سیگنال تلویزیون و تلفن را بین شهرهای نزدیک انتقال می‌دهند، لینک‌های بیسیم شبکه گسترده(WAN) و شبکه محلی(LAN) برای انتقال دیتا،ارتباطات ماهواره ای و آنتن‌های ارتباطی فضاپیما و همچنین در تلسکوپ‌های رادیویی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

2

 

نمایی از یک آنتن سهمی شکل، این نوع آنتن‌ها در نجوم رادیویی به وفور استفاده می‌شوند.

 

آنتن گنبدی چیست ؟

 

آنتن‌پوش یا ریدوم ( radome)‏ به سازه‌ای معمولاً کروی‌شکل گفته می‌شود که از جنس فایبرگلاس است و برای مصون نگه داشتن آنتن‌ها در برابر عوامل طبیعی بر روی آن‌ها قرار داده می‌شود.

 

از دلایل استفاده از این پوشش، محافظت از سرما و گرما و خوردگی ناشی از باران است. دلیل دوم پوشاندن آنتن از دید دیگران است که مثلا در کاربردهای نظامی می توان از آن برای پوشاندن آنتن از دید دشمن استفاده کرد. دلیل سوم ایجاد مرز بین آنتن و محیط اطراف است. مثلا در آنتن های چرخان می توان از ریدوم استفاده کرد برای این که به افرادی که از کنار آن عبور می کنند برخورد نکند.

 

آنتن پوش ها از جنس هایی ساخته می شوند که دارای ضریب گذردهی الکتریکی و همچنین نفوذپذیری مغناطیسی بسیار کمی باشند که بر روی امواج الکترومغناطیس که بین محیط و آنتن درون آنها رد و بدل می شود اثر نامطلوب نداشته باشد.

 

تیونر آنتن چیست ؟

 

تیونر آنتن یا مجموعه گیرنده(ای تی یو) به میان گیرنده‌ای متصل است که یک مقاومت ثابت دارد (معمولا ۵۰ اهم برای گیرنده‌های مدرن) برای گیرندگی (که معمولاً از خط آنتن می‌آید) با مقاومتی که میزان معینی ندارد، یا اینکه پیچیده است، یا اینکه مشخص نیست میزان آن چقدر است. این عدم تطابق معمولاً به خاطر استفاده از آنتن غیر رزونانت پدید می‌آید.

 

چند نوع آنتن دیگر :

 

1.    آنتن مارکنی(marconi antenna)

 

آنتن مارکنی یک آنتن یک قطبی با طول لاندا چهارم است که بطور عمود بر روی زمین نصب میشود.زمین انرژی تابیده شده بر خود را بازتاب میکند. در اثر این بازتاب تصویر آنتن لاندا چهارم در زمین ظاهر میشود که میتوان به عنوان یک آنتن فرضی در نظر گرفت که قرینه ی انتن اصلی نسبت به سطح زمین است.این آنتن فرضی را سایه آنتن اصلی می نامند.در شکل چگونگی تشکیل سایه و منحنی های توزیع ولتاژ جریان در یک نمونه آنتن اتومبیل نشان داده شده است.

 

آنتن مارکنی را آنتن تصویری می نامند عملکرد این آنتن و تصویرش عینا شبیه آنتن نیم موج است.آنتن اتومبیل یک آنتن مارکنی است.بدنه ی فلزی اتومبیل به عنوان آنتن عمل میکند و اثر تصویر آنتن ضاهر میشود.

 

.2آنتن دیپل نیم موج خمیده:

 

آنتن دیپل نیم موج خمیده به طول لاندا تشکیل شده است که پس از خم شدن آنتن طول لاندا دوم را تشکیل میدهد.در وسط آنتن بریدگی کوچکی که در مقایسه با طول آن ناچیز است وجود دارد امپدانس آنتن دیپل خمیده300 اهم است.از این آنتن برای تطبیق خط انتقال دو سیمه 300اهمی در تلویزیون سیاه سفید استفاده میشود.

 

.3 آنتن با میله ی فریت:

 

آنتن با میله ی فریت در تمام گیرنده های رادیوییMWوSWبه کار میرود.فریت ماده ای با قابلیت نفوذ مغناطیسی زیاد است.آنتن با میله ی فریت آنتن کوچکی است که در داخل گیرنده های رادیویی جای میگیرد.این میله به عنوان هسته در بوبین کادر آنتن قرار میگیرد.استفاده ازبوبین با هسته ی فریت دریافت امواج الکترومغناطیس را آسان میکند.دریافت امواج الکترومغناطیس زمانی حداکثر است که فریت و میدان مغناطیسی در یک جهت قرار گیرند.

 

4. آنتن یاگی(yagi atenna):

 

این آنتن اولین بار توسط اشخاصی به نامهای یاگی اودا ساخته شد و به بازار عرضه گردید میله ی خم شده را که روی آنتن قرار دارد دیپل تاشده می نامند و هم چنین به میله ای که در پشت آنتن قرار دارد و طول آن بزرگتر است رفلکتور یا منعکس کننده می نامند و میله هایی که در جلوی دیپل تا شده قرار دارند و طول آنها از دیپل تا شده کوچکتر است را دایرکتور می گویند.

 

قرار دادن این اجزا باعث میشودآنتن جهت دار شود.به عبارت دیگر به یک سو یا جهت هدایت شوند و منطقه ی خاصی را پوشش دهند.از آنتن یاگی برای دریافت امواج VHFوUHF تلویزیونی استفاده میشود.در آنتن یاگی فاصله ی بین میله ها و طول هریک از میله ها باید مشخص باشد.

 

3

 

نمایی از یک آنتن یاگی. بازتابنده‌هایی برای بهبود گیرندگی در این مدل طراحی شده‌اند

 

.5 آنتنهای بقشابی (dish antenna):

 

آنتن گیرنده و فرستنده هایی که در طیف میکروویو کار میکنند(محدوده فرکانسی1تا100گیگاهرتز)آنتن های جهت دارند بنا به دلایل زیر نیاز به این آنتن اهمیت ویژه ای دارد.

 

1.    چون آنتن گیرنده دقیقا در جهت آنتن فرستنده قرار دارد لذا عملا آنتن تمام جهت نمی تواند کارایی داشته باشد.

 

2.    گیرنده این باند نسبت به گیرنده هایی که با فرکانس کمتر کار میکنند در مقابل نویز حساسیت بیشتری دارند لذا سیگنال رسیده به این نوع آنتن باید تا حد امکان قوی باشد.

 

3.    هر قدر فرکانس افزایش یابد ابعاد وسایل الکترونیکی مرتبط با آن کوچکتر میشود,لذا عملا توان الکتریکی دستگاه بطور نسبی کاهش می یابد.

 

4.    از امواج میکروویو برای انتقال و دریافت انرژی به فواصل دور استفاده میشود میزان انرژی دریافتی توسط گیرنده خیلی ضعیف میگردد,بنابراین استفاده از آنتن با بهره ی زیاد ضروری است.

 

5.    به علت کاربر وسیع باند میکروویو مانند رادار و غیره سمت یابی و اندازه گیری میدان ضروری است.

 

آنتن با منعکس کننده ی سهموی (بقشابی)

 

هرگاه به یک آنتن سهموی شکل از فاصله ی بسیار دور نور یا امواج رادیویی تابانده شود.این امواج پس از برخورد با سطح داخلی سهموی در نقطه ای متمرکز میشوند که آن را کانون سهمی گویند و آن را با Fنشان میدهند.از سوی دیگر هرگاه منبع تشعشعی در کانون سهموی قرار گیرد تمام امواجی که از منبع خارج میشوند در راستای خطAB به موازات منعکس میگردند.

 

دراین حالت تمام امواج منعکس شده با هم هم فاز بوده و یک پرتو بسیار شدید را در امتداد محورABبوجود می آورند.سایر امواج که از جهات دیگر وارد سهموی میشوند به علت تفاوت درمسیر آنها یکدیگر را خنثی میکنند.لذا آنتنهای سهمی شکل دارای بهره ی جهتی بسیار زیادند.در شکل ساختمان آنتن بشقابی را مشاهده میکنید.برای انقال انرژی به آنتن سهمی شکل از خط انتقالی شبیه لوله آب (تو خالی)که وظیفه ی آن هدایت سیگنال با فرکانس بالاست.

 

برای بهترین دریافت ویا انتشار امواج, باید آنتن در کانون سهمی قرار گیرد.از آنجا که امواج ارسالی از طریق این آنتن در محدوده ی گیگاهرتز قرار دارند,مانند نور عمل میکنند این امواج از اجسامی با چگالی بالا (جرم حجمی بالا) و ضریب انکسار زیاد مانند طلقهای ضخیم یا شیشه عبور میکنند.هم چنین در مقابل منعکس کننده ها از خود خواص نور نشان میدهند.

 

مبدل در آنتن بقشابی:

 

پس از دریافت امواج میکروویو و تمرکز آنها در کانون سهمی لازم است امواج به محدوده فرکانسی پایین تر تبدیل شوند تا بتوان آنها را برای موارد خاص مانند تلویزیونواستفاده کرد.

 

برای این منظور یک مدار مبدل استفاده میکنند.این مبدل را اصطلاحا LNB می نامند LNB حرف اول کلمات Low Noise Block  به معنی بلوک با نویز کم است LNBشامل دو بخش جداگانه LNA و LNC است.

 

LNA

حروف اول کلماتLow Noise Amplifir    و به معنی تقویت کننده با نویز بسیار پایین میباشد.این طبقه عمل تقویت کنندگی امواج دریافتی را بر عهده دارد.

 

LNC

حروف اول کلمات  Low Noise Convrterو به معنی تبدیل کننده فرکانس با نویز کم میباشد.

 

LNB

کانون DISH قرار میگیرد و ضمن دریافت امواج ارسالی از بشقاب ,آنها را تقویت و به امواجی با محدوده فرکانسی کم تبدیل میکند تا برای دستگاه مرتبط با آن قابل استفاده باشد

 

4

 

نمایی از آنتن بشقابی

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *