Telekomunikacja mikrofalowa

W okresie ostatnich 100, od eksperymentu Marconiego opracowano i zastosowano bardzo wiele ciekawych konstrukcji anten. Opiszemy krótko niektóre z nich.
Anteny przewodowe należą do najprostszych, używanych już przez Marconi’ego i rozwiniętych przez Hertz’a. Najprostszą konstrukcją jest antena dipolowa, pokazana na rys.2.9A.
Antena monopolowa montowana jest na płaszczyźnie uziemionej, bądź na ziemi w przypadku anten radiowych na fale długie, średnia i krótkie. Anteny monopolowe stosowane są powszechnie w telefonach komórkowych. Anteny tego typu promieniują dookólnie.

 
 
Rys.2.9. Antena dipolowa. A).Przykład charakterystyki anteny dipolowej. 
B) Dipol złożony pętlowy.

Anteny przewodowe stosowane są chętnie w zakresie fal radiowych od fal długich do krótkich, a także w zakresie fal  ultrakrótkich. Są to anteny łatwe i tanie w wykonaniu. 
Ciekawą konstrukcję anteny Yagi-Uda (nazwiska japońskich konstruktorów) pokazano na rys.2.10. Pręty metalowe o odpowiednio dobranej długości i w odpowiednich odstępach znacznie poprawiają kierunkowość anteny dipolowej.

Rys.2.10. Konstrukcja anteny Yagi-Uda.  

 Antena helikalna jest otwarciem linii współosiowej do półprzestrzeni, ze specyficznym, spiralnym zakończeniem przewodu wewnętrznego. Antena tego rodzaju ma już charakterystykę kierunkową – rys.2.11.

 

Rys.2.11. Antena helikalna i jej charakterystyka.

Rogi i tuby promieniujące są kolejną rodziną anten związanych z techniką falowodową. Są one naturalnym zakończeniem otwartego do półprzestrzeni falowodu. Anteny tego typu są szerokopasmowe, pracują w całym pasmie falowodu. Ponadto charakteryzują się dobrą kierunkowością. Ich prostą strukturę pokazano na rys.2.12.
 

Rys.2.12. Przykłady anten tubowych. A) Antena tubowa jako zakończenie falowodu prostokątnego. B) Antenatubowa jako zakończenie falowodu cylindrycznego.

Rozwój technologii układów planarnych postawił problem konstrukcji anten planarnych. Na rys.2.13 pokazano antenę zbudowaną w oparciu o linię mikropaskową. Element taki jest prostym obwodem rezonansowym. Pole elektromagnetyczne zostaje wypromieniowane do półprzestrzeni i efekt promieniowania jest właściwie decydującym źródłem strat.
Charakterystyka przedstawionej na ry.2.13 anteny jest bardzo selektywna. Aby ja poszerzyć zwiększa się liczbę elementów promieniujących do 4, 8 lub 16. Charakterystyki anteny znacznie poprawiają się, istotnie rośnie kierunkowość anteny i poszerza się pasmo pracy.
 

Rys.2.13. Przykłady anteny planarnej, wykorzystującej linię mikropaskową.

Anteny z reflektorami parabolicznymi, są oświetlone przez antenę małego rozmiaru, np. tubową – rys.2.12. Rozmiary reflektora są różne, od kilku metrów do 100 metrów (anteny stosowane w radioastronomii). Anteny tego typu mają bardzo duże wzmocnienie i kierunkowość. Stosowane są chętnie w systemach radiolokacyjnych i satelitarnych. 

 

Rys.2.14. Antena tubowa oświetla antenę z reflektorem parabolicznym. 

Szyki antenowe, to szereg elementów promieniujących zasilanych z tego samego źródła sygnału mikrofalowego. Kierunek propagacji zależy od różnicy faz między kolejnymi elementami. Gdy faza sygnałów dochodzących do elementów promieniujących jest taka sama, to wiązka wypadkowa wypromieniowana przez szyk jest prostopadła do linii szyku. Gdy faza sygnałów dochodzących do elementów promieniujących jest zmieniana z jednakowym krokiem od elementu do elementu, to wiązka zmienia kierunek propagacji. Kierunek ten może być zmieniany odpowiednim sterowaniem przesuwnikami fazy. Ponieważ sterowanie przesuwnikami fazy odbywa się elektronicznie, to w rezultacie otrzymuje się antenę o wiązce kierowanej elektronicznie.

Rys.2.15. Szyk antenowy o regulowanym kierunku promieniowania. 

Należy jeszcze dodać, że anteny tego typu mają znakomite charakterystyki promieniowania.