Antena

Introducere

Antena este un dispozitiv cu ajutorul căruia este posibilă ca o energie de radio frecvență să fie radiată într-un anumit mod (antena de emisie) sau care permite să capteze energia dintr-un câmp electromagnetic de radio frecvență pentru a fi prelucrată de către un receptor (antena de recepție). ¹
Astfel antenele pot fi împărțite în:

• antene de emisie,
• antene de recepție,
• antene reciproce (aceeași antenă folosită la emisie și recepție).

Din punct de vedere a direcție de radiație antenele se împart în:

• antene omnidirecționale, unde radiația este aproximativ aceeași în orice direcție. Acestea sunt folosite cu precădere în aplicațiile unde emițătorul trebuie să deservească un număr mare de receptoare, în mod uniform, într-un areal geografic extins, de exemplu radiodifuziunea sau în cazul în care emițătorul sau receptorul își schimbă poziția (se află în mișcare);
• antene direcționale, unde radiația se manifestă cu precădere pe o anumită direcție. Acestea sunt folosite cu precădere în aplicațiile unde emițătorul deservește un număr de receptoare aflate într-un anumit areal geografic, de exemplu televiziunea sau în cazul în care emițătorul și receptorul nu-și schimbă poziția (relativ la distanță dintre cei doi modificările de poziție sunt insignifiante). De asemenea acestea mai sunt folosite atunci când se dorește aflarea locației unei surse de emisie, prin orientarea antenei pe direcția cu semnal de putere maxim, ca de exemplu în radiogoniometrie sau aplicații radar.

În funcție de orientarea, fața de sol, a elementului ce radiază întâlnim:

• antene cu radiație verticală;
• antene cu radiație orizontală.

Caracteristicile antenelor

Fiecare antenă are o serie de date caracteristice, necesare în aprecierea calităților lor.

1. Impedanța

Este o mărime ce caracterizează în esență proprietățile de impedanță ale unei antene în punctul de alimentare respectiv în locul de conexiune al cablului de coborâre (fiderului).
Având în vedere că antena este un element rezonator acesta are impedanța dependentă de frecvență.
În regim de radiofrecvență atât pe emițătoare cât și receptoare este indicată impedanță antenei acceptată, de obicei 50 Ω. Dacă în cazul receptoarelor o inadaptare a impedanței antenei cu receptorul poate duce la o proastă recepție, în cazul emițătoarelor inadaptarea (depinde de mărime acesteia) duce la scăderea randamentului antenei sau poate duce la defectarea emițătorului în cazul diferențelor mari de adaptare. În scopul eliminării acestor inadaptări de impedanță se folosesc dispozitive de adaptare ca: bucle, transformatoare sau tunere.

2. Diagrama de radiație (caracteristica de directivitate)

Dacă o antenă lucrează ca antenă de recepție sau de emisie, ea primește sau transmite energie de diferite intensități din diferite direcții. Reprezentarea grafică a acestei comportări este numită caracteristică sau diagramă de radiație. Pentru reprezentarea grafică este folosită așa numita diagramă polară.

3. Câștigul

Câștigul (G) al unei antene de recepție este raportul dintre puterea (\(P_a\)) captată de antenă de recepție respectivă și puterea (\(P_N\)) captată de un dipol în \(\frac{\lambda}{2}\), dacă ambele antene se găsesc într-un câmp electromagnetic omogen și dacă sunt iradiate pe direcția lor principală de recepție:

\[ G = \frac{ P_a}{P_N}\]

Câștigul se exprimă cel mai bine în unități logaritmice (dBd)

\[ G = 10 \cdot lg \frac { P_a}{P_N} [dBd]\]

De asemenea câștigul îl mai întâlnim exprimat în dBi fiind raportat la o antenă izotropică, relația de transformare între dBd și dBi, fiind:

\[ 1 \cdot [dBd] = 2,15 \cdot [dBi]\]

4. Raportul față-spate (RFS)

Raportul față-spate este o, caracteristică ce ne indică dimensiunea directivității unei antene sub unghiurile: \(\alpha = 0^o\) și \(\alpha = 180^o\) .
Prin definiție, raportul față spate este raportul tensiunilor care apar la bornele antenei dacă antena este iradiată sub aceste unghiuri:

\[ RFS = \frac { U_0}{U_{180}}\]

sau în unități logaritmice:

\[ RFS = 20 \cdot lg \frac { U_0}{U_{180}}[dB]\]

5. Unghiul de deschidere

Direcția de emisie sau de recepție cea mai avantajoasă a unei antene este dată de lobul principal al diagramei de radiație. Ca indice este folosit unghiul de deschidere al lobului principal. Unghiul de \(\frac {1}{\sqrt2} \approx 0,7\) , deschidere este unghiul la care tensiunea normată din diagramă de radiație scade la valoarea unghiul este atât pentru planu E cât și pentru planul H al diagramei.

6. Atenuarea lobilor secundari

Prin atenuarea lobilor secundari [a s ] se înțelege raportul logaritmic dintre valoarea maximă a tensiunii la lobul principal (\(\alpha = 0^o\)) și valoarea maximă a lobului secundar respectiv

\[ a_s = 20 \cdot lg \frac { U_0}{U_{nmax}}[dB]\]

7. Punctele de nul

Prin punctele de nul se înțelege punctele din diagrama de radiație în care avem valoarea 0.

8. Banda de trecere

Toate caracteristicile prezentate anterior sunt dependente de frecvență și de aceea caracteristicile unei antene sunt valabile numai pentru o anumită frecvență care trebuie indicată de fiecare dată. Astfel o antenă pentru alte frecvențe suportă modificări ale caracteristicilor în sens negativ (a calității acesteia).
Totuși se poate define o bandă de frecvență (ecart de frecventă sau diapazon de frecvență) față de frecvența (centrală) pentru care a fost construită antena la care caracteristica de impedanță și cea a câștigului sunt mulțumitoare și nu pun în pericol emițătorul printr-o neadaptare accentuată.