Antena

Mugikorretako komunikazioko antenak

Uhin erdiko dipoloa deritzon antenak transmititutako eremu elektrikoaren uhinak

Antena uhin elektromagnetikoak jasotzeko edo igortzeko gailua da edozein haririk gabeko edo irrati komunikazioko (EN radio) sistematan erabilia (adibidez AM, FM, telebista digitala edo WiFi). Jasotze antenak ez konfinatutako uhin elektromagnetikoak, kable baten barruan konfinatutako uhin elektromagnetiko edo energia elektriko bihurtzen ditu; aldiz, igortze antena batek alderantzizko prozesua gauzatzen du, energia elektrikoa uhin elektromagnetiko bihurtu.

Antena hargailura edo transmisorera konektatutako eroaleez osatutako gailua da. Hasteko, igortze fasean, transmisoreak antenari aplikatutako korronte oszilakorrak eremu elektriko eta magnetiko oszilakorra sortzen ditu antena inguruan. Ostean, denborarekiko aldakorrak diren eremu hauek energia igortzen dute antenatik kanpo uhin elektromagnetiko bezala, hauek irrati uhinak izango dira. Bukatzeko, hargailuan, kanpotik datozen eremu elektriko eta magnetikoak antenako elementuen elektroiak mugiarazten dituzte korronte oszilakorra sortuz antenan. Bete behar dituzten helburuen arabera mota askotako antenak daude: igorri beharreko potentzia norabide guztietara hedatzea edo norabide zehatz batera zuzenduta egotea, beste zerbitzu batzuk oztopatu gabe.

Antenen ezaugarriak gailuaren dimentsioen eta jasotako edo igorritako irrati-maiztasun uhin luzeraren arteko erlazioaren mende daude. Dimentsioak uhin luzera baino txikiagoak badira oinarrizko antenak dira; bi parametro hauek maila berekoak direnean antena erresonanteak izango dira eta dimentsioak uhin luzera baino handiagoak izatekotan norabide zehatzeko antenak.

Heinrich Hertz fisiko alemaniarrak 1888an lehenengo antena sortu zuen James Clerk Maxwellen uhin elektromagnetikoen teoria frogatzeko.

Antenen parametroak

Helburuaren arabera antenaren ezaugarriak kontuan izan behar dira; batez ere, irradiazio diagrama eta irabazi parametroetan, hauetan oinarritzen baitira antenari aplikazio bat eman baino lehen. Hala ere, hurrengoak dira antena parametro ohikoenak:

Irradiazio diagrama

Irradiazio diagramak

Antenaren Irradiazio ezaugarriak adierazten dituen grafikoa da, ohikoena igorritako potentzia dentsitatea irudikatuta agertzea da; baina, fase edo polarizazio diagramak ere egon daitezke.

Diagrama hauekin antena mota eta zuzenkortasuna ezagutu daiteke (antena isotropikoa, norabide zehatzeko antena, norabide orotako antena...)

Bi motatako diagramak egon daitezke: polarrak eta kopolarrak. Lehenengoan, diagrama nahi den polarizazioarekin marraztuta egongo da; bigarrenean ordea, kontrako polarizazioarekin agertuko da.

Diagrama hauetan lortu daitekeen informazioa hurrengoa da:

• Seinaleztapen noranzkoa: irradiazio maximoko noranzkoa da.
• Lobulu nagusia: antenak sortutako irradiazio maximoko itxurazko bolumena.
• Bigarren mailako lobulua: lobulu nagusia ez den beste maximo erlatiboen itxurazko bolumenak dira.
• Potentzia erdiko izpi zabalera: potentzia maximotik -3 dB-ko potentzia duten bi puntuen arteko angelua da; izan ere, maila horretan potentziak bere erdiko balioa izango du.
• Lehenengo eta bigarren mailako lobuluen erlazioa: lobulu nagusiko eta bigarren mailakoen arteko dB magnitude desberdintasuna da.
• Atze-aurreko erlazioa: bi noranzko desberdinetan dauden irradiazio maximoko bi lobuluen arteko dB desberdintasuna da.

Zuzenkortasuna

Antena irradiatzen duen noranzko maximotik igortzen duen intentsitate eta potentzia total berdineko antena isotropiko baten intentsitatearen arteko erlazioa da:

$D=U(max)/U(iso)$

Zuzenkortasuna unitate gabeko magnitudea da eta normalean dBi unitate logaritmikoetan adierazten da:

$D=10\cdot \log _{10}(U(max)/U(iso))dBi$

Irabazia

Parametro honek irradiazio diagramaren zuzenkortasun maila neurtzen du. Irabazia (G) handia denean potentzia noranzko zehatz batera zuzenduta egongo da, ostera, irabazia txikia izatekotan potentzia angelu handiago batean irradiatuko da noranzko zehatza galduz.

Irradiazio diagramaren leku konkretuetan zuzenkortasunaren eraginez sortzen den potentzia multzokatzean sortzen da:

$G=10\log _{10}(4\pi \cdot U(max)/P(in))$

Irabaziaren beste definizio bat: noranzko maximoan antenak irradiatutako eta antena isotropiko edo uhin erdiko dipolo batek irradiatutako intentsitateen arteko erlazioa.

Irabaziaren unitateak dBd edo dBi dira, uhin erdiko dipolo edo antena isotropiko batean oinarritu den arabera:

$G_{dBi}=10\log _{10}\left({\frac {I}{I_{iso}}}\right)$

$G_{dBd}=10\log _{10}\left({\frac {I}{I_{dipolo}}}\right)$

Uhin erdiko dipolo baten irabazia 2.15 dBi direnez dBi-tan kalkulatutako irabazia dBd-ak baino 2.15 dezibel handiago izango da:

$G_{dBi}=G_{dBd}+2.15$

Irabazi handiko antenek seinale kalitate hobeetan eta distantzia handietan lan egiten dute, baina, norabide-zehaztasuna kontuan izan behar da. Antena parabolikoak dira honen adibide, hauek satelite konexioetan erabiltzen dira. Ostera, irabazi txikiko antenek distantzia txikietan lan egin behar dute, baina, noranzkoa ez da hain zehatza izan behar, adibidez, telefono eta irrati mugikorretan erabiltzen diren hari antenak. Irabazi parametroa ez da anplifikazio irabaziarekin nahastu behar, bigarren honek sisteman dauden anplifikadore ostean potentziaren hazkuntza neurtzen baitu.

Banda zabalera

Antena parametroak ezaugarri zehatz batzuk lortzen duteneko maiztasun tartea da. Mota desberdinak daude: inpedantzia banda zabalera, polarizazio banda zabalera, irabazi banda zabalera, etab.

Inpedantzia

Uhin elektromagnetikoak antena sistemaren atal desberdinetatik igarotzean inpedantzia desberdintasunak aurkituko ditu. Atal bakoitzean aurkitutako inpedantziaren arabera uhinaren energia zati bat islatuko da sorgailuan uhin geldikorrak sortuz.

Uhin geldikor ratioa (SWR) potentzia maximoen eta minimoen arteko ratioa neurtzeko erabiltzen den magnitudea da. Sistemaren atal bakoitzeko inpedantzia desberdintasuna gutxituz, inpedantzia-berdintasuna bilatuz, SWR gutxituko da eta hurrengo atalera transferituko den potentzia maximizatuko da. SWRak 1:1 erlazioa daukanean egoera ideala izango litzateke.

Sarrera inpedantzia

Antenaren borneetako inpedantzia da; hau da, sarrerako tentsioaren eta korrontearen arteko erlazioa:

$Z={V}/{I}$

Inpedantzia zenbaki konplexu bat da, non alde erreala antenaren erresistentzia den eta alde irudikaria erreaktantzia; beraz, antena erresonantea izango da sarrerako erreaktantzia zero denean. Antena erresistentzia irradiazio eta galera erresistentzien gehiketa da.

Efizientzia

Igorritako eta emandako potentziaren arteko erlazioa da. Era berean, efizientzia irabazia eta zuzenkortasunaren arteko erlazioa ere izan daiteke:

$e=P(r)/P(in)=G/D$

Efizientzia parametroa (e) magnitude adimentsionala da.

Irradiatu ez den potentzia bero bihurtzen da; beraz, transmisoreak 100 W-eko potentzia % 80 efizientzia daukan antena batera igortzen badu, bertan 80 W-ko uhin elektromagnetikoa irradiatuko da eta 20 W bero izango da.

Irradiazio diagramako lobulu desberdinak

Atze-aurreko erlazioa

Noranzko batean irradiatutako potentzia maximoko eta aurkako noranzkoan irradiatutako potentziaren arteko desberdintasuna da.

Parametro hau antena hautatzeko momentuan erabakigarria izan daiteke antenak sortu dezakeen atzeko interferentzia larria izan daitekeelako.

Gainera, erlazio honekin antenaren ukatze gaitasuna neurtu daiteke; hau da, antenak atzeko aldetik izan ditzakeen interferentziei ukatzeko gaitasuna, nahiz eta atzetik jasan dezaketen interferentzia kopurua txikia izan.

Irradiazio erresistentzia

Antena bati potentzia ematen zaionean potentziaren zati bat irradiatzen da eta beste zatia bero bihurtzen da, efizientzia atalean aipatu den bezala.

Antena irradiazio erresistentziagatik ordezkatzen bada, honek bere lana egingo luke; hau da, erresistentziak potentzia bera irradiatuko luke.

Hau ezin da zuzenki neurtu irradiatutako potentziaren eta korronte karratuarekiko erlazioa delako:

$R_{r}={\frac {P}{i^{2}}}$

Parametro hau ohm-etan (Ω) neurtzen da.

Elkarrekikotasuna

Aipatutako parametroak berdinak dira antena batean, bai hartzeko, bai igortzeko erabiltzen denean. Osagarri ez elkarkariak dituzten antenak, mikrouhinen maiztasunetako zertan sistemetan erabiltzen direnak, elkarrekikotasunaren salbuespenak dira.

Kanpo estekak

• Datuak: Q131214
• Multimedia: Antennas / Q131214