Antene

In ultimul capitol am discutat despre liniile de transmisie si am presupus ca orice linie era terminata pe o sarcina. Sarcina era desenata sub dorma unui uniport si nu ne-a interesat nici foma, nici scopul sau. In practica, o linie de transmisie se utilizeaza pentru a conecta un emitator la o antena de emisie, sau o antena de receptie la un circuit de detectie. Antenele sunt dispozitive reciproce, asa incat notiunile pe care le vom prezenta in acest capitol se pot aplica atat sistemelor de transmisie cat si celor de receptie. Pentru a evita repetari inutile vom dicuta numai despre antene care au drept mod de lucru transmisia.

Cand o linie de transmisie alimenteaza o antena, ea "vede" impedanta antenei, care depinde de frecventa. Daca antena este adaptata cu linia de transmisie toata energia transmisa de-a lungul liniei este absorbita de antena si, cu exceptia pierderilor proprii ale antenei, este radiata.

Din punctul de vedere al proiectantului de antene exista multi parametri care contribuie la prescriptiile tehnice de proiectare. Cei mai importanti sunt diagrama polara, directivitatea, latimea de banda si impedanta. Sunt importante si specificatiile mecanice ale antenei, cum sunt dimensiunea, greutatea si materialul.

Mecanismele implicate in propagarea undelor radio au un efect important asupra gandirii proiectantului de antene. Acest capitol se incheie cu cateva trasaturi fundamentale ale propagarii undelor radio si arata gradul lor de dependenta fata de frecventa de lucru.

1. Diagrama de radiatie (diagrama polara)

Antena radiaza o unda electromagnetica si in cele mai multe aplicatii ne intereseaza puterea acestei unde intr-un punct indepartat. Ce inseamna un punct indepartat, ca distanta in metri, depinde de dimensiunea antenei si de lungimea de unda, dar in principiu el se refera la cea regiune din spatiu in care unda poate fi considerata plana si perpendiculara pe directia antenei. Vor exista numai doua componente ale campului, un vector E si un vector H, dupa cum se vede in figura 1.

Fig. 1. Componentele campului datorat unei antene intr-un punct indepartat

Diagrama de radiatie este variatia acestui camp electric indepartat, ca o functie de unghi; in figura 2 este dat un exemplu. La o distanta fixa R de antena se amplaseaza un detector si se masoara campul E (figura 2.a). Valoarea campului E variaza functie de unghiul q, masurat fata de o linie de referinta, notata q

Fig. 2. a) Referinta pentru diagrama de radiatii; b) parametrii unei diagrame de radiatie;

c) diagrama polara.

Variatia lui E cu q este diagrama de radiatie a antenei in planul in care s-a facut masuratoarea. Diagrama de radiatie se poate trasa fie in coordonate Carteziene (figura 2.b), fie in coordonate polare, caz in care este numita diagrama polara (figura 2.c). Evident, diagrama de radiatie a oricarei antene reale este tridimensionala si de aceea, pentru o reprezentare completa, trebuie facute masuratori in cel putin doua planuri ortogonale. In general se folosesc planul vertical si planul orizontal (care sunt denumite elevatie si azimut, in special in aplicatiile radar), ele fiind corelate cu orientarea antenei. Directia de referinta, q , se presupune perpendiculara pe planul antenei, dupa cum am aratat. Pentru antenele simetrice aceasta este directia lobului principal. Terminologia asociata diagramei de radiatie este data in figura 2.b si 2.c.

2. Lobi

Uneori ne intereseaza puterea absoluta radiata intr-o anumita directie; de exemplu, puterea de emisie a unui emitator de radiodifuziune va determina distanta la care transmisia poate fi receptionata. Totusi, in cele mai multe cazuri ne intereseaza forma diagramei de radiatie. Vom folosi o diagrama normata, considerand amplitudinile relativ la maximumul lobului principal, acestui maxim dandu-i-se valoarea unu. Dimensiunea finita a lungimii de unda fata de dimensiunile antenei produce efecte de difractie, dand astfel nastere lobilor laterali. Acesti lobi laterali, eparati fata de lobul principal si unul fata de altul cu minimul campului, reprezinta ineficienta antenei. In cele mai multe aplicatii proiectantul doreste minimizarea lobilor laterali.

3. Directivitatea antenei

In cele mai multe cazuri dorim sa cunoastem latimea lobului principal, adica pe ce distanta unghiulara este imprastiat lobul principal. Putem defini directivitatea antenei ca fiind distanta intre nulurile ce marginesc lobul principal. Desi este tentanta, fiind usor de determinat cu ajutorul diagramei de radiatie, aceasta definitie prezinta 3 dezavantaje:

n-ar putea sa nu existe nici un nul.

daca exista nuluri, determinarea lor cu precizie poate fi foarte dificila

intr-o masuratoare reala, nivelul detectabil este mult mai mare decat nivelul de camp zero.

Totusi, trebuie sa definim intr-un mod acceptabil directivitatea, definitia folosita fiind urmatoarea. Directivitatea antenei este distanta unghiulara, intr-un plan dat, intre punctele de pe fiecare parte a lobului principal, a caror putere este cu 3 dB mai mica decat cea maxima. Pe o reprezentare grafica a radiatiei campului      E, a carui maxim normat este unu, directivitatea se intinde intre acele puncte de pe fiecare parte a lobului principal ce are valori ale campului de .