SISTEME DE ANTENA

SISTEME DE ANTENA

1.1. Definire, functii, proprietati

1.1.1. Rezonanta si latimea de banda

O antena este un tip de circuit acordat care se comporta ca o bobina la anumite frecvente si ca un condensator la alte frecvente. Precum circuitul acordat, si antena are o frecventa de rezonanta si cele mai multe antene sunt folosite la rezonanta. Avand in vedere acest lucru, exista doar o banda limitata in care antena este eficienta.

Frecventa la care antena rezoneaza este determinata in principal de lungimea antenei. Lungimea antenei sau a elementelor ei este in general un multiplu al sfertului lungimii de unda, asa cum va reiesi din desenele prezentate. Aceasta inseamna ca lungimea antenei va fi cu atat mai mare cu cat frecventa va fi mai mica.

Latimea de banda este importanta, mai ales in privinta emitatoarelor. Daca emitatorul lucreaza in afara benzii antenei, este posibil sa apara defectiuni. In afara de aceasta, semnalul radiat de antena poate fi mai slab dintr-o serie de motive.

In vederea receptiei, performantele impuse antenei sunt mai putin severe din unele puncte de vedere. Antena poate receptiona semnale din afara benzii fara teama vreunei defectiuni la aparat. Chiar si un fir de lungime oarecare poate capta semnale si pot fi astfel ascultate chiar statii departate. Totusi, pentru cea mai buna receptie trebuie folosita o antena cu performante optime. Uneori o antena buna poate face ca un receptor sa poata prinde in conditii foarte bune o statie care ar fi de nereceptionat cu o antena neadecvata.

1.1.2. Impedanta

Orice circuit electric are o impedanta si acest lucru este valabil si pentru antene. Fiecare antena are o anumita inductanta si capacitate, iar pentru o anumita frecventa ea are o anumita impedanta. La rezonanta, capacitatea si inductanta se anuleaza reciproc, lasand numai elementul rezistiv. Acesta este cunoscut ca rezistenta de radiatie si variaza de la un tip de antena la altul.

Intr-un circuit traditional, se disipa putere atunci cand printr-o rezistenta trece curent. Lucrul acesta este valabil si in cazul rezistentei de radiatie a antenelor, fiind vorba despre puterea pierduta prin radiatia semnalului. De fapt, daca un generator de semnal ar fi conectat la antena el ar vedea aceeasi sarcina rezistiva ca si cand s-ar conecta o rezistenta de aceeasi valoare. Avand in vedere acest lucru, emitatoarele se testeaza de multe ori avand ca sarcina o rezistenta, fara a radia nici un fel de putere. In acest fel emitatorul va "vedea" o sarcina echivalenta cu antena.

Cele mai multe antene sunt proiectate pentru a avea o rezistenta specifica. Sistemele casnice de antene de televiziune si audio hi-fi au valoarea 75 ohmi, in timp ce sistemele de radioamatori, CB si cele comerciale au valoarea de 50 ohmi.

Valoarea impedantei este foarte importanta daca vrem ca sistemul sa functioneze in conditii de eficienta. Pentru a obtine maximul de putere transferata catre sau de la antena, emitatorul sau receptorul trebuie sa aiba aceeasi valoare de rezistenta (de iesire, respectiv de intrare) cu antena. Aceasta rezistenta se poate calcula cu legea lui Ohm, cunoscand valorile curentului si tensiunii la punctul de conectare cu antena.

Castig si directivitate

O caracteristica importanta a antenei este modul in care este mai sensibila la semnale venind dintr-o directie sau din alta. Aceasta se numeste directivitatea antenei. Pentru a explica unele dintre proprietatile legate de directivitate, ar fi mai usor sa ne imaginam cum functioneaza antena atunci cand transmite. Aceeasi comportare o va avea si in cazul receptiei.

Puterea livrata de antena este radiata intr-o multime de directii. Antena poate fi modificata in asa fel incat sa radieze intr-o directie mai mult decat in alta. La aceeasi putere radiata, inseamna ca in directia privilegiata se va radia mai multa putere decat inainte. Cu alte cuvinte, se pare ca avem un anumit castig fata de varianta originala.

Pentru a putea vedea caracteristica directionala a unei antene se poate realiza o diagrama polara. Aceasta este o listrare a puterii semnalului in jurul antenei, la care distanta de la centrul antenei pana la curba indica puterea relativa. O antena dipol simpla poate avea o caracteristica precum cea din Figura 1.

Figura 1.Diagrama polara a unui dipol jumatate de unda

Din aceasta diagrama se poate vedea ca radiatia maxima pentru transmisie si, corespunzator, sensibilitatea maxima pentru receptie apar pe directia perpendiculara pe axul antenei.

Cand antena trebuie sa fie directiva, diagrama ei polara poate arata ca aceea din Figura 2 In aceasta diagrama se poate vedea ca antena radiaza mult mai mult intr-o directie decat in alta. Faptul ca "focalizeaza" puterea intr-o anumita directie face ca aceste antene sa se numeasca uneori "directionale".

Regiunea unde radiatia este maxima se numeste lobul principal. Totusi, exista si alte regiuni in jurul antenei unde radiatia are niveluri semnificative. Aceste zone se numesc lobi secundari. Ei sunt totdeauna prezenti intr-o anumita masura si, in general, cel mai mare se afla in partea opusa lobului principal.

Uneori este de interes raportul intre lobul frontal si lobul posterior si un astfel de raport este exprimat in dB. El este pur si simplu raportul intre semnalele in cele doua directii, exprimat in decibeli. Este important atunci cand exista probabilitatea aparitiei unor niveluri semnificative de interferenta in directia opusa semnalului dorit.

Figura 2.Diagrama polara a unei antene directionale

Unul dintre parametrii majori de proiectare ai antenelor directionale este castigul. Acesta trebuie comparat cu cel al altei antene. Antena cel mai des utilizata pentru comparatie este antena numita dipol. Castigul este raportul intre semnalul de la antena directionala si semnalul de la antena tip dipol, exprimat in decibeli, presupunand ca puterile livrate de emitator (sau energia) sunt identice.

Uneori se poate folosi alt tip de antena. Numita antena izotopica, ea este o antena imaginara care radiaza in toate directiile in mod egal. Se poate calcula ca o antena dipol are un castig de 2,1dB fata de o antena izotopica si , prin urmare, la o antena la care castigul este dat fata de o antena izotopica, se calculeaza castigul fata de antena dipol, dupa care se adauga 2,1dB.

Este necesara specificarea tipului de antena fata de care se da castigul. Pentru aceasta, castigul fata de o antena dipol se exprima printr-un anumit numar de decibel

( dBd) , fata de antena dipol. Similar, fata de antena izotopica, castigul se exprima in dBi-decibeli fata de o sursa izotopica.

1.2. Unghiul de radiatie

O antena cum ar fi un dipol orizontal va radia putere sub toate unghiurile fata de Pamant, daca nu luam in consideratie efectele pamantului in imediata vecinatate. Aceasta inseamna ca o parte din putere va pleca vertical in sus, in timp ce alta parte se va propaga aproape orizontal de-a lungul pamantului. Dupa cum antena este orizontala sau verticala ca aceea aratata in figura, unghiul de radiatie este foarte important.

Semnalele de la distanta pe unde scurte sosesc de obicei la antena sub un unghi foarte mic. Aceasta inseamna ca daca sunt cautate statii aflate la distanta, este necesara o antena cu un unghi mic de radiatie. Folosind o astfel de antena, ea va ajuta la reducerea interferentelor cu alte statii apropiate, deoarece acestea vor fi receptionate sub un unghi mult mai mare. Antenele verticale au de obicei unghiuri mici de radiatie si sunt mult mai putin sensibile la unghiuri mai mari, facandu-le ideale pentru receptia la mare distanta. Pentru semnale in VHF si UHF, rebuie sa avem antene cu un unghi mic de radiatie, ca sa urmareasca suprafata Pamantului.

Figura 3.Unghiul de radiatie

1.3. Inaltimea

Inaltimea unei antene este foarte importanta. Daca este amplasata aproape de pamant, atunci va fi ecranata de obiectele din prejma, reducand nivelul general de semnal, mai ales la unghiuri de radiatie mici pentru semnale de la distanta. Ridicand antena la inaltime, ea nu numai ca va putea depasi obiectele inconjuratoare, dar se va mari si distanta pana la orizont, marind astfel acoperirea antenei. Ridicand antena la inaltime, ii vom imbunatati functionarea la toate frecventele, fie ca este vorba de unde scurte sau de unde VHF si peste.