Fagstoff

Antennetyper

Publisert: 13.03.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut
10-fot antenne ved ASC

Forskjellige typer antenner har forskjellige egenskaper, både elektriske og mekaniske. I denne artikkelen ser vi på forskjellige typer antenners oppbygging, virkemåte og viktigste egenskaper.

Strålingsdiagram for dipoleantenneStrålingsdiagram for dipolantenne
Opphavsmann: Narom
  

Enkel dipolantenne

Den enkleste form for antenne består av en dipol. Den består av en leder som er en halv bølgelengde. Ved å dele den opp i to kvartbølgeelementer danner den en halvbølgeradiator som kan fødes symmetrisk i møtepunktet mellom de to kvartbølgeseksjonene. Polarisasjonen er lineær og parallell med antenneelementene, det vil si at den elektriske feltvektoren er parallell med antenneelementet.

En halvbølgeradiator har et 8-tallformet polardiagram med en forsterkning i forhold til en isotropisk antenne som vist i figuren.

Vi ser at halvbølgedipolen har et strålingsdiagram som har to maksima ved 0 og 180 grader, og to minima på 90 og 270 grader. Front/bak-forholdet til antenna er lik 1, eller 0 dB om vi oppgir forholdet i dB.  Vi ser også at åpningsvinkelen er stor. Vinningen i forhold til en isotropisk antenne er moderat, mindre enn 2 dBi.

Yagi-antenneYagi-antenne
Opphavsmann: Narom
 

Dipolantenne med parasittelementer

For å bedre retningsvirkningen til en dipolantenne monteres det ofte ekstra passive elementer, også kalt parasittelementer, på antennen. Den vanligste typen antenne med parasittelementer er Yagi-antennen.

En Yagi-antenne med 6 elementer sees i figuren. De kortere elementene foran fødeelementet kalles også direktorer. Retningsvirkning og antennevinning øker med økende antall elementer, men det samme gjør også vindlast.
Teoretisk maksimal vinning kan som en tommelfingerregel regnes ut ved å multiplisere antall elementer med vinningen til fødeelementet. En antenne som den i figuren har altså en vinning på omtrent 1,6 x 6 = 9,6 ggr. = 9,8 dB.
Ytterligere bedring av retningsvirkning i henholdsvis vertikal- og horisontalplanet kan oppnås ved å montere to Yagi-antenner over eller ved siden av hverandre.

Sirkulær polarisasjon med kyssede dipoler

Det er ofte ønskelig med sirkulær polarisasjon. Det kan vi oppnå med å sammenkople to dipoler vinkelrett på hverandre og med en kvart bølgelengdes forskyvning, sett i stråleretningen, mellom signalene fra hver av dipolene. Forskyvningen kan vi oppnå ved å forskyve dipolene fysisk i forhold til hverandre eller ved å mate den ene dipolen med 90° forsinkelse i forhold til den andre. Den siste metoden kan gjøres mer kompakt og gjør skifte av dreiretning på polarisasjonen enkelt. Metoden er mye brukt i systemer for mating av parabolantenner.

På siden finner du også lenker til animasjoner som viser begge metodene. Når du studerer animasjonen av antennen med forskjøvne dipoler er det viktig å huske på at de spenningsmaksima som er markert skjer samtidig i tid om du ser antenna rett fra siden. Dreiningen observeres i stråleretningen og kommer av at utbredelseshastigheten bare er lik lyshastigheten og ikke er uendelig.

Heliks med riktig utforming for stråling forover.Heliks fig. 1
Opphavsmann: Narom

 

Heliks med typiske mål. Heliks fig. 2
Opphavsmann: Narom
 

Heliksantenne

En antennetype som gir sirkulær polarisasjon direkte er heliksantennen, eller spiralantennen som den også kalles. For å oppnå ønsket retningsvirkning er det viktig at spiralen er riktig utformet. Er for eksempel lengden på en vinding lik bølgelengden vil antenna stråle rett ut til siden, men om vi lager spiralen slik at lengden på hver vinding l = λ + a, hvor a er stigningen for hver vinding, vil antennen stråle rett forover.

En typisk verdi for a er λ / 4 som gir l = 5λ / 4 som i figuren. Antennevinningen øker med lengden på spiralen og en antenne med åtte vindinger som på bildet under vil ha en vinning på omtrent 13 dBi.

Heliksantenne ved ARS på Andøya.Heliksantenne på Andøya
Opphavsmann: Narom

 

Hornantenne

Form på hornantennerHornantenner
Opphavsmann: Narom
 

Hornantennen er en utvikling fra transmisjonsledere av bølgeledertypen. Antennen brukes som middels forsterknings mikrobølgeantenner eller som fødeelementer i større retningsvirkende antenner. Figuren viser forskjellige typer antennehorn. På bildet under ser du en hornantenne i tilknytning til NAROMs studenttelemetristasjon.

Hornantenne på AndøyaHornantenne på Andøya
Opphavsmann: Narom

 

Hovedtyper av parabolantennerHovedtyper av parabolantenner
Opphavsmann: Narom
 

Parabolantenne

Parabolantenner har en reflektor utformet som en rotasjonsparaboloide. Figuren viser forskjellige typer parabolantenner. For alle fire typene kan vi ha dipolmating eller hornmating. Fokalantennen og Offsetantennen har fødeelementet plassert i paraboloidens brennpunkt. Cassegrain- og Gregorianske antenner har en sekundær reflektor, henholdsvis bak eller foran brennpunktet. Dette gjør det mulig å plassere fødeelementet mer beskyttet. Også offsetantenner kan ha mating med sekundær reflektor, uten at dette er tatt med i figuren.

Parabolantenner har god retningsvirkning og høy vinning, økende med økende reflektorareal. Store styrbare parabolantenner har gjerne så liten åpningsvinkel at det koaksialt med hovedantenna er plassert en mindre antenne med større åpningsvinkel som hjelp for målfinning (engelsk: acquisition).

Antenna avbildet i ingressen øverst på siden er en fokalantenne med dipolmating. Reflektoren er et gitter, ikke en glatt flate som er mest vanlig. Dette reduserer vind- og snølast, men reduserer også virkningsgraden noe. Ser du nøyere på matelementet står det fire antennehorn som er rettet ut av antenna, ikke inn mot reflektoren. Dette er en egen målfinningsantenne med åpningsvinkel på omtrent 30°.

Store parabolantenner er i vårt barske klima vanligvis plassert inne i en beskyttende radom. Du kan skimte en slik radom helt ute til venstre på bildet av heliksantennen lengre opp på siden.

Antenna under er en mobil fokalantenne, her avbildet på Svalbard. Målfinningsantenna sees som en ”utvekst” ved siden av reflektoren.

Mobil telemetriantenne utplassert på Svalbard. Mobil telemetriantenne
Opphavsmann: Andøya Space Center
Relatert innhold