Antena

Stup s antenama (radio, TV UHF i VHF, te satelitska).

Prikaz dipolne antene koja prenosi radio valove, a prikazane su i linije električnog polja.

Yagi-Udine antena.

Dipolna antena.

Način rada poluvalne dipolne antene koja dobiva energiju od radio valova. Električno polje valova (E, zelene strelice) potiskuje elektrone u anteni nazad i naprijed (crne strelice), stvarajući na krajevima antene pozitivni ili negativni električni naboj. Budući da je dužina antene polovina valne duljine radio valova, ona stvara stojne valove električnog napona (V, crvene trake) i električne struje u anteni. Ta oscilirajuća struja koja teče naprijed i nazad putuje dolje do prijenosne linije kroz radio prijamnika (prikazan električnim otpornikom R). Treba napomenuti da je djelovanje antene prikazano znatno usporeno zbog boljeg prikaza. Poluvalni Hertzov dipol je osnovna sastavnica mnogih antena.

Parabolična antena Erdfunkstelle Raisting, najveća antena za satelitske komunikacije u svijetu, u Raistingu, Bavarska, Njemačka. Ima Cassegrain reflektor.

Električni rezonantni sustav može biti predočen, na primjer, serijskim titrajnim krugom sastavljenim od idealnog induktiviteta L i idealnog kapaciteta C, gdje titrajni krug ne sadrži radne otpore koji bi uzrokovali gubitke energije. Pobudimo li takav titrajni krug na titranje, strujnim krugom će poteći struja kao odziv titrajnog kruga na pobudu.

Antena (lat. antenna: jedreni križ), u elektrotehnici, je aktivni ili pasivni elektromagnetski uređaj ili dio koji u sklopu s nekim elektroničkim uređajima (na primjer radijskim ili radarskim odašiljačima i prijamnicima) pretvara elektromagnetsku energiju, vezanu uz vodove ili valovode, u prostorni elektromagnetski val ili obratno. To se djelotvorno postiže samo u određenome frekvencijskom području za koje je antena namijenjena, pa se s tim u vezi antene mogu podijeliti na rezonantne ili uskopojasne i aperiodske ili širokopojasne. Oblik i izvedba antene ovisi o energiji kojom se pobuđuje, a osobito o valnoj duljini za koju je projektirana. Odašiljačka antena pretvara jednodimenzionalni val iz prijenosne strukture (koaksijalne linije ili valovoda) u trodimenzionalni prostorni val, usmjeravajući pri tome energiju u željenom smjeru. Prijemna antena prima elektromagnetsku energiju ovisno o jačini polja koje dolazi do antene.

Parametri antena

• Polarizacija - opisuje krivulju vektora električnog polja kojeg antena zrači, odnosno prima. Antena ne može primati ortogonalnu polarizaciju. Za istovjetne polarizacije vala i prijemne antene postiže se maksimalni prijenos energije.
• Dijagram zračenja - opisuje raspodjelu gustoće snage na površini kugle (u dalekoj zoni), odnosno smjerove glavnih i sekundarnih latica.
• Kut usmjerenosti - kut oko glavnog smjera zračenja unutar kojeg zračena snaga ne pada ispod polovice snage zračenja u glavnom smjeru.
• Širina snopa - kut koji omeđuje glavnu laticu (kut između prvih nul-točaka u dijagramu zračenja).
• Usmjerenost - opisuje kolika je količina energije usmjerena unutar nekog kuta u smjeru najjačeg zračenja u odnosu na sve druge smjerove.
• Dobitak - govori koliko više snage treba izračiti iz izotropnog radijatora da bi na istoj udaljenosti postigli jednaku gustoću snage kao kod promatrane antene.
• Potiskivanje sekundarnih latica - omjer jakosti polja u smjeru maksimalnog zračenja i jakosti polja u smjeru maksimuma najveće sekundarne latice.
• Impedancija - omjer napona i struje na priključnicama antene. Ako se antena nalazi u slobodnom prostoru daleko od bliskih objekata, radi se o vlastitoj impedanciji antene.

Vrste antena

Pasivne antene su napravljene od recipročnih elemenata i mogu se koristiti i kao prijemne i kao odašiljačke. Aktivne antene (pametne, adaptivne antene) sadrže elektroničke elemente koje im omogućuju da mijenjaju dijagram zračenja, smjer snopa, i tako dalje. Linearne antene su najčešće žičane, zanemarivog presjeka pa ih promatramo kao jednodimenzionalne. Koriste se u nižem frekvencijskom području (ugrubo, ispod 1 GHz). Površinske antene zrače svojom površinom, promatramo ih kao dvodimenzionalne i koriste se u mikrovalnom frekvencijskom području (ugrubo, iznad 1 GHz). Uskopojasne antene su rezonatne, s malom širinom frekvencijskog područja koje pokrivaju (do 10% frekvencijske nosioca). Širokopojasne antene pokrivaju široko frekvencijsko područje te su stoga najčešće prijemne.

Dugovalne odašiljačke antene

Dugovalne odašiljačke antene, a od dugih je prema kraćim valnim duljinama i tekao povijesni razvoj radiotehnike, pa prema tome i razvoj antena, sustav su vodoravnih vodiča, izolirano postavljenih na stupovima. Srednjovalne antene razapeti su izolirani vodiči ili okomiti rešetkasti stupovi. Dugovalne i srednjovalne antene zrače površinski i prostorni val, što u udaljenim područjima uzrokuje nestajanje prijama (nazvano feding, prema engl. fading), jer se prostorni val nakon refleksije od ionosfere, dolazeći u protufazi, poništava s površinskim valom. Zato su antene za minimalno zračenje prostornoga vala nazvane antifading-antene.

Kratkovalne antene

Kratkovalne antene zrače uglavnom samo prostorni val i služe za odašiljanje u određenome smjeru i za određeno područje (na primjer za međukontinentalne komunikacije). U tu se svrhu primjenjuju usmjerene antene. Njihovo se djelovanje temelji na upotrebi aktivnoga zračila i nekoliko pasivnih dijelova kojima se zračenje u željenome smjeru zbraja, a u neželjenome poništava. Takvi su sustavi sastavljeni od niza vertikalnih antena, ili su to rombične antene ili dipolne antene s reflektorom.

Električni dipol

Električni dipol je antena sastavljena od dvaju linearnih vodiča postavljena protusmjerno, s napajanjem u sredini.

Ultrakratkovalne antene

Ultrakratkovalne antene, kojima se odašilju elektromagnetski valovi za prijenos televizijskih programa i frekvencijski moduliranih tonskih programa (UKV), većinom su s vodoravnim usmjerenjem, jer je domet elektromagnetskih valova tih valnih duljina samo nešto veći od optičke vidljivosti, pa odašiljanje u širokom okomitom kutu nema smisla. To su ili okomiti nizovi križnih dipola za vodoravno kružno odašiljanje ili dipoli s reflektorima, također u okomitome nizu, s mogućnošću davanja prednosti pojedinim vodoravnim smjerovima. Mogu se primijeniti i magnetski dipoli i helikoidne antene. Prijamne su antene uglavnom savijeni dipoli s reflektorom i nekoliko direktora (Yagi-Udine antene). Reflektori i direktori pasivni su vodiči pobuđeni zračenjem iz dipola, koji je u tom smislu aktivni dio, to jest dio koji se pobuđuje energijom iz odašiljača kad antena služi za odašiljanje.

Mikrovalne antene

Mikrovalne antene, uglavnom za centimetarske i kraće valove, vrlo su često otvorne antene. To su, na primjer, otvoreni kraj valovoda, ljevkaste antene i antene s prorezima. Radi boljeg usmjeravanja zračenja dodaje se takvim antenama, a i drugima, reflektor (reflektorske antene). Reflektor se izrađuje od lima ili metalne mreže ravnoga, kutnoga ili paraboličnoga oblika (kao isječak paraboloida ili paraboličnog valjka). Takve se antene primjenjuju u prvome redu u telekomunikacijskim sustavima za usmjerene veze. Radari imaju rotirajuće reflektorske antene. Antene za satelitske komunikacije, obično u frekvencijskom području 3,4 do 4,2 GHz i 10,7 do 12,7 GHz, većinom su s paraboličnim reflektorima, kojima je u žarištu antensko zračilo, takozvani iluminator. Odašiljačke antene toga tipa vrlo dobro usmjeravaju odaslani mikrovalni snop. U prijamnim antenama primljeni se snop skuplja u žarištu, u kojem se nalazi zračilo koje služi kao prijamni element. Iz njega se valovodom vodi val u niskošumni pretvarač, koji ga pojačava i prevodi u niže frekvencijsko područje, te dalje u prijamnik. Promjeri paraboličnih reflektora ili antena ovise o namjeni, a mogu biti od 0,3 metra do više od 30 metara.

Plošne antene

U novije se doba primjenjuju i niskoprofilne plošne antene, koje se proizvode nanošenjem metala na tanke plastične, keramičke ili poluvodičke podloge. Vrlo su male mase, obujma i visine. Osobito su pogodne za primjenu u pokretnim komunikacijama, jer se vrlo jednostavno uklapaju u oplatu zrakoplova, drugih letjelica, motornih vozila i slično, a da pritom ne smanjuju aerodinamičnost. Osim toga, pogodne su za serijsku proizvodnju uobičajenim fotolitografskim postupkom za tiskane vodove.

Aktivne antene

U pokretnim komunikacijama i radarskim sustavima rabe se i takozvane odašiljačke i prijamne aktivne antene koje, uz dodatak elektroničkoga sklopovlja za upravljanje, mogu automatski mijenjati polarizaciju i smjer glavnoga zračenja, a potiskivati zračenje iz smjera smetajućih signala. To radiokomunikacijskim sustavima daje veliku prilagodljivost (fleksibilnost) i omogućuje višestruko iskorištavanje frekvencijskoga spektra i smanjenje izračene snage.

Otvoreni električni titrajni krug

Podrobniji članak o temi: Titrajni krug

Kod zatvorenog titrajnog kruga skoro je sva energija sakupljena u dielektriku kondenzatora, a magnetska u zavojnici. Udaljuju li se ploče kondenzatora jedna od druge, električne silnice će se produljivati i rasipati. Kada se ploče sasvim udalje, a zavojnica rastegne, zatvoreni titrajni krug poprimit će oblik ispruženog električnog vodiča s pločama kondenzatora na krajevima. Takav ispruženi vodič zove se otvoreni oscilatorni krug.

On ne mora imati na krajevima ploče kondenzatora, već je kapacitet i induktivitet raspoređen uzduž samoga vodiča, a u sredini se napaja iz nekog izvora visoke frekvencije, na primjer preko induktora i iskrišta. Donju žicu možemo čak ispustiti i zamijeniti dobro vodljivom zemljom. U tom se slučaju može električno polje utvrditi i na većim daljinama od oscilatornog kruga, pa kažemo da dolazi do isijavanja ili emisije elektromagnetske energije. Ovakva žica, okomito ispružena, zove se antena.