آنتن و انواع آن

۰۳ اسفند ۱۴۰۳ معرفی آنتن ، انواع آنتن ، بهره ، پهنای باند

آنتن در فناوری ارتباطات به دستگاهی گفته می شود که برای دریافت و یا انتقال سیگنال های بی سیم از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می شود. این دستگاه ها از جمله اجزای مهم در تکنولوژی رادیو، رادیوآماتوری، تلویزیون، موبایل، وای فای، ماهواره ای، ارتباطات نظامی و ... می باشند و معمولاً از طریق انرژی الکترومغناطیسی سیگنال ها را دریافت و به داخل سیستم مخابراتی ارسال می کنند. به طور کلی، آنتن به عنوان یک مبدل دوطرفه در ارتباطات بی سیم محسوب می شود.

پایه‌های فیزیکی آنتن به سال ۱۸۴۲ میلادی بر می‌گردد، زمانی که یک دانشمند به نام Hertz شبیه‌سازی موج‌های الکترومغناطیسی طولی را با استفاده از رساناهای صلب انجام داد.

Guglielmo Marconi نیز در سال ۱۸۹۵ اولین فرستنده‌های رادیویی را توسعه داد. او از آنتن drill به عنوان گیرنده استفاده کرد.از دیگر نقاط عطف تاریخی در تاریخچه آنتن میتوان به استفاده Reginald Fessenden در سال ۱۹۰۶ از آنتن اشاره کرد. این اتفاق در زمانی بود که وی یک پیام رادیویی را در ساحل نیوفاندلند ارسال کرد. از آنجا به بعد استفاده از آنتن در سیستم‌های ارتباطی به صورت گسترده تری همراه با پیشرفت تکنولوژی صورت گرفت.

آنتن برای دریافت سیگنال، میدان الکتریکی موجود در فضای بی سیم را جذب کرده و سیگنال مربوط به آن را به صورت الکتریکی و به سایر دستگاه ها ارسال می کند و برعکس.

-------------------------------------------------------

پارامترهای اساسی آنتن به ویژگی‌هایی از آنتن اشاره دارند که در توصیف و تحلیل رفتار و عملکرد آنتن بسیار مهم هستند. پارامترهای اساسی آنتن شامل موارد زیر می‌شوند:

Radiation pattern الگوی تشعشع: شکل و جهت داده شدن امواج الکترومغناطیسی که توسط آنتن ارسال یا دریافت می‌شود.

Gain توانایی تقویت: میزان توانایی دریافت یا ارسال سیگنالی که یک آنتن در جهت خاصی نسبت به آنتن‌های دیگر به دنبال دارد.

Bandwidth پهنای باند: دامنه فرکانس‌هایی که یک آنتن به طور موثر کار می‌کند.

Impedance امپدانس: مقاومت آنتن در برابر جریان الکتریکی در فرکانس خاصی است.

Polarization قطبش: به مکان هندسی بردار الکتریکی امواج تابیده شده از آنتن اطلاق میشود.

Efficiency کارایی: میزان تبدیل انرژی الکتریکی به امواج الکترومغناطیسی و تابش آنتن.

Directivity جهت داری: میزان تمرکز انرژی تابیده‌شده به یک جهت خاص نسبت به یک منبع تشعشع ایده‌آل و یکسان.

----------------------------------------------

برای تقریب ذهن مکانیزم تشعشع یک آنتن دو قطبی در شکل زیر به نمایش در آمده است :

--------------------------------------------

آنتن ها می‌توانند از انواع مختلفی باشند و بسته به نیازهای مختلف، می‌توانید از آنتن مناسبی برای مورد استفاده خود انتخاب کنید.

برای مثال آنتن پچ یکی از پر استفاده‌ترین آنتن‌ها در سیستم‌های ارتباطی است که بسیار کم حجم و سبک است. این آنتن می‌تواند تک یا چند المانی باشد. آنتن هلیکال نیز جهت دار بوده و برای استفاده در سیستم‌هایی مانند ماهواره‌ای، رادیو بی سیم و سیستم‌های جابجایی اطلاعات استفاده می‌شود. بنابراین، استفاده از آنتن مناسب بستری برای ارتباط بی سیم، باعث افزایش دامنه و کیفیت ارتباط می‌شود. در ادامه اسامی تعدادی از پر کاربردترین آنتن ها ارائه میگردد:

Dipole Antenna - آنتن دوقطبی
Loop Antenna - آنتن حلقوی
Yagi Antenna - آنتن یاگی
Patch Antenna - آنتن پچ
Horn Antenna - آنتن شیپوری
Parabolic Antenna - آنتن پارابولیک
Log-Periodic Antenna - آنتن لاگ پریودیک
Helical Antenna - آنتن پیچی
Whip Antenna - آنتن ویپ
Microstrip Antenna - آنتن مایکرو استریپ
Slot Antenna - آنتن اسلات
Monopole Antenna - آنتن یک قطبی
Fractal Antenna - آنتن فراکتال
Log-Periodic Dipole Array Antenna - آنتن لاگ پریودیک دوقطبی آرایه
Planar Inverted-F Antenna (PIFA) - آنتن پس‌خمیده فلزی به صورت صفحه
Quadrifilar Helix Antenna - آنتن پیچی رباعی
Broadband Antenna - آنتن پهن باند
Bowtie Antenna - آنتن بوتای
Inverted-F Antenna - آنتن فلزی معکوس
Folded Dipole Antenna - آنتن دوقطبی تاشده
Crossed Dipole Antenna - آنتن دوقطبی ترکیبی
Helical Coil Antenna - آنتن پیچی کویل
Logarithmic Spiral Antenna - آنتن مارپیچ لگاریتمی
Log-Periodic Loop Antenna - آنتن لاگ پریودیک حلقوی
Planar Log-Spiral Antenna - آنتن صفحه ای مارپیچ لگاریتمی
Rhombic Antenna - آنتن رمبوسی
Ferrite Rod Antenna - آنتن قطب فریت
Cavity-Backed Antenna - آنتن پشتیبانی شده با حفره
Spiral Antenna - آنتن مارپیچی
Horn-Radiator Antenna - آنتن شعاعی
Tapered Slot Antenna - آنتن افقی تخت
Phased Array Antenna - آنتن آرایه فازی
Dielectric Resonator Antenna - آنتن رزنانسی دی‌الکتریکی
Metamaterial Antenna - آنتن ماتریال شکل دهی شده
Reflector Antenna - آنتن بازتابی
Slotted Waveguide Antenna - آنتن موجبرشکه ای با اسلات
Magnetic Loop Antenna - آنتن حلقه مغناطیسی
Spiral Helix Antenna - آنتن پیچی مارپیچی
Circularly Polarized Patch Antenna - آنتن پچ با قطبش دایره ای
DRA Antenna - آنتن دی‌آر‌ای
Slot-Coupled Microstrip Antenna - آنتن مایکرواستریپ اسلات مشترک
Reflectarray Antenna - آنتن رفلکت‌آرایه
Dual-Polarized Patch Antenna - آنتن دوقطبی دو قطبشی
Quad-Ridge Horn Antenna - آنتن شاخخطی رباعی
Coaxial Antenna - آنتن کواکسیال
Omnidirectional Antenna - آنتن همه جهتی

--------------------------------------------------

هر یک از آنتن های فوق ویژگی های تشعشعی خاص خود را داشته و در کاربرد های متنوعی مورد استفاده قرار می گیرند که در ادامه مختصرا به تعدادی اشاره میکنیم:

Parabolic Antenna: استفاده برای ارتباطات تلویزیون ماهواره‌ای، اینترنت بی‌سیم و پیوستگی با ایستگاه پایه در شبکه‌های تلفن همراه.
Dipole Antenna: کاربرد در مخابرات و ارتباطات بی‌سیم مانند دریافت شبکه‌های تلویزیونی، رادیویی و ارتباطات ماهواره‌ای.
Yagi Antenna: استفاده در ارتباطات نقطه به نقطه و برای دریافت شبکه‌های تلویزیونی و رادیویی.
Loop Antenna: کاربرد در رادیوهای خودرویی و اتومبیل و رادیویی FM و AM.
Horn Antenna: استفاده در هماهنگ کردن آنتن با دستگاه‌های ارسال و دریافت مثل رادار، سنسورها و آنالایزرهای فرکانس.
Patch Antenna: استفاده در دستگاه‌های قابل حمل مانند تلفن همراه، بلوتوث، دستگاه‌های ورزشی و دستگاه‌های وای‌فای.
Log-Periodic Antenna: کاربرد در دستگاه‌های سنجش فرکانس، آزمایش‌های شبکه و سیستم‌های کامپیوتری.
Helical Antenna: استفاده در مبادلات رادیویی کوتاه مسافت، فرستنده‌ها و همچنین در حوزه‌های نظامی، فضایی و هواپیمایی
Whip Antenna: استفاده در ارتباطات حرفه‌ای نظامی و هوایی، نظامی و مخابراتی.
Monopole Antenna: کاربرد در تجهیزات ارتباطی و اداری، فرستنده‌های موبایل، آشپزخانه‌های باوری، مررسی و تجهیزات سلامت.
Fractal Antenna: استفاده در مدل‌سازی فرکانس‌تازه و افزایش پهنای باند مشخصات فرکانس.
Log-Periodic Dipole Array Antenna: استفاده در مخابرات و ارتباطات وای‌رلس، فضایی و شبکه‌های مشابه.
Helix Array Antenna: کاربرد در مخابرات و ارتباطات فضایی و هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Planar Inverted-F Antenna (PIFA): استفاده در تلفن های همراه، رادیویی و ارتباطات نسل جدید.
Quadrifilar Helix Antenna: کاربرد در سیستم‌های GPS و فرستنده‌های دیجیتالی.
Broadband Antenna: استفاده در مخابرات و برای آنتن هایی که باید پهنای باند بالایی روانه کنند.
Bowtie Antenna: کاربرد در رادیوهای AM و FM و در مخابرات فضایی.
Inverted-F Antenna: استفاده در تلفن هدست و دستگاه‌های بی‌سیم.
Folded Dipole Antenna: استفاده در تجهیزات نظامی، رادیویی FM، برای دریافت شبکه‌های تلویزیونی و نقشه‌های سیمی مشابه.

----------------------------------------------

برای دانشجویان مهندسی مخابرات، آنتن یکی از مفاهیم اساسی و حیاتی این حوزه محسوب می‌شود. بررسی و مطالعه آنتن نیازمندی اساسی برای این دانشجویان با توجه به نقش این مفهوم در راه‌اندازی و اجرای شبکه‌های ارتباطی است. عدم درک صحیح از تکنولوژی آنتن می‌تواند منجر به اشتباهات اساسی و جدی در طراحی سیستم های ارتباطی و مخابرات شود. بررسی آنتن به کمک مطالعه های عمیق در زمینه فیزیک، الکترونیک، و مهندسی الکترومغناطیسی می تواند به شناخت بهتر و استفاده بهینه از این مفهوم کمک کند. لذا درک نحوه عملکرد و کاربرد آنتن برای دانشجویان مهندسی مخابرات بسیار حیاتی است و باید به عنوان یک اولویت در برنامه درسی آن‌ها در نظر گرفته شود.

مهمترین سرفصل‌های آموزشی درس آنتن 1 که در مقطع کارشناسی معمولا تدریس میگردد، به شرح زیر می‌باشند: