1. Einführung in Antennen
Eine Antenne ist eine Übergangsstruktur zwischen freiem Raum und einer Übertragungsleitung, wie in Abbildung 1 dargestellt. Die Übertragungsleitung kann als Koaxialleitung oder als Hohlrohr (Wellenleiter) ausgeführt sein und dient der Übertragung elektromagnetischer Energie von einer Quelle zu einer Antenne oder von einer Antenne zu einem Empfänger. Erstere ist eine Sendeantenne, letztere eine Empfangsantenne.Antenne.
Abbildung 1 Übertragungsweg elektromagnetischer Energie
Die Übertragung des Antennensystems im Übertragungsmodus von Abbildung 1 wird durch das in Abbildung 2 dargestellte Thevenin-Äquivalent repräsentiert. Dabei wird die Quelle durch einen idealen Signalgenerator, die Übertragungsleitung durch eine Leitung mit Wellenwiderstand Zc und die Antenne durch eine Last ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA] repräsentiert. Der Lastwiderstand RL repräsentiert die Leitungs- und Dielektrizitätsverluste der Antennenstruktur, Rr den Strahlungswiderstand der Antenne und der Blindwiderstand XA den Imaginärteil der mit der Antennenstrahlung verbundenen Impedanz. Unter idealen Bedingungen sollte die gesamte von der Signalquelle erzeugte Energie auf den Strahlungswiderstand Rr übertragen werden, der die Strahlungsfähigkeit der Antenne repräsentiert. In der Praxis treten jedoch aufgrund der Eigenschaften der Übertragungsleitung und der Antenne Leitungs-Dielektrizitätsverluste sowie Reflexionsverluste (Fehlanpassung) zwischen Übertragungsleitung und Antenne auf. Unter Berücksichtigung der internen Impedanz der Quelle und unter Außerachtlassung der Übertragungsleitungs- und Reflexionsverluste (Fehlanpassung) wird der Antenne bei konjugierter Anpassung die maximale Leistung bereitgestellt.
Abbildung 2
Aufgrund der Fehlanpassung zwischen Übertragungsleitung und Antenne überlagert sich die reflektierte Welle von der Schnittstelle mit der einfallenden Welle von der Quelle zur Antenne und bildet eine stehende Welle. Diese stellt Energiekonzentration und -speicherung dar und ist ein typisches Resonanzelement. Ein typisches stehendes Wellenmuster ist durch die gestrichelte Linie in Abbildung 2 dargestellt. Bei unsachgemäßer Auslegung des Antennensystems kann die Übertragungsleitung weitgehend als Energiespeicher und nicht als Wellenleiter und Energieübertragungselement fungieren.
Die durch Übertragungsleitung, Antenne und stehende Wellen verursachten Verluste sind unerwünscht. Leitungsverluste lassen sich durch die Wahl verlustarmer Übertragungsleitungen minimieren, während Antennenverluste durch die Reduzierung des Verlustwiderstands (RL in Abbildung 2) reduziert werden können. Stehende Wellen und die Energiespeicherung in der Leitung können durch die Anpassung der Impedanz der Antenne (Last) an den Wellenwiderstand der Leitung minimiert werden.
In drahtlosen Systemen werden Antennen üblicherweise nicht nur zum Empfangen oder Senden von Energie benötigt, sondern auch, um die Strahlungsenergie in bestimmte Richtungen zu verstärken und in andere Richtungen zu unterdrücken. Daher müssen Antennen neben Detektionsgeräten auch als Richtgeräte eingesetzt werden. Antennen können je nach Bedarf verschiedene Formen haben. Es kann sich beispielsweise um einen Draht, eine Blende, ein Patch, eine Elementanordnung (Array), einen Reflektor, eine Linse usw. handeln.
In drahtlosen Kommunikationssystemen sind Antennen eine der wichtigsten Komponenten. Ein gutes Antennendesign kann die Systemanforderungen reduzieren und die Gesamtsystemleistung verbessern. Ein klassisches Beispiel ist das Fernsehen, wo der Sendeempfang durch den Einsatz leistungsstarker Antennen verbessert werden kann. Antennen sind für Kommunikationssysteme das, was die Augen für den Menschen sind.
2. Antennenklassifizierung
Die Hornantenne ist eine Planarantenne, eine Mikrowellenantenne mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt, der sich am Ende des Wellenleiters allmählich öffnet. Sie ist der am weitesten verbreitete Mikrowellenantennentyp. Ihr Strahlungsfeld wird durch die Größe der Hornöffnung und die Ausbreitungsart bestimmt. Der Einfluss der Hornwand auf die Strahlung lässt sich mithilfe des Prinzips der geometrischen Beugung berechnen. Bei unveränderter Hornlänge nehmen Öffnungsgröße und quadratische Phasendifferenz mit zunehmendem Öffnungswinkel zu, die Verstärkung bleibt jedoch mit der Öffnungsgröße unverändert. Soll das Frequenzband der Hornantenne erweitert werden, muss die Reflexion am Hals und an der Öffnung reduziert werden; die Reflexion nimmt mit zunehmender Öffnungsgröße ab. Der Aufbau der Hornantenne ist relativ einfach, und auch das Strahlungsdiagramm ist relativ einfach und leicht zu steuern. Sie wird üblicherweise als mitteldirektionale Antenne eingesetzt. Parabolreflektor-Hornantennen mit großer Bandbreite, geringen Nebenkeulen und hohem Wirkungsgrad werden häufig in der Mikrowellen-Relaiskommunikation eingesetzt.
RM-DCPHA105145-20 (10,5-14,5 GHz)
RM-BDHA1850-20 (18-50 GHz)
RM-SGHA430-10 (1,70-2,60 GHz)
2. Mikrostreifenantenne
Die Struktur einer Mikrostreifenantenne besteht im Allgemeinen aus einem dielektrischen Substrat, einem Strahler und einer Massefläche. Die Dicke des dielektrischen Substrats ist deutlich kleiner als die Wellenlänge. Die dünne Metallschicht an der Unterseite des Substrats ist mit der Massefläche verbunden, und die speziell geformte dünne Metallschicht wird auf der Vorderseite durch ein fotolithografisches Verfahren als Strahler ausgebildet. Die Form des Strahlers kann je nach Bedarf vielfältig verändert werden.
Der Aufstieg der Mikrowellenintegrationstechnologie und neuer Herstellungsverfahren hat die Entwicklung von Mikrostreifenantennen vorangetrieben. Im Vergleich zu herkömmlichen Antennen sind Mikrostreifenantennen nicht nur klein, leicht, flach und einfach anzupassen, sondern auch leicht zu integrieren, kostengünstig, für die Massenproduktion geeignet und bieten zudem die Vorteile vielfältiger elektrischer Eigenschaften.
RM-MA424435-22 (4,25-4,35 GHz)
RM-MA25527-22 (25,5-27 GHz)
3. Wellenleiter-Schlitzantenne
Die Hohlleiter-Schlitzantenne nutzt die Schlitze in der Hohlleiterstruktur zur Strahlungserzeugung. Sie besteht üblicherweise aus zwei parallelen Metallplatten, die einen Hohlleiter mit einem schmalen Spalt zwischen den beiden Platten bilden. Beim Durchdringen des Hohlleiterspalts durch elektromagnetische Wellen entsteht ein Resonanzphänomen, das in der Nähe des Spalts ein starkes elektromagnetisches Feld erzeugt und so zur Strahlungserzeugung beiträgt. Dank ihrer einfachen Struktur ermöglicht die Hohlleiter-Schlitzantenne eine breitbandige und hocheffiziente Strahlungserzeugung und wird daher häufig in Radar-, Kommunikations-, drahtlosen Sensor- und anderen Bereichen im Mikrowellen- und Millimeterwellenbereich eingesetzt. Zu ihren Vorteilen zählen eine hohe Strahlungseffizienz, Breitbandeigenschaften und gute Entstörungsfähigkeit, weshalb sie von Ingenieuren und Forschern bevorzugt wird.
RM-PA7087-43 (71–86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75–14,5 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10 GHz)
Die bikonische Antenne ist eine Breitbandantenne mit bikonischer Struktur, die sich durch einen breiten Frequenzgang und eine hohe Strahlungseffizienz auszeichnet. Die beiden konischen Teile der bikonischen Antenne sind symmetrisch zueinander. Durch diese Struktur wird eine effektive Strahlung in einem breiten Frequenzband erreicht. Sie wird üblicherweise in Bereichen wie Spektrumanalyse, Strahlungsmessung und EMV-Prüfung (elektromagnetische Verträglichkeit) eingesetzt. Sie verfügt über gute Impedanzanpassung und gute Strahlungseigenschaften und eignet sich für Anwendungsszenarien, die mehrere Frequenzen abdecken müssen.
RM-BCA2428-4 (24-28 GHz)
RM-BCA218-4 (2–18 GHz)
Spiralantennen sind Breitbandantennen mit spiralförmiger Struktur, die sich durch einen breiten Frequenzgang und eine hohe Strahlungseffizienz auszeichnen. Durch die Struktur der Spiralspulen erreichen Spiralantennen Polarisationsdiversität und breitbandige Strahlungseigenschaften und eignen sich für Radar-, Satellitenkommunikations- und drahtlose Kommunikationssysteme.
RM-PSA0756-3 (0,75-6 GHz)
RM-PSA218-2R (2-18 GHz)
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Veröffentlichungszeit: 14. Juni 2024
