この現代の 無線通信 、多くの技術者が通信分野の専門化に関心を示していますが、これにはアンテナの種類、電磁放射、伝搬に関連するさまざまな現象などの基本的な通信概念の基本的な知識が必要です。無線通信システムの場合、アンテナが重要です。電子信号を効率的に電磁波に変換する役割。
アンテナの種類
アンテナはあらゆるものの基本的なコンポーネントです 電子回路 送信機と自由空間の間、または自由空間と受信機の間の相互接続リンクを提供するためです。アンテナタイプについて説明する前に、理解する必要のあるいくつかのプロパティがあります。これらの特性とは別に、通信システムで使用されるさまざまなタイプのアンテナについても詳しく説明します。
アンテナの特性
- アンテナゲイン
- 絞り
- 指向性と帯域幅
- 分極
- 有効長
- 極座標図
アンテナゲイン： アンテナの放射状パターンの指向性の程度を測定するパラメータは、ゲインと呼ばれます。ゲインの高いアンテナは、放射パターンにおいてより効果的です。アンテナは、電力が必要な方向に上昇し、不要な方向に減少するように設計されています。
G =（アンテナから放射される電力）/（参照アンテナから放射される電力）
絞り： この開口部は、電磁波の送受信に積極的に関与するアンテナの有効開口部としても知られています。アンテナが受信する電力は、集合領域に関連付けられます。アンテナのこの収集された領域は、有効開口として知られています。
Pr = Pd * Aワット
A = pr / pd m2
指向性と帯域幅： アンテナの指向性は、特定の方向への集中電力放射の測定値として定義されます。これは、放射電力を特定の方向に向けるアンテナの機能と見なすことができます。また、平均放射強度に対する特定の方向の放射強度の比率としても注意できます。帯域幅は、アンテナを選択するために必要なパラメータの1つです。これは、アンテナが適切にエネルギーを放射し、エネルギーを受け取ることができる周波数の範囲として定義できます。
分極： アンテナから発射される電磁波は、垂直方向と水平方向に偏波されます。波が垂直方向に偏波される場合、Eベクトルは垂直であり、垂直アンテナが必要です。ベクトルEが水平方向にある場合、それを発射するには水平アンテナが必要です。時々、円偏光が使用されます、それは水平方向と垂直方向の両方の組み合わせです。
有効長： 有効長は、電磁波の送受信におけるアンテナの効率を特徴付けるアンテナのパラメータです。有効長は、送信アンテナと受信アンテナの両方に対して定義できます。アンテナで発生した電界の強度に対する受信機入力でのEMFの比率は、受信機の有効長として知られています。送信機の有効長は、導体の自由空間の長さとして定義でき、その長さ全体にわたる電流分布は、放射のどの方向にも同じ電界強度を生成します。
有効長さ=（不均一な電流分布下の面積）/（均一な電流分布下の面積）
極座標図： アンテナの最も重要な特性は、その放射パターンまたは極座標図です。送信アンテナの場合、これは、以下のプロットに示すように、アンテナによってさまざまな角度方向に放射される電力場の強度について説明するプロットです。プロットは、垂直面と水平面の両方に対して取得することもできます。また、それぞれ垂直パターンと水平パターンとも呼ばれます。
これまでアンテナの特性について説明してきましたが、次に、さまざまなアプリケーションに使用されるさまざまなタイプのアンテナについて説明します。
アンテナの種類
対数周期アンテナ
- 蝶ネクタイアンテナ
- 対数周期ダイポールアレイ
ワイヤーアンテナ
- ショートダイポールアンテナ
- ダイポールアンテナ
- モノポールアンテナ
- ループアンテナ
トラベリングウェーブアンテナ
- ヘリカルアンテナ
- Yagi-Uda Antennas
マイクロ波アンテナ
- 長方形のマイクロストリップアンテナ
- 平面逆Fアンテナ
リフレクターアンテナ
- コーナーリフレクター
- パラボラリフレクター
1.対数周期アンテナ
対数周期アンテナ
対数周期アンテナは、対数周期アレイとも呼ばれます。これは、広範囲の周波数で動作する多要素の指向性ナロービームアンテナです。このアンテナは、アンテナ軸に沿って異なる空間時間間隔で配置された一連のダイポールと、それに続く周波数の対数関数で構成されています。対数周期アンテナは、アンテナのゲインと指向性に加えて、可変帯域幅が必要な幅広いアプリケーションで使用されます。
蝶ネクタイアンテナ
蝶ネクタイアンテナ
蝶ネクタイアンテナは、バイコニカルアンテナまたはバタフライアンテナとも呼ばれます。バイコニカルアンテナは、全方向性広帯域アンテナです。このアンテナのサイズに応じて、低周波数応答を持ち、ハイパスフィルターとして機能します。周波数が設計周波数から離れて上限に達すると、アンテナの放射パターンが歪んで広がります。
蝶ネクタイアンテナのほとんどは、バイコニカルアンテナの派生物です。ディスコーンは、ハーフバイコニカルアンテナの一種です。蝶ネクタイアンテナは平面であるため、指向性アンテナです。
対数周期ダイポールアレイ
対数周期ダイポールアンテナ
で使用される最も一般的なタイプのアンテナ 無線通信技術 は対数周期ダイポールアレイであり、基本的にいくつかのダイポール要素で構成されています。これらのダイポールアレイアンテナは、バックエンドからフロントエンドにかけてサイズが小さくなります。このRFアンテナのリーディングビームは、小さい方のフロントエンドから来ています。
アレイの後端にあるエレメントはサイズが大きく、半波長は低周波数範囲で動作します。要素の間隔は、最小の配列が配置されている配列のフロントエンドに向かって減少します。この操作中、周波数が変化すると、要素の配列に沿ってスムーズな遷移が発生し、アクティブ領域が形成されます。
2.ワイヤーアンテナ
ワイヤーアンテナ
ワイヤーアンテナは、リニアアンテナまたはカーブアンテナとも呼ばれます。これらのアンテナは、非常にシンプルで安価であり、幅広いアプリケーションで使用されます。これらのアンテナは、以下で説明するようにさらに4つに細分化されます。
ダイポールアンテナ
ダイポールアンテナは、最も簡単なアンテナ配置の1つです。このダイポールアンテナは、2本の細い金属棒で構成されており、それらの間に正弦波電圧差があります。ロッドの長さは、動作周波数で波長の1/4の長さになるように選択されます。これらのアンテナは、独自のアンテナまたは他のアンテナの設計に使用されます。それらは構築と使用が非常に簡単です。
ダイポールアンテナは、電流と周波数が流れる2本の金属棒で構成されています。この電流と電圧の流れが電磁波を発生させ、無線信号が放射されます。アンテナは、受信機から取り出す送信機出力のフィーダーを使用して、ロッドを分割し、中心に電流を流す放射要素で構成されています。さまざまなタイプのダイポールアンテナは、 RFアンテナ 半波、複数、折り畳み、非共振などが含まれます。
ショートダイポールアンテナ：
ショートダイポールアンテナ
これは、すべてのタイプのアンテナの中で最も単純です。このアンテナは開回路ワイヤであり、shortは「波長に対する相対」を意味するため、このアンテナは、動作周波数の波長に対するワイヤのサイズを優先します。ダイポールアンテナの絶対サイズについては考慮されています。短いダイポールアンテナは、端から端まで配置された2つの同一直線上の導体で構成され、フィーダによって導体間に小さなギャップがあります。放射素子の長さが波長の10分の1未満の場合、ダイポールは短いと見なされます。
L<λ/10
短いダイポールアンテナは、フィーダーによって導体間に小さなギャップがあり、端から端まで配置された2つの同一直線上の導体で構成されています。
短いダイポールアンテナは、熱と抵抗損失も徐々に高くなるため、このアンテナに入る電力のほとんどが消費されるため、効率の観点から満足できるものはめったにありません。
モノポールアンテナ
モノポールアンテナは、下の図に示すように、接地面上に配置された単純なダイポールアンテナの半分です。
接地面の上の放射パターンは半波ダイポールアンテナと同じですが、放射される総電力は、フィールドが上半球領域でのみ放射されるダイポールの半分です。これらのアンテナの指向性は、ダイポールアンテナと比較して2倍になります。
モノポールアンテナは、地上に取り付けられたアンテナに必要なグランドプレーンを提供するため、車載アンテナとしても使用されます。
ループアンテナ
ループアンテナ
ループアンテナは、シンプルで組み立てが簡単なため、ダイポールアンテナとモノポールアンテナの両方と同様の特性を共有しています。ループアンテナは、円形、楕円形、長方形などのさまざまな形状で利用できます。ループアンテナの基本的な特性は、その形状に依存しません。周波数が約3GHzの通信リンクで広く使用されています。これらのアンテナは、マイクロ波帯域の電磁界プローブとしても使用できます。
ループアンテナの円周は、ダイポールアンテナやモノポールアンテナと同様にアンテナの効率を決定します。これらのアンテナはさらに、ループの円周に基づいて電気的に小さいものと電気的に大きいものの2つのタイプに分類されます。
電気的に小さいループアンテナ———>円周≤λ⁄10
電気的に大きなループアンテナ———>円周≈λ
1ターンの電気的に小さなループは、損失抵抗に比べて放射抵抗が小さくなります。小さなループアンテナの放射抵抗は、ターンを追加することで改善できます。マルチターンループは、効率が低くても耐放射線性に優れています。
スモールループアンテナ
このため、小さなループアンテナは、損失が必須ではない受信アンテナとして主に使用されます。小さなループは効率が低いため、送信アンテナとしては使用されません。
共振ループアンテナは比較的大きく、波長の動作によって方向付けられます。VHFやUHFなどの高周波で使用されるため、サイズが便利な大型ループアンテナとしても知られています。それらは、折り返しダイポールアンテナと見なすことができ、球形、正方形などのさまざまな形状に変形でき、高い放射効率などの同様の特性を備えています。
3.トラベリングウェーブアンテナ
ヘリカルアンテナ
ヘリカルアンテナは、ヘリカルアンテナとも呼ばれます。それらは比較的単純な構造を持ち、それぞれがらせんを形成するように巻かれた1本、2本、またはそれ以上のワイヤーを備えています。最も一般的な設計は、アースで裏打ちされ、同軸線で給電される単線です。
一般に、ヘリカルアンテナの放射特性は、この仕様に関連付けられています。構造の電気的サイズであり、入力インピーダンスはピッチとワイヤサイズに対してより敏感です。
ヘリカルアンテナ
ヘリカルアンテナには、ノーマルモードとアキシャルモードの2つの主要な放射モードがあります。アキシャルモードは、幅広いアプリケーションで使用されます。通常モードでは、らせんの寸法はその波長に比べて小さいです。このアンテナは、短いダイポールアンテナまたはモノポールアンテナとして機能します。アキシャルモードでは、らせんの寸法はその波長と比較して同じです。このアンテナは指向性アンテナとして機能します。
Yagi-Uda Antenna
Yagi-Uda Antenna
パッシブエレメントを利用する別のアンテナは Yagi-Uda antenna 。このタイプのアンテナは安価で効果的です。それは、１つまたは複数の反射器要素および１つまたは複数のダイレクタ要素で構成することができる。八木アンテナは、反射板が1つあるアンテナ、駆動される折り返しダイポールアクティブエレメント、および順方向の水平偏波用に取り付けられたダイレクタを使用して作成できます。
4.マイクロ波アンテナ
マイクロ波周波数で動作するアンテナは、 マイクロ波アンテナ 。これらのアンテナは、幅広いアプリケーションで使用されています。
長方形のマイクロストリップアンテナ
長方形のマイクロストリップアンテナ
サイズ、重量、コスト、性能、設置の容易さなどの仕様に基づく宇宙船または航空機の用途では、薄型アンテナが推奨されます。これらのアンテナは、長方形のマイクロストリップアンテナまたはパッチアンテナとして知られており、通常はグランドプレーンの後ろに配置される給電線用のスペースのみを必要とします。これらのアンテナを使用することの主な欠点は、非効率的で非常に狭い帯域幅であり、通常は数パーセント、または多くても数パーセントです。
平面逆Fアンテナ
平面逆Fアンテナは、帯域幅を広げるためにワイヤ放射要素がプレートに置き換えられた線形逆Fアンテナ（IFA）の一種と見なすことができます。これらのアンテナの利点は、ホイップ、ロッド、ヘリカルアンテナなどのさまざまなタイプのアンテナと比較した場合に、モバイルのハウジングに隠すことができることです。他の利点は、上部に向かう後方放射を減らすことができることです。電力を吸収することでアンテナを強化し、効率を高めます。それらは、水平状態と垂直状態の両方で高いゲインを提供します。この機能は、無線通信で使用されるあらゆる種類のアンテナにとって最も重要です。
5.リフレクターアンテナ
コーナーリフレクターアンテナ
コーナーリフレクターアンテナ
コーナーリフレクターの前に配置された1つまたは複数のダイポールエレメントで構成されるアンテナは、コーナーリフレクターアンテナと呼ばれます。リフレクターを使用すると、任意のアンテナの指向性を高めることができます。ワイヤーアンテナの場合、アンテナの後ろに導電性シートを使用して、放射を順方向に向けます。
パラボラリフレクターアンテナ
パラボラアンテナの放射面は、その波長に比べて非常に大きな寸法を持っています。光線と波面に依存する幾何光学は、これらのアンテナの特定の機能を知るために使用されます。これらのアンテナの特定の重要な特性は、光線光学系を使用して調査でき、他のアンテナの特定の重要な特性は、電磁界理論を使用して調査できます。
パラボラアンテナ
このアンテナの有用な特性の1つは、発散する球面波面を平行波面に変換して、アンテナの細いビームを生成することです。この放物面反射鏡を使用するさまざまなタイプのフィードには、ホーンフィード、デカルトフィード、ダイポールフィードが含まれます。
この記事では、さまざまなタイプのアンテナとその無線通信への応用、およびデータの送受信におけるアンテナの使用法について学習しました。この記事に関するヘルプが必要な場合は、以下のコメントセクションにコメントしてお問い合わせください。
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