Säteilyn syntyminen antennissa

(1)

11.11.2006 Tiedonsiirron perusteet / AB 74

• Antenneilla lähetetään ja vastaanotetaan radioaaltoja.

• Lähetysleho pyritään saamaan antennilla mahdollisimman tehokkaasti radiotielle tai radiotieltä vastaanottimeen.

• Antenneja tarvitaan lahes kaikissa radiotekniikan sovelluksissa. Radiotaajuuksien käytön voimakas kasvu asettaa antenneille yhä tiukempia vaatimuksia.

• Antennien rakenne vaihtelee suuresti riippuen mm.

taajuudesta ja käyttötarkoituksesta. Antennit voidaan ryhmitellä esimerkiksi sateilytapansa perusteella

virtaelementti-, apertuuri- ja kulkuaaltoantenneihin sekä antenniryhmiin.

• Antenneista on tarjolla runsaasti kirjallisuutta [Räisänen- Lehto: Radiotekniikka].

Antennit

Säteilyn syntyminen antennissa

(2)

Antennien peruskäsitteitä

• Antennit ovat resiprookkisia; ts. niiden ominaisuudet ovat samat lähetyksessä ja vastaanotossa.

• Antennia ympäröivä tila voidaan jakaa kolmeen alueeseen:

– reaktiivinen lähikenttä, etäisyys alle λ/2π

– säteilevä lähikenttä, etäisyys alle 2D²/λ , D on antennin suurin mitta kohtisuoraan säteilysuuntaa vastaan

– kaukokenttä

Antennien ominaisuuksia

• Antennin säteilyominaisuudet

– säteilyresistanssi (syötetyn tehon muuttuminen säteilyksi) – säteilykuvion muoto eli suuntakuvio

– suuntaavuus, sieppauspinta, etutakasuhde, …

– antennin vahvistus (säteilyteho tiettyyn suuntaan vs. isotrooppinen) – vaihekuvio, polarisaatio, …

• Antennin piiriominaisuudet

– syöttöimpedanssi, kaistanleveys – säteilyhyötysuhde

• Antennin muut ominaisuudet – mekaaniset, koko, paino – ulkonäkö, hinta, ..

(3)

Suuntakuvio

Antennityyppejä

• Virtaelementti- eli johdinsäteilijät

– virta-alkiot antennin metallijohtimessa saavat aikaan säteilyn – esim. dipoli, monopoli, yagi, silmukka, quadi, pitkälanka, rombi

• Apertuuri- eli pintasäteilijät

– antennin pinta-alkiossa olevat kentät saavat aikaan säteilyn – pinta-alkio voi olla johdetta tai eristettä

– esim. torviantenni, paraboloidiheijastinantenni, mikroliuska, rako, rusetti, dielektrinen, …

• Antenniryhmät

– kahden tai useamman antennin muodostamia

– esim. suurempi vahvistus, säädettävä suuntakuvio, säädettävä taajuuskaista, …

(4)

Erilaisia antenneja

Monopoli ja dipoli

(5)

Dipoliantennin suuntakuvio

Dipoliantennin virrat ja jännitteet

(6)

Dipoliantennin suuntakuvio vs. sähköinen pituus

Esimerkkejä antennien rakenteista

(7)

Parboloidiantennin säteity

Parboloidiantenni

(8)

Antennien välinen yhteys

Lähde: Räisänen-Lehto: Radiotekniikka.

Esimerkki vapaan tilan vaimennuksesta

(9)

EMI, EMC, Sähkömagneettinen yhteensopivuus

• Sähkö- / elektroniikkasovellusten määrän kiihtyvä kasvu

• Erilaisten laitteiden integroituminen; esim. auton elektroniset toiminnot

• Signaalien nopeuksien kasvu – suurtaajuiset häiriöt

• EMI = Electromagnetic Interference

• EMC = Electromagnetic Compatibility

• EMC – direktiivi

– rajat laitteiden häiritsevyydelle ja häiriytyvyydelle – kotitalous-, toimisto-, teollisuusympäristöt

– tietoliikennelaitteet – EMC-testaus

RF-tekniikasta ja suurtaajuussuunnittelusta…

• RF-tekniikkaa ovat virtapiirit ja laitteet, joissa sähköilmiöiden äärellinen etenemisnopeus on otettava huomioon.

• RF- eli suurtaajuuspiirien parametrit ovat jakautuneita.

(Pientaajuisissa piireissä on keskitetyt parametrit.)

• Suurtaajuussuunnittelussa on omat erityiset menetelmänsä;

ongelmia voidaan ratkaista mm.

Smithin kartan avulla.