Proiectarea unei Antene Dielectrice

1. INTRODUCERE:

Antena este unul din elementele importante ale unei linii de radiocomunicatie. Ea asigura interfata dintre linia de transmisie a energiei electromagnetice ti a mediului de propagare.

Daca este utilizata la emisie antena are rol de a transforma energia curentilor de înalta frecventa în energia undelor electromagnetice precum si de a asigura o anumita selectivitate spatiala. Antena de receptie transforma energia undelor electromagnetice în energia curentilor de înalta frecventa si asigura o receptie directiva. Fie ca e utilizata la emisie sau la receptie antena are o selectivitate în frecventa.

Exista mai multe criterii pentru clasificarea antenelor. Dintre acestea se mentioneaza urmatoarele: destinatia, forma elementului radiant, caracterul undelor, banda de frecventa, principiul de functionare, tipul instalatiilor pe care le deservesc, etc. Dupa destinatie antenele pot fi: de emisie, de receptie si mixte. Din punct de vedere al formei elementului radiant se deosebesc antene liniare si antene de suprafata. În raport cu caracterul undelor exista antene cu unda stationara si antene cu unda progresiva. În functie de banda de lucru antenele pot fi de banda îngusta, de banda larga si de banda foarte larga. Dupa principiul de functionare deosebim antene electrice si antene magnetice. În sfârsit din punct de vedere al instalatiilor pe care le deserveste se deosebesc antene de: radiodifuziune, radiocomunicatii, televiziune, radiodirijare, radiolocatie, radioastronomie, etc.

2. CONSIDERATII TEORETICE:

2.1 NOTIUNI GENERALE:

Antenele dielectrice se utilizeaza în gama undelor centimetrice. Aceste antene au dimensiuni relativ mici si o directivitate pronuntata. Adaptarea realizata pe o anumita frecventa sufera modi¬ficari neînsemnate, iar caracteristica de directivitate ramîne ne¬schimbata într-o gama larga de frecvente. Antenele dielectrice se utilizeaza ca antene propriu-zise, cit si ca elemente componente ale unor retele de astfel de antene. De asemenea, pot fi utilizate ca surse primare la alte tipuri de antene.

Elementele constructive de baza ale unei antene dielectrice din figura 1. a.) sunt:

1. tija dielectrica

2. mufa metalica de fixare

3. linia de alimentare

Tija se realizeaza dintr-un dielectric sau din ferita. Tija dielectrica, în general, are o forma tronconica, iar cea realizata din ferita este tubulara figura 1. b.). Sectiunea transversala a tijei este, de regula, circulara.

a) b)

Fig.1. Elemente de baza ale antenei dielectrice

Avantajele antenelor dielectrice constau în faptul ca au di¬mensiuni mici si din punct de vedere constructiv sînt simple. Deza¬vantajele lor constau în faptul ca apar pierderile în dielectric, iar puterea radiata este limitata. Gama de lucru a acestor antene, în medie, este de ordinul 20% si este limitata de deformarea admisa caracteristicii de directivitate. Ea depinde de valoarea permitivitatii dielectricului.

Undele electromagnetice care excita capatul tijei, se propaga prin tija ca într-un ghid de unda, reflectîndu-se de peretii tijei.

Spre deosebire de propagarea printr-un ghid de unda, la tijele dielectrice nu se poate vorbi de o reflexie totala. Undele trec treptat în exterior si sînt radiate în spatiu. În tija se stabileste un re¬gim de unda progresiva. De aceea antena dielectrica face parte din clasa antenelor de unde progresive.

Caracteristica de directivitate a antenelor dielectrice de¬pinde de lungimea tijei (l ), de suprafetele sectiunilor transver¬sale de la capetele tijei (S1 si S2), de permitivitatea dielectricului ( µ ) si de permeabilitatea acestuia ( ¼ ). În consideratiunile teoretice se presupune ca tija are o forma conica, deoarece în prac¬tica aceasta forma este cea mai des utilizata. De asemenea, se pre¬supune ca ghidul dielectric este infinit de lung, avînd sectiunea transversala si permitivitate constanta.

În functie de modul de propagare (TE sau TM) în dielectric apare o anumita distributie a curentilor de deplasare.

Antena se împarte într-un numar de volume elementare, fiecare volum fiind parcurs de un curent de deplasare. Câmpul total, într-un punct din zona de radiatie, este egal cu suma vectoriala a câmpurilor create în acel punct de catre fiecare radiator elementar al tijei. Daca lungimea tijei si viteza de faza în tija sunt bine alese, atunci în tija se realizeaza un regim de unda progresiva si directia de radiatie maxima coincide cu axul tijei.

Câmpul radiat de fiecare volum elementar al tijei depinde de intensitatea curentilor de deplasare. Prin urmare este necesar sa predomine componenta transversala a curentilor de deplasare adica componenta transversala a vectorului câmp electric. Aceasta conditie este asigurata de modul H11(TE11).

În figura 2. se arata structura câmpului pentru modul H11. De asemenea, trebuie eliminata posibilitatea excitarii si propagarii modurilor superioare, în special a modurilor nesimetrice H12 si E12. Lungimea de unda critica pentru aceste moduri este: