5.2 Antennes

Begrippen

1 Wat is een antenne?

Een antenne is alles wat “elektromagnetische golven” omzet of uitstraalt.

Dit kan zowel een stuk draad, printplaat of printbaan verbinding, blikken buis, dakgoot als tafelpoot zijn.

De efficiëntie van een antenne systeem met zender zal maximaal rond de 50% draaien, dit wil dus zeggen dat de helft van het vermogen wordt omgezet in warmte en de andere helft in EM straling bij een goede antenne en een goede transceiver (maximum power transfer theorem).

2 Wat is een transmissielijn?

Een transmissielijn is een verbinding die de energie van een bron overbrengt naar een antenne, liefst met zo weinig mogelijk verliezen.

Dit kan één enkele draad SWTL zijn, maar ook een paar draden of een coax. Transmissielijnen worden gekenmerkt door hun karakteristieke impedantie, verkortingsfactor en verliezen.

Je kan transmissielijnen maken met een scala aan impedanties, maar commercieel zijn er slecht een paar weloverwogen waardes beschikbaar.

3 Wat is een bron, zender, generator?

Alles wat een signaal opwekt bestaande uit een spanning en een stroom kan als bron dienst doen.

Dit kan een zender zijn, maar ook een digitaal circuit, een alternator etc.

Een bron wordt gekenmerkt door zijn maximaal vermogen en zijn karakteristieke impedantie (inwendige weerstand) als ze voor RF doeleinde wordt gebruikt.

4 Wat is een elektromagnetische golf?

Een EM golf is een golf bestaande uit een elektrische veld en een magnetisch veld, in ruimte 90 graden verschoven, maar in tijd in fase.

De impedantie van de ruimte is 377 ohm (Maxwell).

EM golven worden niet gehindert door het luchtledige, hebben geen “medium” nodig om zich te verplaatsen, maar worden verzwakt of weerkaatst door allerhande materialen, waarvan metalen de grootste invloed hebben.

EM golven worden door de aarde en de atmosfeer weerkaatst afhankelijk van de gebruikte frequentie.

5 Eigenschappen van een antenne

Een antenne kan aanzien worden als een trilkring op een bepaalde frequentie, met een bepaalde kwaliteit (Q factor) en een bepaalde impedantie (load).

De elektrische energie die aangeboden wordt, wordt omgezet in elektromagnetische energie, met de nodige verliezen (efficiëntie < 50%).

De omzetting gebeurt eerst naar een “elektrisch” en een “magnetisch” veld, kortbij de antenne (near-near field). Dit is nog geen EM golf, want hier zijn beide velden eveneens in de tijd 90 graden uit fase.

Alle materialen die zich bevinden in dit “near-near field” hebben invloed op de impedantie, resonantie, efficiëntie van de antenne.

Na een kleine afstand gaat dit veld over naar een EM golf (near field tot ongeveer 5 golflengtes), waardoor de invloed van naburige objecten verkleint op de werking van de antenne.

In de “far field” hebben kleine objecten nagenoeg geen invloed meer op de voortplanting van de golven en zeker niet meer op de eigenschappen van de antenne.

Een antenne is “reciprocal” wat wil zeggen dat ze zowel voor zenden als ontvangen van EM golven kan gebruikt worden. Bij ontvangst wordt de EM golf terug omgezet in een elektrisch signaal.

De oppervlakte of “aperture” bepaalt het vanggebied van een antenne voor EM golven en is een maat voor de efficiëntie van omzetting van EM energie in een bepaalde richting.

Bundeling van golven in een bepaalde richting, geven een “winst” getal tov een bolstraler, maar zeggen niets over hoeveel energie een antenne kan “capteren” van een binnenkomende golf.

Vergelijk dit met wat we kennen uit de optica:

Een lens bundelt het licht in zending en ontvangst en bepaald zo de “winst”.
Een venster bepaald de hoeveelheid licht die binnenkomt door de oppervlakte.
De gevoeligheid van een sterrenkijker (radar) wordt bepaald door de oppervlakte van de spiegel, niet door de versterkingsfactor van de lens.

Rohde-Schwarz Antenna Basic

Een antenne is dus:

Resonant op een bepaalde frequentie.
Heeft een bepaalde Q factor, waardoor de bandbreedte bepaald wordt, maar ook de efficiëntie.
Heeft een bepaalde karakteristieke impedantie, bij resonantie is die zuiver resistief.
Heeft een bepaald stralingspatroon, afhankelijk van de opstelling en bouwvorm.
Heeft een bepaalde “oppervlakte” (aperture) waar het EM golfenergie op ontvangt.