1. アンテナの概要
アンテナは、図 1 に示すように、自由空間と伝送線路の間の移行構造です。伝送線路は、同軸線または中空管 (導波管) の形をとることができ、発生源からの電磁エネルギーを伝送するために使用されます。アンテナへ、またはアンテナから受信機へ。前者は送信アンテナ、後者は受信アンテナである。
図1 電磁エネルギーの伝送経路（ソース-伝送線-アンテナのない空間）
図 1 の送信モードでのアンテナ システムの送信は、図 2 に示すようなテブナン等価物で表されます。ここで、ソースは理想信号発生器で表され、伝送線路は特性インピーダンス Zc の線路で表され、アンテナは負荷 ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA] で表されます。負荷抵抗 RL はアンテナ構造に関連する伝導損失と誘電損失を表し、Rr はアンテナの放射抵抗を表し、リアクタンス XA はアンテナ放射に関連するインピーダンスの虚数部を表すために使用されます。理想的な条件下では、信号源によって生成されたすべてのエネルギーは、アンテナの放射能力を表すために使用される放射抵抗 Rr に伝達される必要があります。しかし、実際のアプリケーションでは、伝送線路とアンテナの特性による導体－誘電体の損失や、伝送線路とアンテナ間の反射（不整合）による損失が発生します。ソースの内部インピーダンスを考慮し、伝送線路と反射 (不整合) 損失を無視すると、共役整合下で最大電力がアンテナに供給されます。
図2
伝送線路とアンテナ間の不整合のため、界面からの反射波はソースからアンテナへの入射波と重なり、定在波を形成します。これはエネルギーの集中と蓄積を表し、典型的な共振デバイスです。典型的な定在波パターンを図 2 の点線で示します。アンテナ システムが適切に設計されていない場合、伝送線路は導波管およびエネルギー伝送デバイスとしてではなく、エネルギー貯蔵要素として大きく機能する可能性があります。
伝送線路、アンテナ、定在波によって生じる損失は望ましくないものです。線路損失は低損失の伝送線路を選択することで最小限に抑えることができ、アンテナ損失は図 2 の RL で表される損失抵抗を減らすことで減らすことができます。アンテナ（負荷）と線路の特性インピーダンス。
無線システムでは、アンテナは通常、エネルギーの受信または送信に加えて、特定の方向の放射エネルギーを強化し、他の方向の放射エネルギーを抑制する必要があります。したがって、検出デバイスに加えて、アンテナも指向性デバイスとして使用する必要があります。アンテナは、特定のニーズを満たすためにさまざまな形式にすることができます。それは、ワイヤー、開口部、パッチ、要素アセンブリ (アレイ)、反射板、レンズなどです。
無線通信システムにおいて、アンテナは最も重要なコンポーネントの 1 つです。優れたアンテナ設計により、システム要件が軽減され、システム全体のパフォーマンスが向上します。典型的な例はテレビです。テレビでは、高性能アンテナを使用することで放送の受信を改善できます。通信システムにとってのアンテナは、人間にとっての目と同じです。
2. アンテナの分類
1. ワイヤーアンテナ
ワイヤー アンテナは、車、建物、船舶、飛行機、宇宙船など、ほぼどこにでも見られるため、最も一般的なタイプのアンテナの 1 つです。ワイヤー アンテナには、直線 (ダイポール)、ループ、スパイラル、アンテナなど、さまざまな形状があります。図 3 に示すように、ループ アンテナは円形である必要はありません。長方形、正方形、楕円形、またはその他の形状にすることができます。円形アンテナは構造が簡単なため最も一般的です。
図3
2. 開口アンテナ
より複雑な形状のアンテナとより高い周波数の利用に対する需要が高まっているため、アパーチャ アンテナが果たす役割は大きくなっています。いくつかの形式のアパーチャ アンテナ (ピラミッド型、コニカル型、および長方形のホーン アンテナ) を図 4 に示します。このタイプのアンテナは、航空機や宇宙船の外殻に非常に簡単に取り付けることができるため、航空機や宇宙船の用途に非常に役立ちます。さらに、過酷な環境から保護するために誘電体材料の層で覆うこともできます。
図4
3.マイクロストリップアンテナ
マイクロストリップ アンテナは、1970 年代に主に衛星用途で非常に普及しました。アンテナは誘電体基板と金属パッチで構成されます。金属パッチにはさまざまな形状がありますが、図 5 に示す長方形のパッチ アンテナが最も一般的です。マイクロストリップ アンテナは薄型で、平面および非平面の表面に適しており、製造が簡単で安価で、硬い表面に取り付けた場合に高い堅牢性を備え、MMIC 設計と互換性があります。これらは、航空機、宇宙船、衛星、ミサイル、自動車、さらにはモバイル機器の表面に取り付けることができ、コンフォーマルに設計することができます。
図5
4. アレイアンテナ
多くのアプリケーションで必要とされる放射特性は、単一のアンテナ素子では実現できない場合があります。アンテナ アレイは、1 つまたは複数の特定の方向に最大の放射を生成するように合成された要素から放射を行うことができます。代表的な例を図 6 に示します。
図6
5. リフレクターアンテナ
宇宙探査の成功は、アンテナ理論の急速な発展にもつながりました。超長距離通信が必要なため、数百万マイル離れた場所で信号を送受信するには、非常に高利得のアンテナを使用する必要があります。このアプリケーションでは、一般的なアンテナの形式は図 7 に示すパラボラ アンテナです。このタイプのアンテナの直径は 305 メートル以上あり、数百万の信号を送受信するのに必要な高利得を実現するにはこのような大きなサイズが必要です。何マイルも離れています。リフレクターの別の形式は、図 7 (c) に示すコーナー リフレクターです。
図7
6. レンズアンテナ
レンズは主に、入射散乱エネルギーをコリメートして、望ましくない放射方向への拡散を防ぐために使用されます。レンズの形状を適切に変更し、適切な材料を選択することにより、さまざまな形の発散エネルギーを平面波に変換できます。これらは、特に高周波数ではパラボラ反射鏡アンテナなどのほとんどの用途に使用でき、低周波数ではサイズと重量が非常に大きくなります。レンズ アンテナはその構成材料または幾何学的形状に従って分類されており、その一部を図 8 に示します。
図8
アンテナの詳細については、次のサイトをご覧ください。
投稿日時: 2024 年 7 月 19 日
