Antene pentru comunicații mobile

INTRODUCERE

Istoria radiocomunicațiilor se caracterizează prin inventarea aproape simultană a

emițătoarelor și receptoarelor și a instalațiilor de antene corespunzătoare. Bazându-se pe

experiențele lui Michael Faraday, James Clerk Maxwell a formulat modelul matematic al

electromagnetismului în lucrarea “A Treatise on Electricity and Magnetism” apărută în anul

1873. El a arătat că și lumina este o undă electromagnetică (EM) și că toate undele EM se

propagă prin spațiu cu aceeași viteză, care depinde de proprietățile dielectrice si magnetice ale

mediului.

În anul 1886 Heinrich Rudolph Hertz a confirmat, pe cale experimentală, legile lui

Maxwell. Hertz a folosit trei tipuri de radiatoare ca dispositive de transformare a energiei

curenților de înaltă frecvență în energia undelor electromagnetice. La început Hertz a folosit

dipolul simetric elementar electric. Acesta se compune din două tije groase sau două sfere

metalice legate la secundarul unei bobine de inducție. La apariția unei scântei între sfere (tije),

în dipol au loc oscilații amortizate. Dipolul lui Hertz a fost primul generator de oscilații

amortizate din lume. Prima antenă de recepție de tip cadru a fost dipolul elementar magnetic,

numit rezonatorul lui Hertz. Acesta a fost o antenă formată dintr-o spiră cu distribuția

uniformă a curentului. Mai târziu Hertz a construit o antenă de emisie-recepție cu reflector.

Reflectoarele folosite au fost parabolice și cilindrice și au fost realizate din foi metalice. De-a

lungul axei focale au fost fixați dipoli simetrici electrici.

Odata cu inventarea radioului, a fost folosită și antena, ca parte componentă a

emițătorului și receptorului radio. Încă de la începutul secolului al XX-lea, antena este

considerată o construcție independentă a instalațiilor de emisie și recepție.

A doua etapă a dezvoltarii radiocomunicațiilor și a tehnicii antenelor poate fi caracterizată prin

trecerea de la undele foarte scurte (66 cm și mai scurte), folosite în experiențele lui Hertz la

undele medii și lungi. Având la bază rezonatorul lui Hertz se realizează în tehnica antenelor de

receptie - antenele directive tip cadru. În anul 1895 Alexander Popov a utilizat ca antenă

conductorul vertical și cel înclinat, puse la pământ. Acestea au fost primele antene

nesimetrice utilizate în practică. Din punct de vedere teoretic antenele nesimetr ice au fost

studiate în anul 1901 de către omul de știință german M. Abraham Guilermo Marconi

(părintele radioului) a reușit să transmită semnale la distanțe foarte mari. În 1901 el a realizat

prima transmisie transatlantică din Poldhu (Cornwall- England) până în Newfoundland,

Canada. În cea de-a treia etapă, începând cu perioada anilor 1924-1927, tehnica antenelor se

îmbogățește cu o serie de antene de tipuri noi, sub formă de antene directive de unde scurte.

Dipolul lui Hertz este înlocuit cu o antenă simetrică, formată, dintr-un conductor cu lungimea

egală cu jumătatea lungimii de undă. Această antenă, numită dipol simetric în - / 2 , se

folosește separat sau ca element component al unor antene complexe. La începutul deceniului

al IV-lea apar antena în V și cea rombică. Aceste antene funcționează atât cu un de staționare

cât și cu unde progresive. În cel de-al IV-lea deceniu al secolului XX, în domeniul

radiocomunicațiilor s-a revenit la utilizarea undelor foarte scurte, însă la un nivel științific și

tehnic mai ridicat decât pe timpul când se efectuau primele experiențe cu aceste unde.

Utilizarea undelor foarte scurte în radiocomunicații a marcat apariția de noi tipuri de antene,

mult diferite de cele utilizate în gama undelor lungi, medii și scurte. Proiectarea acestor antene

necesită calcule mult mai complicate iar realizarea lor necesită o tehnologie și o execuție

tehnică mult mai pretențioase.

Aceasta este cea de-a patra etapă în dezvoltarea teoriei și tehnicii antenelor. Trebuie

remarcat că, dezvoltarea teoriei și tehnicii antenelor este strâns legată de dezvoltarea

tehnologică a societății. Fără o industrie bine dezvoltată nu ar fi posibilă realiza rea unor

antene având diametrul reflectorului de peste 500 de metri, folosite în radioastronomie.

Astfel se explică și faptul că teoria și tehnica antenelor au căpătat o largă dezvoltare

mai ales în țările avansate din punct de vedere industrial.

În etapa actuală rezultate importante s-au obținut în domeniul tehnicii antenelor utilizate

la noile sisteme de telecomunicații terestre și spațiale, nave și navete spațiale și la stațiile

automate interplanetare. Realizarea unor antene, care să intre în compunerea instalațiilor

sateliților artificiali, să permită instalarea acestora pe rachete purtătoare și după desprinderea

lor să asigure legatura cu centrele de comandă de pe Pamânt, a constituit o mare realizare a

savantilor și cercetătorilor, care lucrează în acest domeniu.

Transmiterea fotografiei reversului Lunii de către o stație automată interplanetară în

octombrie 1959, transmiterea în anii următori a unor imagini de pe planetele Marte, Mercur și

Venus și a unor rezultate ale masurătorilor efectuate în atmosfera și la suprafața acestor planete,

au necesitat și instalașii de antene speciale. Faptul că receptionarea imaginilor și a datelor

transmise a fost facută în foarte bune condiții a demonstrat înaltul nivel atins de știință și

tehnică în acest domeniu.

O dezvoltare deosebită au căpătat în ultimul timp și antenele de unde metrice și

decimetrice utilizate în radiorelee la vizibilitate directă, radiorelee troposferice, radiodirijare,

radiolocație, radioastronomie etc.

Rețelele de antene au un rol deosebit de important deoarece cu ele se poate realiza

balansarea fascicolului undelor radio fără mișcarea antenei. Ca un exemplu putem da panoul

(rețeaua) sistemului de dirijare Patriot ce conține 10.000 de antene comandate în fază montate

pe o matrice de 100 x 100 de antene primare.

În România, în 1914, a fost instalat un post de emisie-receptie, care a stabilit legătura cu

Parisul, folosind o antenă de 75 m. În anul 1915 Vasilescu Karpen instalează antena unui post

de 40 kW pe doi piloni de câte 80 m. În anul 1916 se instalează o antenă susținută de opt piloni

de câte 100 m înaltime pentru un emitator de 150 kw etc.

Antenele sunt componente de bază ale oricărui circuit electric, deoarece asigură legături

de interconectare între emițător și spațiu liber sau între spațiul liber și receptor.

O antenă este un dispozitiv electric ce transformă curenții electrici variabili în unde

radio și invers. Aceasta este utilizată de obicei ca emițător, sau receptor radio. În transmisie,

un emițător radio furnizează un curent electric variabil cu o frecvență din domeniul radio la

bornele antenei, iar antena radiază energia curentului electric sub formă de unde

electromagnetice (unde radio). La recepție, antena captează o parte din energia unei unde

electromagnetice, pentru a produce o mică tensiune la terminalele sale. Aceasta se aplică unui

receptor, pentru a fi amplificată. Antenele sunt utilizate la emisia și recepția undelor

electromagnetice sau a direcției undelor recepționate, fiind componente esențiale ale tuturor

echipamentelor care utilizează unde radio. Ele sunt folosite în sisteme cum ar fi

radiodifuziune, televiziune, comunicații radio bi- și multidirecționale, radar, telefonie

mobilă, comunicații prin satelit, telecomanda radio, microfon fără fir, dispozitive Bluetooth,

rețele wireless pentru calculatoare etc. De obicei, o antenă constă într-un aranjament de

conductori metalici, conectați electric (de multe ori printr-o linie de transmisie) la receptor sau

emițător. Un curent variabil prin antenă va crea un câmp magnetic variabil în jurul elementelor

antenei, în timp ce sarcina electrică din aceasta, de asemenea variabilă, creează un câmp electric

variabil de-a lungul elementelor. Aceste câmpuri variabile în timp radiază departe de antena,

în spațiu sub forma unei unde electromagnetice formate dintr-un ansamblu de câmpuri electrice

și magnetice variabile, transversale. În schimb, în timpul recepției, câmpurile electrice și

magnetice ale unei unde radio exercită forțe asupra electronilor din elementele antenei,

făcându-i sa se miște într-un sens și invers, creând curenți oscilanți în antenă. Antenele pot

conține, de asemenea, elemente, sau suprafețe reflectoare, sau directoare, care nu sunt conectate

la emițător sau receptor, cum ar fi elementele pasive, reflectoarele parabolice sau horn, care se

utilizează pentru direcționarea undelor radio, într-un fascicul sau orice alt model de radiație.

Antenele pot fi proiectate pentru a transmite sau a recepționa undele radio în toate direcțiile în

mod egal (antene omnidirecționale), sau pentru a le emite într-un fascicul pe o anumită direcție,

și a le recepționa doar pe o anumită direcție (antene direcționale).

În limbajul de zi cu zi,cuvântul antenă se poate referi în general la un întreg ansamblu,

incluzând structura suportului, anexele (atunci când există), alături de elementele funcționate.

Mai ales la frecvențe de microunde, o antenă de recepție poate include nu numai antena

electrică propriu-zisă, ci și un preamplificator, sau un mixer integrat.