Antenne

'n Antenne of antenna (oudmodies ook 'n lugdraad genoem) is 'n elektroniese komponent vir die stuur en ontvang van radiogolwe en ander elektromagnetiese golwe.

Wanneer 'n elektriese stroom in 'n geleier vloei ontstaan daar 'n magnetiese veld om die geleier en wanneer daar 'n spanningsverskil tussen twee punte bestaan dan is daar 'n elektriese veld tussen die twee punte. Die elektriese en magnetiese velde kan dan op hulle beurt weer 'n stroom in 'n ander nabygeleë stroombaan deur induksie opwek.

'n Antenne is dan 'n geleier wat doelbewus so ontplooi word sodat elektromagnetiese velde as gevolg van die wisselende stroom in, en spanning oor, die geleier vrylik om die geleier kan uitsprei. 'n Antenne kan so gevorm word dat dit die elektromagnetiese veld in 'n spesifieke rigting fokus.

In teenstelling met antennes probeer 'n mens meestal in elektronika om elektromagnetiese velde te beperk binne-in 'n kas of 'n kabel sodat die velde nie ander stroombane kan beïnvloed nie.

Een van die mees basiese antennes is 'n dipool. Dit bestaan uit 'n geleier wat so lank is as 'n halfgolflengte van die frekwensie van belang. Dit vorm 'n baie doeltreffende eenvoudige antenne.

'n Doeltreffende antenne het die volgende eienskappe:

• Dit is resonant by die frekwensie wat dit moet uitsaai of ontvang
• Dit het 'n impedansie wat dieselfde is as dié van die sender of ontvanger waaraan dit gekoppel is. Wanneer die twee impedansies dieselfde is, laat dit maksimum kragoordrag toe.
• Dit is so geïnstalleer dat dit vrylik elektromagnetiese energie kan uitstraal. Dit beteken gewoonlik dat dit hoër opgerig word as enige obstruksie.

Dipole is van die eenvoudigste doeltreffende antennes beskikbaar. 'n Basiese dipool is so lank as een halwe golflengte van die frekwensie waarvoor dit ontwerp is. Om 'n dipool se prestasie te verbeter kan dit gekombineer word met elemente wat die sein weerkaats of fokus.

Die golflengte in vrye ruimte kan bereken word met die volgende vergelyking.

${\displaystyle \lambda ={c \over f}}$

waar

• ${\displaystyle \lambda }$ : golflengte in meter,
• c : spoed van lig in meter/sekonde; en
• f : frekwensie in Hertz.

Om elektromagnetiese golwe (radiogolwe) uit te saai of te ontvang, word 'n antenne gebruik. In beginsel kan enige geleier as antenne dien, maar ten einde 'n hoë doeltreffendheid te verkry, word hulle met spesiale vorms en afmetings gekonstrueer. Daar is drie metodes waarvolgens die doeltreffendheid van 'n antenne verhoog kan word en by die ontwerp daarvan word een of meer van hierdie metodes gebruik.

Hulle is: 1 deur die antenne so te ontwerp dat dit rigtingsgevoelig is, 2. deur die seine wat uitgesaai en ontvang word, te polariseer en 3. deur die antenne vir die bepaalde frekwensie af te stem. Hierdie drie eienskappe is minder ingewikkeld as wat dit klink en word later verduidelik. Rigtingsgevoeligheid is die eienskap wat 'n antenne het om slegs seine wat uit 'n sekere rigting kom, te ontvang. Dit moet na die sender "kyk" vir maksimum doeltreffendheid.

Om die begrip polarisasie te verstaan, moet daar eers na elektromagnetiese golwe gekyk word. 'n Elektromagnetiese golf bestaan uit twee komponente, naamlik 'n elektriese en 'n magnetiese komponent, wat in twee vlakke en loodreg op mekaar lê.

As hierdie golwe uitgesend word, sal die twee vlakke waarin die twee komponente lê, altyd loodreg op mekaar wees. Die hoek wat die vlakke met die horisontaal maak, word deur die posisie van die sender se antenne bepaal. Dit is gebruiklik om televisiesenders (en ander senders) se antenne so te stel dat een van hierdie vlakke altyd horisontaal is en die ander vlak vertikaal. As ons die vlakke 90 grade draai, sal die polarisasie verander.

Hierdie twee komponente van die golf veroorsaak 'n elektriese en 'n magnetiese veld. Die polarisasie word bepaal deur die rigting van die elektriese veld. Die elektriese veld kan of in 'n vertikale of in 'n horisontale vlak uitgestuur word. As 'n sender horisontaal gepolariseer is en die antenne se elemente is vertikaal, sal die ontvangs uiters swak wees. As die elemente nou horisontaal gedraai word, sal die ontvangs goed wees. So kan polarisasie gebruik word om steurings (wat in alle vlakke gepolariseer kan wees) tot 'n minimum te beperk.

Deur die spesifieke lengtes van die elemente kan sommige soorte antennes vir 'n bepaalde frekwensie afgestem word. Dit beteken dat die antenne slegs vir 'n bepaalde frekwensie gevoelig sal wees. Party is so ontwerp dat hulle vir 'n hele verskeidenheid frekwensies gevoelig is.

Daar is baie verskillende soorte antennes in gebruik en dit sal onmoontlik wees om almal hier te bespreek. Slegs die belangrikste tipes word hier kortliks bespreek. Alle antennes het nie die eienskap van rigtingsgevoeligheid nie. Sulke antennes word isotropiese antennes genoem. 'n Alledaagse voorbeeld is die antennes wat vir draagbare radio's gebruik word. Isotropiese antennes is nie almal so eenvoudig soos hierdie tipe nie, maar hulle het almal dieselfde eienskap, naamlik dat hulle sendergolwe uit verskillende rigtings ewe goed opvang. Die vertikale antenne van 'n draagbare radio is seker die antenne in sy eenvoudigste vorm.

Let op dat FM-golwe vertikaal gepolariseer is; daarom staan die antenne vertikaal. As gevolg van toestande in die atmosfeer kan dit gebeur dat die radiogolwe wat die radio bereik, nie meer so netjies vertikaal gepolariseer is nie en daarom moet die antennes partykeer gekantel word om daarvoor te kompenseer. 'n Ander belangrike tipe antenne is die dipool. Die bekende "haasoorantenne" wat binnenshuis vir televisie of radio's gebruik word, is 'n voorbeeld hiervan.

Sommige van hulle se elemente kan langer of korter verstel word. Hulle word resonante dipole genoem. Deur hulle lengtes te verstel, kan hulle vir die frekwensie afgestem word. Sommige dipole word van een metaalstrook gemaak wat omgebuig word. In so 'n geval is dit 'n gevoude dipool. Die dipool vorm 'n integrerende deel van ander meer gevorderde antennes. 'n Baie populêre antenne onder radio-amateurs en ook vir televisieontvangers is die Yagi-antenne, wat na die Japannese wetenskaplike wat dit ontwerp het, vernoem is.

Al die elemente is op 'n aluminiumbalk gemonteer, waarvan die dipool een is. Agter die dipool is 'n element wat die weerkaatser is, en voor die dipool is een of meer elemente wat die rigters genoem word. Die antenne kan meer rigtingsbewus gemaak word deur meer rigters by te voeg. Dit gebeur soms dat berge en geboue lastige weerkaatsings van radiogolwe tot gevolg het en deur die antenne meer rigtingsbewus te maak, kan hierdie weerkaatsings vermy word.

Hoe meer rigtingsbewus 'n antenne is, hoe kleiner is die hoek waardeur dit radiogolwe ontvang. Die minste aantal elemente wat 'n Yagi kan hê, is 3, maar ʼn groot antenne kan tot soveel as 20 elemente hê. Die grootte van die antenne word bepaal deur die geografiese omstandighede en die afstand vanaf die sender. Naby 'n sender kan 'n enkele dipool bevredigend werk, maar gewoonlik is vier of vyf elemente nodig wanneer die sender verder is.

Die lengte van die dipool en ander elemente word bepaal deur die frekwensie van die radiogolwe. Hoe groter die frekwensie, hoe korter die elemente van die antenne en gewoonlik is die dipool se lengte ongeveer die helfte van die golflengte. Die voordeel van 'n Yagi is dat dit baie doeltreffend werk, maar die nadeel is dat dit vir 'n bepaalde frekwensie ontwerp word. 'n Ander baie gewilde antenne is die log-periodiese antenne. Op die oog af lyk hulle baie soos die Yagi, maar die elemente word van agter na voor korter. Dit is ontwerp om oor 'n wye frekwensiegebied te werk, sodat hulle nie tot 'n enkele sender beperk is soos in die geval van die Yagi nie.

Om die "krag" van 'n antenne aan te dui, word die term antennewins gebruik, en die eenheid daarvan is desibel (dB). Dit word bereken deur die antenne met 'n halfgolf-dipool te vergelyk.

Teoreties is daar geen verskil tussen 'n antenne van 'n sender en 'n ontvanger nie. As 'n antenne in 'n bepaalde posisie 'n sekere sender die beste opvang, sal die antenne van die ontvanger, as dit as sender gebruik word, die meeste straling uitstuur in die rigting van die sender. Die verdeling van die straling in verskillende rigtings is die stralingskarakteristiek van die antenne.

Wanneer radiogolwe vanaf 'n satelliet uitgestuur word, sal die polarisasie van die golwe verander as dit deur die ionosfeer van die aarde beweeg. Om sulke golwe op te vang, word spesiale antennes gebruik wat nie gevoelig vir die rigting van polarisasie is nie.

Paraboolantennes maak gebruik van paraboliese weerkaatsers. Die weerkaatser is in die vorm van 'n paraboloïed, wat 'n driedimensionele voorstelling van 'n parabool is. Die parabool het die meetkundige eienskap dat as ʼn klomp ewewydige ligstrale na 'n paraboliese spieël gestuur word, al die ligstrale na een punt weerkaats word. Dit is ook presies wat met radiogolwe gebeur as dit na 'n paraboliese weerkaatser gestuur word. Energie wat deur 'n groot oppervlakte beweeg, word in 'n klein kolletjie "gekonsentreer".

Die weerkaatser het gewoonlik die vorm van 'n piering en die antenne word presies by daardie punt geplaas waar al die weerkaatste golwe bymekaarkom. Hierdie punt word die brandpunt genoem. As die antenne uitsend, sal die golwe in 'n smal bundel in 'n reguit lyn beweeg. Dit is dieselfde beginsel wat by soekligte gebruik word. Die gloeilamp is by die brandpunt en die weerkaatser is in die vorm van 'n paraboloïed. Hoe groter die weerkaatser, hoe beter sal dit as ontvanger werk, want dan word golwe in 'n groter oppervlakte saamgedruk na die brandpunt.

Paraboliese weerkaatsers word ook by radar gebruik. Die weerkaatser swaai heen en weer terwyl dit golwe teen 'n baie hoe frekwensie uitstuur. Teen so 'n hoë frekwensie gedra die golwe hulle baie soos ligstrale en word in 'n reguit lyn uitgestuur. As die golwe teen 'n liggaam bots, weerkaats 'n gedeelte daarvan en kom langs dieselfde pad terug na die antenne. In gevorderde stelsels is dit gebruiklik om die antenne self stil te hou en die golwe elektries heen en weer en op en af te swaai.

Die golwe wat uitgestuur word, kan baie vinnig van rigting verander word deur die elektriese spannings op die dipole, wat die golwe uitsend, te verander. Agter die dipole word dikwels 'n groot aantal elemente (weerkaatsers) ingebou sodat hulle gesamentlik dieselfde effek as 'n paraboliese weerkaatser het. Die hele opstelling word deur 'n mini-rekenaar beheer. Paraboliese antennes word ook vir kommunikasiedoeleindes ingespan. Die pieringvormige antennes van mikrogolfantennes op heuwels en berge is deesdae 'n bekende gesig.

Daar is gewoonlik twee van hulle wat rug aan rug staan. Die een is aan 'n ontvanger en die ander aan 'n sender gekoppel. Omdat die golwe (wat 'n baie hoë frekwensie het) in 'n smal bundel uitgestuur word en in 'n reguit lyn beweeg, moet die antennes op mekaar gerig word. So kan mikrogolwe van een sender na 'n ander selfs oor hoe berge "aangestuur" word. In 'n merkwaardige eksperimentele opstelling van die Amerikaanse Vloot word seine van die maan af teruggekaats en so is 'n teleksverbinding halfpad om die aarde bewerkstellig.

Ten slotte is daar nog die sogenaamde raam-antennes. Dit is klein antennes wat onder andere ook in draagbare radio's en selfone gebruik word. Teoreties werk hulle baie soos elektromagnete en bestaan uit 'n ferrietkern waarom 'n draadspoel gedraai is. Hulle maak gebruik van die magnetiese komponent van radiogolwe en is baie rigtingsbewus.

• Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409699, volume 2, bl. 25 - 28

Wikimedia Commons bevat media in verband met Antennas.