Hipi Zhdripi i Fizikës/Antena

Antena përcaktohet si "një paisje metalike (formë shufre apo teli)" sipas Webster's Dictionary(Fjalorit te Websterit), e cila shërben për rrezatim apo pranim të radio valëve. Sipas "IEEE (Standard definitons of terms of antennas) antena definohet në kuptimin e rrezatimit ose pranimit të radio valëve.

Me një fjalë ajo paraqet një strukturë tranzitore në mes të hapsirës së lirë dhe paisjes referuese. Paisja përcjellëse apo linja e transmetimit mund të ketë formën e linjës koaksiale apo tubit të zbrazët dhe përdoret për të bartur energjinë elektromagnetike nga burimi transmetues deri tek antenna apo nga antena deri tek marrësi. Në këtë rast kemi antenë transmetuese dhe antenë marrëse .

Modi i transmetimit

Burimi i tensionit reprezentohet me një gjenerator ideal ,linja transmetuese reprezentohet me në linjë me Zc(impedancë karakteristike dhe antena paraqitet si ngarkesë Za[Za=(Rl+Rr)+jXa] e cila është e lidhur me linjën transmetuese. Rl përdoret për të paraqitur përqueshmërinë dhe humbjet dielektrike që lidhen me strukturën e antenës gjerësa Rr i referohemi si rezistencë e radiacionit(rrezatimit)që shërbn për të reprezentuar rrezatimin e antenës. Reaktanxa Xa paraqet pjesën imagjinare të impedancs që lidhet me rrezatimin e antenës. Në kushte ideale energjia e gjeneruar nga burimi duhet që totalisht të bartet në Rr, e cila shërben për të treguar rrezatimin e antenës. Valët e qëndrushme mund të reduktohen dhe energjia e ruajtur mund të minimizohet duke e përshtatur Za me Zc të linjës.Veq kësaj sa i përket marrjes apo transmetimit të energjisV, një antenë në një sistem të avancuar wireless është zakonisht e nevojshme për të theksuar energjinë e radiacionit në disa drejtime dhe ta shuajë atë në drejtimet tjera. Kështu që antena duhet që gjithashtu të shërbejë si paisje udhëzuese(drejtuese)për një paisje kontrolluese.

Rëndësia

Për sistemet e komunikimit Wireless, antena është një nga komponentet më kritike. Një dizajnim i mirë i antenës mund t'i relaksojë kërkesat e sistemit dhe mbi të gjitha ta përmirësojë performancën e sistemit.Shembull tipik është Tv për të cilat transmetimi mund të përmirësohet duke përdorur antenë me performancë të lartë. Antena i shërben sistemit të komunikimit me të njejtin qëllim sikur sytë dhe syzet që i shërbejnë njeriut. Fusha e antenave është shumë e gjerë dhe dinamike dhe deri në 60 vitet e fundit teknologjia e tyre ka qenë një partner i pandashëm i revolucionit të komunikimeve.Shumë acancime që ndodhën gjatë kësaj periudhe kanë një përdorim të zakonshëm sot.

Evoluimi i antenave

Para Luftës së Dytë Botërore shumica e elemtenteve të antenave ishin të tipit tel(tela të gjatë,dipole,helika,romba)dhe janë përdorur ose si elemente të vetme ose në grup.gjatë dhe pas Luftës së Dytë Botërore shumë rrezatues janë vënë në shërbim. KJo krijoi nevojën për të kuptuar më mirë karakteristikat e tyre rrezatuese .Shumica e këtyre antenave ishin të tipit të hapur siq janë slot antennat , horn reflectors dhe lenses dhe janë përdorur për komunikim,radio dirigjim me senzorë dhe në aplikime hapsinore në të dyja edhe fluturime ajrore dhe platform me bazë tokësore.Shumica e tyre operojnë në regjionin e mikrovalëve. Në vitet 1970 u paraqit një element I ri rrezatues I cili zgjoi shumë vëmendje dhe shumë aplikime .KY element është I thjeshtë ,I leht ,I lirë dhe I përshtatshëm në sipërfaqe. Avancime më të mëdha janë bërë në vitet e fundit duke I përfshirë antenat e integruara ku kombinohen qarqe me elemente aktive dhe passive me elemente rrezatuese në një njësi kompakte.

Sfidat e së ardhmes

Inxhinieria e antenave ka përjetuar një periudhë të suksesshme gjatë viteve 1940-1990.Përgjegjëse për suksesin e antenave ka qenë paraqitja dhe avancimet teknologjike të disa elementeve tjera të reja të rrezatimit(radiacionit) siç janë:Antenat e hapura,antenat pasqyrë,të pavarura në frekuencë dhe antenat mikrostripe. Një faktor madhor në suksesin e antenave ka qenë avancimi në arkitekturën e kompjuterëve dhe i metodave të llogaritjeve numerike. Inxhinieria e antenave sot konsiderohet si një art i bukur i inxhinierisë .Edhe pse është mbajtur një nivel i pjekurisë , ka shumë mundësi sfiduese dhe probleme për t’u zgjidhur .Integrimi i materialeve të reja siç janë metamaterialet ,përquesit magnetik artificial si dhe sipërfaqet e buta e të forta,në teknologjinë e antenave ofrojnë shumë mundësi gjithashtu edhe metodat asimptotike të cilat luajnë rol kyç në përfshirjet e tyre dhe në performancën e sistemit. Dizajnet inovative të antenave siç janë ato për përdorimin e smart antenave , antenave multifunksionale, antenat e rikonfigurueshme si dhe sistemet e antenave pët të performuar funksione komplekse dhe të kërkueshme të sistemit , mbeten një sfidë.

Llojet e antenave

Disa nga tipet e antenave janë :Wire antenat (Antenat tel), Aparture antenat(Antenat e hapura), Mikcrostrip antenat, Reflector antenat(Antenat pasqyrë ), Loop antenat (Antenat unazë) dhe Smart antenat(Antenat e zgjuara ).

Antenat pasqyrë

Antenat pasqyrë (reflektuese) ang. (Reflector Antennas) kanë qenë në përdorim qysh nga zbulimi i valëve elektomagnetike në vitin 1888 nga Herc. Sidoqoftë një art i mirë i analizimit dhe i dizajnimit të reflektorëve të formave te ndryshme gjeometrike nuk ia doli ne krye deri në ditet e Lufës së II Botërore ku shumë aplikime të radarëve u përfshinë. Kërkesat pasuese të reflektorëve ( pasqyrave) për t'u përdorur ne radio astronomi, komunikim mikrovalë dhe satelit gjurmues rezultuan me një progres spektakular në zhvillimin e analizes së ndërlikuar dhe teknikave eksperimentale në formimin e sipërfaqeve reflektuese. Përdorimi i antenave reflektuese për komunikimet në hapsira, siq është në hapsirën program dhe veqanërshtë shpërndarja e tyre në sipërfaqen e hënës rezultuan në rregullimin e antenës reflektuese. Shumë artikuj te periudhave të ndryshme te analizimit dhe dizajnimit të reflektorëve të lakuar kanë qenë publikuar.

Antena pasqyrë e rrafshët

Tipi më i thjeshtë i pasqyrave është pasqyra e rrafshët që i paraqitet energjisë direkte në drejtimin e dëshiruar. Kjo ka qenë qartë e demostruar që polarizimi i burimit rrezatues dhe pozita e tij relative në sipërfaqen reflektuese mund të perdoret për të kontrolluar elementet rrezatuese ( sturkturen, impedancen, drejtimin ) në një s5stem gjithëperfshirës. Megjithqë dimenzionet infinite te pasqyrës së rrafshët janë idealizur , rezultatet mund të përdoren si përafrime për sipërfaqet e gjera elektrike.

Antena pasqyrë kënd

Për të shpërndarë më mirë energjinë përpara, forma gjeometrike e pasqyrës së rrafshët duhet të ndryshohet për të penguar rrezatimin prapa dhe drejtimeve anësore. Ky aranzhim qe e përmbush përmban dy pasqyra të rrafshëta të bashkuara për të formuar një kënd. Kjo është e njohur si pasqyrë kënd. Për shkak të thjeshtësise ne konstruktim, ka mjaftë aplikme unike. P.sh nese pasqyra është përdorur si një shënjestër për radar ose aplikacione komunikimi, ajo do të kthej sinjalin saktësishtë në drejtmin e njejte që është pranuar kur këndi i tij i përfshirë është 90 shkallë. Pasqyrat kënd janë gjithashtu gjërësishtë të përdorura si elemente në televizionat shtëpiak.

Antena pasqyrë parabolike

Karakteristikat e përgjithshme të radiacionit të pasqyrës mund të përmirsohet nese konfiguracioni i përgjithshëm i sipërfaqës mund të përmirsohët. Nese burimi kryesor është I vendosur në pikëen fokale, rrezet e reflektura nga pasqyrat parabolike do të shfaqen si rreze paralele. Pika simetrike në sipërfaqen parabolike është e njohur si kulm .Përderisa pranuesi është I vendosur në pikën fokale të paraboles konfiguracioni është I nofur si front fed. Kemi reflektoret primar qe janë parabolik pastaj ata sekondar qe janë hiperbolat. Casegrain (një astronom i njohur) e përdori një skemë për të konstruktuar teleskopat optic dhe pastaj dizajni I tij I kopjur për tu përdorur në frekuencat e radio sistemve. Pasqyra parabolike mund të merr dy forma të ndryshme. Tipi më i përdorur i këtij reflektimi është dipoli linear.

Antenat e zgjuara

Antenat përshtatëse ang.Smart Antennas janë zbuluar vonë pas Luftës së Dytë Botërore. Në ditën e sodit këto janë me një fuqi të madhe dhe jo shumë të kushtueshme Antenat e përshtatshme (e zgjuar) janë përdorur për dekada me radhë në fushat si radarët, komunikimet satelitore, dirigjimi me anë të senzorëve dhe përcaktimin e drejtimit.. Për shembull : Radari dhe sistemet e sigurta te komunikimit përfitojnë nga përparësitë e Antenave te përshtatshme për operimin ne mjedis për ndalimin e pengesave ( zhurmave). Sistemi satelitor i komunikimit ka përdorur rrezatimin e shumfisht dhe ato për rrezatim një pikesh për përcaktimin e një lokacioni te caktuar gjeografik. Secila nga këto ka pengesa siç janë kanalet ne te cilat funksionon sistemi, burimet e interferencës, zhurmat ose pengesat. Këto antena përdoren dhe për te caktu tipin e hapësirës, madhesin, algoritmet adaptive, dhe integrimi me komponentët tjera te sistemit. Një problem tjetër te cilin e zgjidhin këto antena është aftësia për gjithepefshirje te hapësirës.

Ngjajshmëria e antenave të përshtatshme

Shume sisteme te inxhinierisë kuptohen vetëm atëherë kur behet një analogji me funksionin e vet qenies njerëzore. Një analogji e tille behet me dy folës te cilët gjenden ne një dhome te erret ku dëgjuesi është personi i trete, i cili me ane te dëgjimit pranon sinjalet te cilat I përpunon me sistemin nervor dhe kështu përcakton se cili sinjal është I rendesishem e cili jo. Kështu pranon sinjalin te cilin e përcakton sit e rendesishem dhe I përgjigjet po te njëjtit. Pra antenat e zgjuara funksionojnë ne te njëjtën mënyre. Duke e përdorur dy antena ne analogji me dy veshët dhe procesimin digjital te sinjalit siç është truri. Mandej pasi qe procesohet sinjali digjital, përcaktohet vonesa nga secili element I antenave, përcakton kahen e marrjes se sinjalit ( DOA – direction of arrival) me interes ose rëndësi (SOI) dhe pastaj përcakton ngacmuesin (fuqinë dhe fazën e sinjalit) duke prodhuar rrezatim te fokusuar ne SOI përderisa I largon ato te parëndësishme.

Sistemi shumë drejtimësh

Qe ne ditët e hershme dizajneret e këtyre sistemeve e dinin se kapaciteti ishte duke u rritur. Qe te rritet kapaciteti për mijëra abonues , duhet te dizajnohet një strukture e përshtatshme e qelizës. Celula është heksagonale, ne qendër te secilës celule gjendet një antene shumë drejtimesh me një shirit te caktuar te frekuencave. Celulat e afërta nuk kane frekuence te njëjte. Një pjese e vogël e energjisë pranohet ndërsa një pjese humbet. Për përmisimin e kësaj përdoren dy teknika.

• Ndarja e qelizës
• Sektorizimi i sistemit

Sistemi i antenave te përshtatshme

Edhe pse këtyre antenave ju referohemi si antena te zgjuara, ato nuk janë te zgjuara por është procesimi digjital I sinjalit qe I bën te zgjuara. Sistemi i antenave te zgjuara eshte bazuar ne nje zgjerim te sektorit te qelulave te cilat jane formuar nga rreze multiple. Kështu antenat e zgjuara munden me e fokusua rrezatimin ne përdoruesin e duhur përderisa i largon te ndërhyrjet e padëshiruara. Ato mund te sigurojnë gjithashtu një hapësire me te madh përfshirëse për secilin stacion. Sistemi i antenave te zgjuara siguron nje largim te inteferencave dhe permisimin e kapacitetit te bitit me peshe me te vogel ( BER - lower bit error rate)

Llojet e Antenave te përshtatshme

A. Sistemi me rreze te aktivizuara – ka disa mostra te gatshme te cilat janë te fiksuara. Vendimi behet se si dhe cilës pik ti qasemi dhe ne kohe duke u bazuar ne kërkesën e sistemit.

B. Fushat adaptive -Lejojnë antenën që të orientojë rrezen në një drejtim të dëshirueshëm gjerësa në mënyrë të vazhdueshme i anulon sinjalet interferuese.Drejtimi i rrezes mund të llogaritet duke përdorur të ashtuquajturin drejtimin e metodës së arritjes.

C. Qasja e ndarjes multipe (SDMA Sapatial division multiple access ) është gati me e rëndësishmja teknologjisë se smart antenave. Përparësia për procesimin hapësinor mundëson te lokalizon disa përdorues, duke krijuar rrezatim për secilin përdorues.

Përparësitë e antenave të zgjuara

Gjëja me e rëndësishme është rritja e kapacitetit. Raporti I sinjaleve te interferuara është me I vogël ( SIR signal to interference ratio) se raporti i sinjalit te zhurmës (SNR- Signal to noise ratio).Sa me e dendur te jete e populluar hapësira, sistemi 5 mobileve zakonisht e limiton interference kjo do te thotë se interference prej përdoruesve tjerë mund te ndikoje si zhurme. Një e mire tjetër është siguria e sistemit te këtyre antenave. Natyra detektuese mundëson përcaktimin e qenies humane ne raste emergjence dhe përcaktimin e ndonjë lokacioni specifik.

Antenat unazë

Një tjeter lloj i antenave të thjeshta të lira dhe shumë të gjithëanshme janë antenat unazë ang.Loop Antennas. Antenat unazë kanë forma të ndryshme si p.sh drjetkëndësh, trekëndësh, në formë të rrethit, elipses, katrorit dhe shumë konfiguracione tjera. Për shkak të thjeshtësisë në analizë dhe konstruksion antenat unazë në formë rrethi janë më të popullarizuara dhe kanë një vëmendje më të gjërë. Antenat unazë janë zakonisht te klasifikuara ne dy kategori : antenna të vogla elektrike dhe antenna të mëha elektrike. Antenat e vogla elektrike janë ato antenna perimetri i të cilave është zakonisht më i vogël 1/10 e gjatësisë valore (C< λ/10). Antenat unazë të mëdha elektrike janë ato antena, perimetri i të cilave është sa gjatësia valore në hapsirën e zbrazët (C~λ). Shumica e aplikimeve të antenave unazë janë në brezin:

• HF ( 3-30 MHz)
• VHF (30-300 MHz)
• UHF (300-3000 MHz)

Antenat unazë me energji të vogël

Këto antenna kanë rezistencë të vogel të energjisë së rrezatimit. Zakonisht paraqiten në modin pranues si p.sh në radio dore ku antenna efektivisht nuk është aq e rëndësishme. Ato gjithashtu përdoren si kontrollues për fushat matëse dhe si antenna direkte për navigacion të radiovalëve. Rezistenca e radiacionit të unazës mund të rritet dhe të krahasohet me impedancën karakteristike të linjave transmetuese duke e rritur elektrikisht perimetrin dhe/ose numrin e rrotullimeve. Një mënyrë tjetër për të rritur rezistencën e rrezatimit (radiacionit) të unazave është të fusim në perimetrin e tyre bërthamë ferrite me permeabilitet të lartë e cila do të rritë intensitetin e fushës magnetike kështu që edhe rezistencën e rrezatimit. Këto quhen unaza ferrite (ferrite loops).

Antenat unazë me energji të madhe

Këto antena përdoren kryesisht në grupe të drejtuara (directional arrays) si p.sh në anntena spirale. Për këto dhe aplikime tjera të ngjashme, rrezatimi më i madh është i drejtuar përgjatë boshtit të unazës. Për të arritur (realizuar) këtë strukturë drejtuese, perimetri i unazës duhet të jetë sa gjatësia valore në hapsirën e zbrazët.

Antenat unazë të vogla rrethore

Forma më e përshtatshme gjeometrike për analizimin e fushës së antenave unazë është të pozicionojmë antenen simetrikisht në rrafshin x-y ku z=0. Teli (përcjellësi) duket të jetë shumë i hollë dhe shpërndarja hapsinore e rrymës është dhënë me IΦ=I0 ku I0 është konstante.

Antenat unazë poligonale (shumëkëndëshe)

Antenat më atraktive të këtij lloji janë në formë të katrorit, të drejtkëndëshit, të trekëndëshit dhe rombit. Këto antenna mund të përdoren për aplikime praktike siq është aeroplani, raketat dhe sistemet e komunikimit. Sidoqoftë për shkak të kompleksitetit të strukturës së tyre analiza teorike duket të jetë e pasuksesshme. Për këtë arsye përdorimet e këtyre antenave kanë një vëmendje më të vogel. Zakonisht antenat unazë rrethore janë përdorur në brexin UHF për shkak të drejtimit të tyre të lartë gjersa antenat në formë trekëndëshi dhe katrori përdoren në brezin HF dhe UHF për shkak të përparsive në konstruksionin e tyre mekanik.

• Antenat unazë ne formë katrori – janë antenat me konfiguracion më të thjeshtë. Struktura e fushës për një unazë të vogel në secilen rrafsh kryesor është e përbërë nga dipoli i vogel linear i rrymës konstante I0 dhe gjatësisë a. Fusha është dhënë në rrafshin y-z.

Fushat në rrafshet tjera është më vështirë të përdoren prandaj nuk do te shqyrtohen këtu.

• Antenat unazë në formë trekëndëshe, drejtëkëndëshe dhe rombike

Antena unazë trekëndëshe e llojit top-driven e ka terminalin e saj në qoshin e lartë të trekëndëshit gjersa konfiguracioni base-driven e ka terminalin ne bazë. Antena unazë drjetkëndëshe e ka terminalin e saj në qender të një prej brinjëve të saj. Antena unazë rombike e ka terminalin e saj në një prej qosheve të tij.

---