Antenni

Antenni on radiolaitteiston osa, jota käytetään lähettämään ja vastaanottamaan sähkömagneettisia aaltoja (radioaaltoja). Lähettävä antenni muuntaa lähettimeltä tulevan suurtaajuisen vaihtosähkön sähkömagneettiseksi säteilyksi. Vastaanottavassa antennissa sähkömagneettinen säteily aiheuttaa antenniin sähkömotorisen voiman. Antennin tyypillä ja mitoituksella voidaan vaikuttaa huomattavasti siihen, millä tavoin antenni toimii.

Langattoman verkon antenneja sähkötolpassa.

Antennien teoriaa

Vahvistus

Antennit ovat suuntaavia, eli ne eivät säteile samalla tavalla jokaiseen suuntaan. Tätä ominaisuutta kutsutaan vahvistukseksi. Vahvistukseen tietyllä taajuudella vaikuttavat antennin mitoitus sekä paikka ja asento maahan ja muihin heijastaviin tai absorboiviin pintoihin nähden. Suuntaava antenni ei säteile tehoa enempää kuin mitä siirtolinjasta tulee, vaan kohdistaa sen tiettyihin suuntiin muita enemmän. Antennin vahvistusta mitataan desibeleissä. Jos verrokkina käytetään vapaassa tilassa olevaa ympärisäteilevää antennia, yksikkönä on dBi. Vahvistusta verrataan myös dipoliantennin vahvistukseen, tällöin yksikkönä on dBd. Dipolin ominaisvahvistus on 2,1 dBi. Vahvistuksessa otetaan yleensä huomioon myös antennissa tapahtuvat häviöt.

Resonanssitaajuus

Taajuus, jolla antenni on vireessä ja jolla sen toiminta on tehokkainta. Resonanssitaajuudella impedanssi on kokonaan resistiivistä. Muutettaessa taajuutta resonanssitaajuudelta ylöspäin induktiivinen reaktanssi kasvaa ja vastaavasti taajuuden laskeminen lisää kapasitiivista reaktanssia. Reaktanssi aiheuttaa virran ja jännitteen välille vaihe-eron, jolloin antenniin on syötettävä suurempi jännite saman tehon saavuttamiseksi.

Polarisaatio

Sähkömagneettisella aallolla on kaksi komponenttia: sähkökenttä ja magneettikenttä, jotka ovat suorassa kulmassa toisiinsa nähden ja liikesuuntaan nähden. Sähkömagneettisen aallon polarisaatio määritetään sähkökentän suunnan mukaan, yleensä maan pintaan verrattuna. Aalto voi olla pysty-, vaaka- tai ympyräpolarisoitunut. Antennilla on myös polarisaatio, ja se on yleensä antennin elementtien suuntainen. Antenni vastaanottaa tehokkaimmin sen kanssa samansuuntaisesti polarisoituja signaaleja.

Impedanssi

Antenni näyttäytyy syöttävälle lähettimelle impedanssina eli kuormana. Antennin syöttöpisteen impedanssi mitataan pisteestä, johon antennia syöttävä siirtolinja on kytketty. Jos syöttöpisteen paikkaa muutetaan, muuttuu myös impedanssi. Resonanssissa olevan antennin impedanssi on kokonaan resistiivistä, eli sillä ei ole reaktiivista osaa. Syöttöpisteen impedanssi on tärkeä antennin ja siirtolinjan sovittamisen kannalta. Jos antennilla ja siirtolinjalla on eri impedanssit, heijastuu osa tehosta antennista takaisin aiheuttaen tehohäviöitä. Myös antennin korkeus maanpinnasta vaikuttaa antennin impedanssiin.

Kaistanleveys

Kaistanleveydellä tarkoitetaan taajuuksia tai taajuusaluetta, joilla antenni saavuttaa halutun suorituskyvyn tai on käyttökelpoinen. Kaistanleveys ilmoitetaan yleensä mega- tai kilohertseinä.

Säteilykuvio

Säteilykuviosta nähdään antennin säteilysuunnat ja kulmat. Antennityypin valinnalla voidaan vaikuttaa antennista lähtevän säteilykuvion muotoon. Säteilykuvioon vaikuttaa myös antennin asennusympäristön säteilyä heijastavat tai absorboivat pinnat, sekä antennin korkeus maanpinnasta.

Antennityyppejä

Radioamatööriaseman jagiantenneja.

Poliisin nopeudenvalvontatutka avattuna ja torviantenni näkyvissä.

• Pitkälanka-antenni
  • Laajakaistainen antenni, joka ei yleensä ole resonanssissa millään halutulla taajuudella, vaan antennin yhteydessä käytetään erillistä impedanssisovitusta..
• Dipoliantenni
  • Kaksi syöttöpisteestä vastakkaisiin suuntiin lähtevää johdinta.
  • Taittodipoli on ikään kuin kapea johdinlenkki.
• Maatasoantenni
  • Dipolin kaltainen, mutta toinen johtimista on korvattu johtavalla maatasolla. Tyypillinen sovellus on auton kattoantenni. Toiselta nimeltään monopoli.
• Jagiantenni
  • Syntyy kun dipoliantenniin lisätään apusäteilijöitä, joita sanotaan heijastimiksi tai suuntaajiksi.
  • kvadiantennissa apusäteilijät ovat neliön muotoisia.
• Helix-antenni
  • Pyöröpolarisoitu suunta-antenni lähinnä mikroaalloille.
• Logperiodinen antenni
• Parabolinen peiliantenni
  • Tutka käyttää usein parabolisen heijastimen muotoista antenniheijastinta ja siihen tehon syöttävää torviantennia, rakoantennia, logperiodista antennia tai dipoliantennia. Tärkein ominaisuus on suuri antennivahvistus: 20...40 dBi.
• Rakoantenni
  • Tutka, etenkin merenkulkututka, hyödyntää rakosäteilijäantennia, joka on periaatteeltaan rakojen avulla vuotavaksi tehty aaltoputki. Rakoantenni saadaan pienikokoiseksi joten se soveltuu mm. laivoihin ja veneisiin.
• Torviantenni
  • Nimensä mukaisesti torven muotoisesti laajeneva aaltoputki, joka sovittaa aaltoputken impedanssin ilmakehän impedanssiin. Vahvistus on sitä suurempi, mitä pidempi ja loivempi torvi on. Usein parabeliantennin syöttötorvena, tai yksinkin, esim. poliisin nopeudenvalvontatutkassa.

Antennien asennuspaikat

Mastossa olevia erilaisia antennilaitteita erilaisilla korkeuksilla.

Antennien asennuspaikat riippuvat täysin käyttötarkoituksesta. Usein langattomassa viestinnässä käytettävät antennit asennetaan korkealle, jotta yhteys saadaan muodostettua mahdollisimman esteettömästi. Pitkiä ja kiinteitä yhteyksiä varten käytetään antennimastoja. Näihin mastoihin voi olla sijoitettuna useita eri antennijärjestelmiä samanaikaisesti eri korkeuksille ja suunnattuna eri suuntiin. Antenneja näkee usein myös savupiipuissa tai rakennusten seinillä. Asennuspaikan valintaan voi myös vaikuttaa antennin fyysinen koko, joka riippuu halutusta antennityypistä ja resonanssitaajuudesta. Erittäin pitkille yhteyksille käytetään satelliitteja.

Katso myös

• adaptiiviset älyantennit
• sieppauspinta-ala

Kirjallisuutta

• Field antenna handbook (kenttäantennikäsikirja), MCRP 6-22D PDF-versio (Arkistoitu – Internet Archive)