آنتن دوقطبی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

آنتن دوقطبی (به انگلیسی: dipole antenna) نوعی آنتن رادیویی است که از یک سیم ساده با یک عنصر خودکار مرکزی تشکیل شده است. این سیستم شامل دو فلز رسانای سیمی است که به صورت موازی و در یک خط در فاصله نزدیکی از هم قرار دارند. همچنین یک ولتاژ نوسانی به مرکز آنتن، بین دو سیم اعمال می شود. این آنتن یکی از ساده‌ترین آنتن هایی است که از دیدگاه تئوری قابل حل و دارای نتایج کامل است. به همین دلیل دارای اهمیت است. این آنتن توسط فیزیکدان آلمانی هاینریش هرتز اختراع شد و در سال ۱۸۸۶ پیشگام کارهای آزمایشی آن بود.

کاربرد[ویرایش]

نوع پرکاربرد این آنتن که آنتن نیم‌موج نامیده می‌شود از دو میله به طول یک چهارم طول موج ارسالی یا دریافتی بهره می‌گیرد. در مجموع این آنتن طولی برابر نصف طول موج دارد.

آنتن دوقطبی کاربرد وسیعی در ارسال امواج رادیو تلویزیونی دارد. با استفاده از آنتن دوقطبی می‌توان امواج را با قطبش فرستاد به شکلی که می‌توان از طیف فرکانسی استفاده دوچندان کرد. این روش بویژه در ارسال سیگنال ماهواره بسیار استفاده میشود.

المان جریان[ویرایش]

المان جریان به صورت فرضی، یک قطعه بی نهایت کوچک رساناست که جریان متغیری را حمل می کند.

Elementary doublet
\scriptstyle{I=I_\circ e^{i\omega t}}.

توجه شود که دو قطبی به طور فیزیکی قابل ساختن نیست زیرا در واقعیت برای تولید جریان نیاز به نقطه ای برای وارد شدن جریان و یک نقطه برای خارج شدن جریان است. اما به طور واقعی تر، یک قطعه کوچک از سیم را که قسمتی از یک چند قطبی است را به عنوان دو قطبی در نظر می گیریم و به همین دلیل مجبور هستیم که یک آنتن واقعی را به قسمت‌های کوچکی تقسیم کنیم تا بتوان آن را به طور تحلیلی مورد محاسبه قرار دهیم. با این تصور می توان که میدان الکتریکی دور (در فاصله دور) موج الکترومغناطیسی هر کدام از عناصر قرینه را می توان بدست آورد که با مقداری محاسبه به معادله زیر می رسیم:

E_\theta={{-iI_\circ\sin\theta}\over 2\varepsilon_\circ c r}{\delta \ell\over\lambda}e^{i\left(\omega t-kr\right)}

که در آن \scriptstyle{E_\theta} قسمت زاویه ی(شکل دو قطبی) میدان الکتریکی است و \scriptstyle{r} فاصله نقطه مشاهده تا مرکز دو قطبی است و\scriptstyle{k} بردار موج است.با جمع کردن همه \scriptstyle{E_\theta}ها می توان میدان دور کل یک آنتن را بدست آورد.

میدان نزدیک[ویرایش]

در رابطه بالا میدان الکتریکی دور را بدست آوردیم، اما با مقداری محاسبه متفاوت برای میدان نزدیک ( نقطه مشاهده از طول موج کوچکتر باشد) معادلات زیر بدست می آیند:

E_r=\frac{Z}{2\pi}\,I_0\,\delta l\left(\frac{1}{r^2}-i\,\frac{\lambda}{2\pi\,r^3} \right) e^{i(\omega t-k\,r)}\,\cos(\theta)

E_\theta=i\frac{Z}{2\lambda}\,I_0\,\delta l\left(\frac{1}{r}-i\,\frac{\lambda}{2\pi\,r^2}-\frac{\lambda^2}{4\pi^2\,r^3} \right) 
e^{i(\omega t-k\,r)}\,\sin(\theta)

H_\phi=i\frac{1}{2\lambda}\,I_0\,\delta l\left(\frac{1}{r}-i\,\frac{\lambda}{2\pi\,r^2} \right) e^{i(\omega t-k\,r)}\,\sin(\theta)

که در آن Z=\sqrt{\mu/\varepsilon}=1/(\varepsilon\,c)=\mu\,c است.

دو قطبی کوتاه[ویرایش]

توزیع جریان مثلثی در آنتن دوقطبی

یک دو قطبی کوتاه به صورت فیزیکی به شکل دو رسانای با طول کل L که در مقایسه با طول موج بسیار کوچک است در نظر گرفته می شود. دو سیم رسانا در مرکز دو قطبی با هم موازی می شوند. همچنین فرض می کنیم که جریان در مرکز دو قطبی بیشینه است و به طور خطی در انتهای سیم به صفر میل می کند.توجه شود که جهت جریان در هردو شاخه آنتن هم جهت هستند.

همچنین میدان دور به صورت زیر بدست می آید:

E_\theta={-iI_\circ\sin\theta\over 4\varepsilon_\circ c r}{L\over\lambda}e^{i\left(\omega t-kr\right)}.
پترن تشعشعی دو بعدی آنتن دوقطبی

تابشی در جهت عمود بر آنتن بیشینه است و در جهت سیم مقدار صفر دارد. شکل تابش به صورت یک چنبره ی دایره ای است که سطح مقطع داخلی چنبره صفر است.

با دانستن میدان الکتریکی می توان میدان تابشی کل را محاسبه کرد و همچنین قسمت مقاومت محیط که به صورت زیر است:

R_{series}={\pi\over6}Z_0 \left({L\over\lambda}\right)^2 (for \scriptstyle{L \ll \lambda}).

که در آن Z امپدانس خلا است.

بازده ای آنتن[ویرایش]

پترن تشعشعی سه بعدی آنتن دوقطبی

نسبت توان تابشی توسط آنتن به توان یک آنتن فرضی همسانگرد را بازده می گویند.

G={\left({P\over S}\right)_{ant}\over{\left({P\over S}\right)_{iso}}}

همچنین داریم

\textstyle{\left({P\over S}\right)_{ant}}=\textstyle{1\over2}c\varepsilon_\circ E_\theta^2\simeq\textstyle{{1\over120\pi}}E_\theta^2

و همچنین

\textstyle{\left({P\over S}\right)_{iso}}=\textstyle{{1\over2} R_{series}I_\circ^2\over4\pi r^2}


G=\textstyle{{\pi\left({L\over\lambda}\right)^2\over \varepsilon_\circ c{2\pi\over3\varepsilon_\circ c}\left({L\over\lambda}
\right)^2}} = 1.76 dBi

منابع[ویرایش]

ترجمه شده از http://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna