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).
Primele antene au fost construite în 1888 de către fizicianul german Heinrich Hertz în experimentele sale de pionierat pentru a dovedi existența undelor electromagnetice prezise de teoria lui James Clerk Maxwell. Hertz a plasat antene dipol în punctul focal al unui reflector parabolic, atât pentru emisia cât și pentru recepția undelor radio. Rezultatele cercetărilor lui au fost publicate în Annalen der Physik und Chemie (vol. 36, 1889).
Aceeași antenă poate fi folosită fie ca antenă de emisie, fie ca antenă de recepție, însă, în general, antenele se deosebesc din punct de vedere constructiv. Astfel, tipurile existente de antene de radio și televiziune lucrează pe lungimi de undă între câțiva milimetri și câteva zeci de mii de metri.
Terminologie Originea cuvântului antenă, relativ la aparatura de transmisie fără fir este atribuită pionierului italian în domeniul radio, Guglielmo Marconi. În 1895, în timp ce testa aparatura radio în Alpii Elvețieni, la Salvan (Elveția), în regiunea Mont Blanc, Marconi a făcut experimente cu antene sub forma unor fire conductoare lungi. El a folosit un stâlp vertical, de 2,5 metri, cu un fir ce lega capătul de sus de emițător, ca un element aerian de recepție și radiație. În limba italiană un stâlp de cort este numit l'antenna centrale, de unde, stâlpul cu sârmă a fost numit, pur și simplu antenă. Până atunci, elementele de transmisie fără fir erau cunoscute sub denumirea de element aerian de emisie, sau recepție. Datorită recunoașterii internaționale a lui Marconi, utilizarea cuvântului antenă (termenul italian pentru stâlp, par) s-a împrăștiat în rândul celor care aveau preocupări în domeniul transmisiilor fără fir, iar mai târziu la publicul larg. "Salvan: Cradle of Wireless, How Marconi Conducted Early Wireless Experiments in the Swiss Alps", Fred Gardiol & Yves Fournier, Microwave Journal, February 2006, pp. 124-136.
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.
Prezentare generală Antenele sunt necesare oricărui receptor, sau emițător radio, pentru a cupla conexiunea sa electrică la câmpul electromagnetic. Undele radio sunt unde electromagnetice, care transportă semnale prin aer (sau alte medii), cu viteza luminii. Emițătoarele și receptoarele radio sunt folosite pentru a transmite semnale (informații), inclusiv în sistemele de radiodifuziune, televiziune, telefonie mobilă, Wi-Fi (WLAN), rețele de date, comunicații punct-la-punct (telefon, rețele de date), legături prin satelit, dispozitive controlate de la distanță și multe altele. Undele radio sunt, de asemenea, utilizate direct pentru măsurători în tehnologii, inclusiv radar, GPS, și radioastronomie. În fiecare caz, emițătoarele și receptoarele sunt uneori ascunse (cum ar fi antena interioară a unui receptor radio, sau dispozitivul interior al unui laptop dotat cu Wi-Fi).
În funcție de aplicațiile lor și de tehnologia disponibilă, antenele se încadrează, în general, într-una din cele două categorii: Antene omnidirecționale, sau doar slab direcționale, care recepționează, sau radiază unde electromagnetice (mai mult sau mai puțin) uniform din/în toate direcțiile. Acestea sunt utilizate în cazul în care poziția relativă a celeilalte stații este necunoscută, sau arbitrară. Ele sunt folosite, de asemenea, la frecvențe joase, unde o antenă direcțională ar fi prea mare, sau costurile ar fi prea mari, sau pentru reducerea costurilor în cazul în care nu este necesară o antenă direcțională. Antene direcționale, sau antene cu fascicul, care sunt destinate să emită, sau să recepționeze unde electromagnetice preferențial, într-o anumită direcție, ori configurație direcțională.
În utilizarea comună, "omnidirecțional" se referă de obicei la toate direcțiile orizontale, tipic cu performanțe reduse pe direcția spre cer, sau cea spre pământ (un radiator izotrop real nu este posibil). O antenă direcțională este destinată, de obicei, pentru maximizarea cuplajului său la câmpul electromagnetic în direcția celeilalte stații, sau uneori să acopere un anumit sector, cum ar fi o configurație orizontală cu deschiderea de 120°, în cazul unei antene panel, de la stația unei celule de telefonie mobilă.
Un exemplu de antenă omnidirecțională este cel foarte comun, de antenă verticală, sau antenă vergea (whip antenna), constând dintr-o bară metalică (adesea, dar nu întotdeauna, cu lungimea egală cu un sfert de lungime de undă). O antenă dipol este similară, dar constă din doi astfel de conductori orientați pe aceeași direcție, în sensuri contrare, cu o lungime totală care este adesea, dar nu întotdeauna, egală cu o jumătate de lungime de undă. Dipolii sunt de obicei orientați orizontal, caz în care sunt slab direcționali: semnalele sunt destul de bine radiate sau recepționate din toate direcțiile, cu excepția direcției de-a lungul conductorului însuși; această regiune este numită conul orb al antenei, sau nul.
Atât antenele verticale, cât și antenele dipol sunt constructiv simple și relativ ieftine. Antena dipol, care este baza de proiectare pentru majoritatea antenelor, este un dispozitiv echilibrat (simetric), cu tensiuni și curenți egali dar opuși în fază, aplicați la terminalele sale printr-o linie de transmisie echilibrată (simetrică), sau o linie de transmisie coaxială, prin intermediul unei așa-numite "bucle de adaptare a impedanței". Antena verticală, pe de alt parte, este o antenă monopol. Este de obicei conectată la conductorul interior al unei linii coaxiale de transmisie (sau la o rețea de adaptare); ecranul (conductorul exterior) al liniei de transmisie este connctat la pământ. În acest fel, pământul, sau orice suprafață conductoare de mari dimensiuni, joacă rolul celui de-al doilea conductor al dipolului, formând astfel un circuit închis.Nikola Tesla spunea, în timpul cercetărilor sale cu privire la transmisia radio, că "unul dintre terminalele sursei va fi conectat la Pământ [ca legătură electrică la pământ ...], cealaltă la un corp izolat, de suprafață mare. Pentru mai multe informații, a se vedea "On Light and Other High Frequency Phenomena". Delivered before the Franklin Institute, Philadelphia, February 1893, and before the National Electric Light Association, St. Louis, Missouri, March 1893. Deoarece antenele monopol se bazează pe o masă conductoare, poate fi utilizată o așa-numită structură de împământare, pentru a oferi un mai bun contact cu pământul, sau care să se comporte ca o legătură la pământ, pentru a îndeplini această funcție, indiferent de (sau în absența) unui contact real cu pământul.
Antene mai sofisticate decât antenele dipol, sau verticale sunt proiectate cu scopul de a crește directivitatea și, în consecință, câștigul antenei. Acest lucru se poate obține în mai multe moduri, ce duc la o multitudine de tipuri de antene. Marea majoritate a acestora sunt alimentate cu linii echilibrate (simetrice) și se bazează pe structura antenei dipol cu elemente componente adiționale, care le cresc directivitatea.
De exemplu, o rețea fazată constă din două sau mai multe antene simple, care sunt conectate împreună printr-o rețea electrică. Acest lucru implică de multe ori o serie de antene dipol paralele cu o anumită spațiere între ele. Rețelele de antene pot folosi orice tip de antenă de bază (omnidirecționale sau slab direcționale), cum ar fi buclă, dipol etc. Aceste elemente sunt adesea identice.
Totuși, o antenă log-periodică constă într-o serie de elemente dipol de lungimi diferite, în scopul de a obține o antenă întrucâtva direcțională, având o lărgime de bandă extrem de largă. Astfel de antene sunt utilizate frecvent pentru recepția de televiziune în zonele marginale. Antenele dipol care o compun sunt toate considerate "elemente active", deoarece toate sunt conectate electric împreună (și la linia de transmisie). Pe de altă parte, o rețea de dipoli similară, antenă Yagi-Uda (sau pur și simplu "Yagi"), are un singur element dipol cu o conexiune electrică; celelalte, așa-numitele elemente parazite interacționează cu câmpul electromagnetic, în scopul de a realiza o antenă relativ direcțională, dar una care este limitată la o lărgime de bandă destul de îngustă. Antena Yagi are elemente parazite dipol asemănătoare, dar care acționează în mod diferit, datorită lungimii lor oarecum diferite. Pot exista un număr de așa-numite "elemente directoare" în fața elementului activ pe direcția de propagare și, de obicei, un singur (dar posibil mai multe) "reflector" pe partea opusă a elementului activ.
Reciprocitate