آنتن‌های مخابراتی: تجهیزات ارسال‌کننده امواج رادیویی

بروزرسانی شده در: 18:40 1404/08/18 مشاهده: 9 دسته بندی: کپسول آموزشی

آنتن‌های مخابراتی: پل ارتباطی جهان

فرستنده‌ها و گیرنده‌های نامرئی امواج رادیویی که جهان ما را به هم متصل می‌کنند.

این مقاله به بررسی جامع آنتن‌های مخابراتی می‌پردازد. شما با اصول کار آنتن‌ها، انواع مختلف آن‌ها، پارامترهای مهم در انتخاب و طراحی آنتن و کاربردهای گسترده‌ی این تجهیزات در زندگی روزمره آشنا خواهید شد. این محتوا به گونه‌ای طراحی شده که برای دانش‌آموزان در تمامی مقاطع تحصیلی قابل درک باشد.

آنتن چیست و چگونه کار می‌کند؟

یک آنتن¹، وسیله‌ای است که سیگنال‌های الکتریکی را به امواج الکترومغناطیسی² تبدیل می‌کند تا در فضا پخش شوند (عمل فرستندگی) و برعکس، امواج الکترومغناطیسی موجود در فضا را دریافت و به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند (عمل گیرندگی). برای درک بهتر، فرض کنید یک سنگ را درون یک برکه آب می‌اندازید. امواج حاصل از برخورد سنگ، در تمام جهت‌ها روی سطح آب پخش می‌شوند. آنتن فرستنده مانند دست شماست که سنگ را پرتاب می‌کند و آنتن گیرنده مانند یک جسم شناور روی آب است که با رسیدن امواج به آن، تکان می‌خورد.

فرمول پایه: رابطه‌ی بین طول موج³ و فرکانس⁴ به صورت $ c = f \times \lambda $ است. در این فرمول، $ c $ سرعت نور (300,000 کیلومتر بر ثانیه)، $ f $ فرکانس و $ \lambda $ طول موج است. آنتن‌ها معمولاً برای کارایی بهتر، متناسب با طول موج سیگنال طراحی می‌شوند.

مثلاً برای دریافت برنامه‌های رادیویی FM که روی فرکانس حدود 100 مگاهرتز پخش می‌شوند، طول موج حدود 3 متر است. بنابراین آنتن‌های خودروی شما که برای این موج‌ها طراحی شده‌اند، اغلب طولی نزدیک به این مقدار دارند.

انواع اصلی آنتن‌های مخابراتی

آنتن‌ها را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی مانند جهت‌دار بودن، کاربرد و ساختار دسته‌بندی کرد. در جدول زیر مهم‌ترین انواع آنتن‌ها آورده شده است:

نوع آنتن	توضیح و ویژگی‌ها	کاربردهای رایج
آنتن سیمی⁵	ساده‌ترین نوع آنتن، اغلب همه‌جهته⁶ و دارای کارایی متوسط. می‌تواند به شکل خطی مستقیم یا حلقه باشد.	رادیوی خانگی، رادیوی خودرو، وای‌فای⁷
آنتن یاقی⁸	آنتنی میله‌ای و جمع‌وجور که اغلب در دستگاه‌های قابل حمل استفاده می‌شود. عملکردی همه‌جهته دارد.	بی‌سیم‌های مسافت کوتاه، رادیوی پلیس، اسباب‌بازی‌های کنترلی
آنتن دیش (بشقابی)⁹	دارای یک بازتابنده¹⁰ سهموی شکل که امواج را در یک نقطه کانونی متمرکز می‌کند. بسیار جهت‌دار و با بهره¹¹ بالا.	ماهواره‌ها، ارتباطات رادیویی نقطه‌به‌نقطه، تلسکوپ‌های رادیویی
آنتن آرایه‌ای¹²	از چندین آنتن کوچک تشکیل شده که با هم کار می‌کنند. امکان کنترل جهت پرتو¹³ را فراهم می‌کنند.	ایستگاه‌های پایه تلفن همراه¹⁴ (BTS)، رادار، نسل پنجم تلفن همراه (5G)

پارامترهای کلیدی در عملکرد آنتن

برای انتخاب یا طراحی یک آنتن مناسب، باید به چند ویژگی مهم توجه کرد:

بهره آنتن¹⁵: معیاری برای سنجش توانایی آنتن در متمرکز کردن انرژی در یک جهت خاص. هرچه بهره بالاتر باشد، آنتن جهت‌دارتر است و سیگنال قوی‌تری در جهت اصلی ارسال یا دریافت می‌کند. بهره بر حسب دسی‌بل¹⁶ (dB) اندازه‌گیری می‌شود.
الگوی تشعشعی¹⁷: یک نمودار سه‌بعدی که نحوه‌ی توزیع انرژی الکترومغناطیسی آنتن را در فضا نشان می‌دهد. این الگو مشخص می‌کند که آنتن در کدام جهت‌ها بهتر و در کدام جهت‌ها ضعیف‌تر کار می‌کند.
امپدانس¹⁸: مقدار مقاومت الکتریکی آنتن در برابر جریان متناوب. برای حداکثر انتقال توان، امپدانس آنتن باید با امپدانس کابل و فرستنده/گیرنده مطابقت داشته باشد. مقدار استاندارد آن 50 اهم است.
پolarization (قطبش)¹⁹: به جهت نوسان میدان الکتریکی موج اشاره دارد. می‌تواند افقی، عمودی یا دایره‌ای باشد. برای بهترین دریافت، قطبش آنتن فرستنده و گیرنده باید یکسان باشد.

آنتن‌ها در زندگی روزمره: از خانه تا شهر

شما در اطراف خود به راحتی می‌توانید نمونه‌های مختلفی از آنتن‌ها را پیدا کنید. آنتن‌های کوچک روی مودم وای‌فای منزل شما، آنتن‌های بزرگ روی پشت‌بام‌ها برای دریافت تلویزیون، دیش‌های ماهواره، و آنتن‌های مخروطی شکل روی دکل‌های مخابراتی در سطح شهر، همگی مثال‌هایی از این فناوری هستند. وقتی با تلفن همراه خود صحبت می‌کنید، سیگنال صوتی شما ابتدا به نزدیک‌ترین دکل مخابراتی (که مجهز به چندین آنتن آرایه‌ای است) فرستاده می‌شود و از آنجا به مقصد هدایت می‌شود. در واقع این آنتن‌ها هستند که شبکه‌ی تلفن همراه را تشکیل می‌دهند.

مثال عملی: چرا وقتی به یک تونل وارد می‌شویم، ممکن است سیگنال تلفن همراهمان قطع شود؟ امواج رادیویی به‌سختی می‌توانند از میان توده‌های بزرگ سنگ و بتن (دیواره‌های تونل) عبور کنند. در این حالت، آنتن تلفن همراه شما نمی‌تواند امواج را از دکل بیرون دریافت یا به آن ارسال کند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

آیا آنتن‌های مخابراتی برای سلامتی انسان مضر هستند؟

امواج رادیویی ساطع شده از آنتن‌های مخابراتی در دسته‌ی امواج غیر یون‌ساز قرار می‌گیرند. این به آن معناست که انرژی کافی برای جدا کردن الکترون از اتم‌ها (مانند پرتوهای ایکس) را ندارند. بر اساس تحقیقات سازمان جهانی بهداشت، در صورت رعایت استانداردهای تابش، این امواج خطری برای سلامتی عمومی ایجاد نمی‌کنند. شدت این امواج با فاصله گرفتن از آنتن به سرعت کاهش می‌یابد.

چرا برخی آنتن‌ها بزرگ و برخی کوچک هستند؟

اندازه آنتن معمولاً با طول موج سیگنالی که باید ارسال یا دریافت کند، رابطه مستقیم دارد. برای فرکانس‌های پایین (مانند رادیوی AM) که طول موج بلندی دارند (صدها متر)، آنتن‌ها باید بزرگ باشند. برای فرکانس‌های بالا (مانند وای‌فای یا تلفن همراه) که طول موج کوتاهی دارند (در حد سانتیمتر یا میلی‌متر)، آنتن‌ها می‌توانند بسیار کوچک ساخته شوند.

آیا آنتن موبایل، آنتن وای‌فای و آنتن رادیو با هم تفاوت دارند؟

بله، اساس کار همه آن‌ها یکسان است اما هر کدام برای کار در محدوده فرکانسی خاصی طراحی و بهینه شده‌اند. آنتن رادیوی FM برای فرکانس حدود 100 مگاهرتز، آنتن موبایل برای فرکانس‌های 700 تا 2600 مگاهرتز و آنتن وای‌فای برای فرکانس‌های 2400 یا 5000 مگاهرتز طراحی می‌شوند. شکل و اندازه آنتن بر اساس این فرکانس‌ها تعیین می‌گردد.

جمع‌بندی: آنتن‌های مخابراتی قلب تپنده‌ی ارتباطات بی‌سیم در جهان مدرن هستند. از تماس تلفنی ساده تا پخش زنده‌ی تلویزیونی و دسترسی به اینترنت، همه و همه مدیون وجود این تجهیزات هستند. درک اصول اولیه‌ی کار آنتن‌ها نه تنها جذاب است، بلکه به ما کمک می‌کند دنیای فناوری اطراف خود را بهتر درک کنیم.

پاورقی

¹ Antenna
² Electromagnetic Waves
³ Wavelength
⁴ Frequency
⁵ Wire Antenna
⁶ Omnidirectional
⁷ Wi-Fi
⁸ Whip Antenna
⁹ Dish Antenna
¹⁰ Reflector
¹¹ Gain
¹² Array Antenna
¹³ Beamforming
¹⁴ Base Transceiver Station (BTS)
¹⁵ Antenna Gain
¹⁶ Decibel (dB)
¹⁷ Radiation Pattern
¹⁸ Impedance
¹⁹ Polarization

امواج رادیویی آنتن فرستنده و گیرنده مخابرات بی‌سیم فرکانس و طول موج دکل مخابراتی

آنتن‌های مخابراتی Telecommunication Antennas انسان و محیط زیست یازدهم پایه یازدهم

اطلاع از تغییرات در بسته‌های گاما

کاربر عزیز سلام!