آنتن چیست؟ (برگرفته از 2 منبع)

پیشگفتار:

این اولین نوشته در این بخش از سایت که عنوان آن “آنتن” است می‌باشد لذا منطقی است که پاسخی باشد به اولین سوالی که با شنیدن این عنوان به ذهن می‌رسد یعنی: آنتن چیست؟ در این نوشتار تلاش شده است پاسخ این پرسش از 2 منبع داده شود.

اما نکته‌ای کلی در اینجا لازم به ذکر است: اولین و مهمترین منبع مطالب بخش آنتن سایت تفرق برگرفته از مباحث مطرح شده در جلسات درس آنتن استاد بزرگوار استاد شاه‌آبادی در دانشگاه تهران می‌باشد. اگر مطالب برای خواننده مفید و کاربردی بود، قطعا از جانب استاد شاه‌آبادی است و در صورتی که خطائی دیده شد قطعا از جانب نگارنده.

نکته دیگر در ارتباط با چرایی وجود یک بخش مجزا در سایت با عنوان آنتن (و نه در زیرمجموعه الکترومغناطیس) است: همانگونه که شاید برخی بدانید، درس آنتن 1 یکی از دروس دوره کارشناسی رشته مهندسی برق می‌باشد، که در صورتی که شما مایل به ادامه تحصیل (کارشناسی ارشد) در رشته مهندسی برق گرایش مخابرات میدان باشید، بهتر است حتما این درس را بواسطه اهمیت و جایگاه مبحث آنتن در مخابرات میدان گذرانده باشید. ضمن اینکه درس دیگری با عنوان آنتن 2 نیز در دوره کارشناسی ارشد مخابرات میدان ارائه می‌گردد تا دانشجو عمیق‌تر در این مبحث وارد شود.

اما آنچه که قصد عنوان آن را داشتم این است که مبحث آنتن امروزه به گونه‌ای است که نمی‌توان به آن به شکل 1 تا 2 درس از رشته مهندسی برق نگاه کرد، بلکه می‌توان به شکل مستقل آن را به عنوان یک رشته مهندسی در نظر گرفت، به همین دلیل امروزه با عنوانی چون “مهندسی آنتن” در نوشتارهای مختلف روبرو می‌شویم. از این رو تصمیم بر این شد که بخشی مستقل (و نه زیرمجموعه‌ای از الکترومغناطیس) در این سایت به مبحث آنتن اختصاص داده شود.

حال برویم سراغ پاسخ به سوال “آنتن چیست؟”

نکات پیش از مطالعه

آنتن چیست؟ (برگرفته از منبع 1)

با تعریف دقیق آنتن (Antenna) آغاز کنیم: آنتن یک مبدل است. شکلی از موج الکترومغناطیسی را از سیستم فرستنده دریافت کرده، آن را به شکلی از موج الکترومغناطیسی که قابل انتشار در فضای آزاد است تبدیل می‌کند. عکس این مطلب نیز رخ می‌دهد، یعنی در صورتی که موج الکترومغناطیسی‌ای (که قابل دریافت توسط آنتن باشد) در فضای آزاد وجود داشته باشد و به آنتن برسد، آنتن بخشی از آن را دریافت کرده و به شکلی از موج الکترومغناطیسی‌ که قابل دریافت توسط بخش گیرنده باشد تبدیل می‌کند.

در ارتباط با شکل‌های متفاوت موج الکترومغناطیس (یا دقیق‌تر مُدهای مختلف) که در بالا به آن اشاره شد و گفته شد که آنتن نقش مبدل را در این میان بازی می‌کند، در بخش الکترومغناطیس از سایت توضیحات لازم داده خواهد شد.

و اما پس از پاسخ به سوال “آنتن چیست؟” به ذکر چند نکته می‌پردازم:

حال با مشخص شدن این موضوع که آنتن چیست، ذکر مثالی از چرایی نیاز به آنتن که در یکی از سایت‌ها بیان شده بود، خالی از لطف نیست:

در صورتی که 2 نفر بخواهند برای انتقال یک فکر، ایده و … با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، می‌توانند اینکار را از طریق صحبت (ارتباط صوتی) انجام دهند. این نوع ارتباط برقرار کردن از طریق امواج صوتی رخ داده است. حال اگر این 2 فرد در فاصله زیادی از یکدیگر قرار داشته باشند و بخواهند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، مجبوریم که امواج صوتی آنها را به امواج الکترومغناطیسی تبدیل کنیم. این تبدیل در سیستم فرستنده انجام شده و موج الکترومغناطیسی نهایی به آنتن ارسال می‌شود تا آنتن آن را به شکلی از موج الکترومغناطیسی که قابل انتشار در فضای آزاد است تبدیل ‌کند و سپس در فضای آزاد پخش نماید.

آنتن چیست؟ (برگرفته از منبع 2)

پیش از مطالعه این قسمت توجه شود که مثل همه سایر مطالب سایت ویکی‌پدیا، به غیر از پاسخ به سوال “آنتن چیست؟” در این مطلب موارد دیگری نیز بیان شده است (چون بحث جهت‌دهی و …) که شاید با آنها هنوز آشنا نباشید، جای نگرانی نیست چون این موارد در نوشته‌های بعدی مورد بررسی قرار خواهند گرفت. تنها به دنبال پاسخ به سوال “آنتن چیست؟” باشید و بس!

در حوزه مهندسی رادیو که نام دیگر آن مهندسی پخش است (و باید توجه شود که متفاوت است از مهندسی فرکانس‌ رادیویی (که نام دیگر آن مهندسی RF است))، یک آنتن (Antenna) که واژه Aerial نیز برای آن به کار می‌رود عبارت است از: واسطی میان امواج رادیویی که در فضا منتشر می‌شوند و جریان‌های الکتریکی که در هادی‌های فلزی‌ای که توسط فرستنده یا گیرنده مورد استفاده قرار گرفته‌اند، حرکت می‌کنند.

در زمان ارسال، یک فرستنده رادیویی جریان الکتریکی را به ترمینال‌های آنتن می‌رساند، و آنتن انرژی رسیده بواسطه جریان را به شکل امواج الکترومغناطیس (امواج رادیویی) تابش می‌کند.

در زمان دریافت، یک آنتن بخشی از توان یک موج رادیویی را به منظور تولید یک جریان الکتریکی در ترمینال‌های خود، دریافت می‌کند (شاید واژه بهتر می‌قاپد باشد! در متن اصلی از واژه Intercept استفاده شده که آن را “دریافت می‌کند” ترجمه کرده‌ام، اما علت استفاده از این واژه این است که: موج رادیویی موردنظر در مسیری از فضا وجود دارد، با قرار گرفتن آنتن در مسیر عبوری آن، آنتن (بر اساس وضعیت قرارگیری) بخشی از انرژی آن را به خود جذب می‌کند و شاید برای این کار آنتن واژه قاپیدن واژه بهتری باشد!) و آن جریان الکتریکی را به یک گیرنده جهت تقویت‌شدن تحویل می‌دهد. آنتن‌ها اجزای ضروری همه تجهیزات رادیویی می‌باشند.

یک آنتن آرایه‌ای از هادی‌ها (المان‌ها) است، که از نقطه نظر الکتریکی به گیرنده یا فرستنده متصل می‌باشند. آنتن‌ها می‌توانند به‌گونه‌ای طراحی شوند که امواج رادیویی را در تمامی جهات افقی (منظور 360 درجه دور خود) به شکل یکسانی ارسال و یا دریافت کنند (آنتن‌های همه جهته: Omnidirectional Antennas)، یا در یک جهت مشخص موردنظر (آنتن‌های جهت‌دار، یا بهره-بالا، یا پرتوی).

یک آنتن ممکن است شامل اجزائی (چون بازتابنده‌های سهموی، هورن‌ها، یا المان‌های پارازیتی) باشد که به فرستنده متصل نیستند و نقش آنها جهت‌دار کردن امواج رادیویی به شکل یک پرتو یا هر الگوی تشعشعی مدنظر دیگری می‌باشد. جهت‌دهی بالا و راندمان خوب در زمان ارسال با آنتن‌هایی با ابعادی که خیلی کوچکتر از نصف طول موج هستند، به سختی حاصل می‌شود.

اولین آنتن‌ها در سال 1888 توسط فیزیکدان آلمانی هاینریش هرتز در زمان آزمایش‌های پیشگامانه‌اش جهت اثبات حضور امواج که توسط تئوری الکترومغناطیس جیمز کلارک ماکسول پیش‌بینی شده بودند، ساخته شد. هرتز آنتن‌های دایپل را در نقطه کانونی بازتابنده‌های سهموی قرار داد، چه برای ارسال و چه برای دریافت. در سال 1895، گولیلمو مارکونی توسعه آنتن‌هایی که برای مسافت‌های طولانی، جهت تلگراف بی‌سیم، کاربردی بودند را آغاز نمود و به‌واسطه آن جایزه نوبل را دریافت کرد.

و این بود پاسخ ویکی‌پدیا در صورتی که، در جستجوی جوابی برای سوال آنتن چیست می‌باشید.

واژه‌شناسی

حال که پاسخ به سوال “آنتن چیست؟” کمی روشن‌‌تر گردید، ببینیم واژه‌های Antenna و Aerial از کجا آمده‌اند؟

واژه‌های Antenna و Aerial به جای هم استفاده می‌شوند. گهگاه واژه Aerial برای اینکه به طور مشخص اشاره کند به یک آنتن سیمی افقی مرتفع (در ارتفاعی از سطح زمین نصب شده است)، به کار می‌رود (نمونه‌ای از آن در تصاویر شماره 4 و 5 آورده شده است). مبدا واژه Antenna به تجهیزات بی‌سیمی که منتسب به پیشگام ایتالیایی رادیو یعنی گولیلمو مارکونی است، مرتبط می‌باشد.

در تابستان 1895، مارکونی تست سیسم بی‌سیم خود را در فضای باز در املاک پدر خود نزدیک به بلوگنا آغاز کرد و به زودی آزمایش با آنتن (Aerial) سیمی بلند که از یک تیرک معلق بود را آغاز نمود (جهت درک بیشتر نمونه‌‌ دیگری از این آنتن‌های مارکونی که در آزمایش سال 1901 او به کار گرفته شده بود، به تصویر شماره 6 مراجعه نمایید).

در ایتالیایی تیرک چادر (تصویر شماره 7) اینگونه: l’antenna centrale  شناخته می‌شد، و تیرک با سیم (سیم بر آن معلق باشد) اینگونه صدا زده می‌شد: l’antenna. تا آن زمان المان‌های دریافت‌کننده و ارسال‌کننده تشعشع با نام “ترمینال” شناخته می‌شدند. بواسطه شهرتش، استفاده مارکونی از واژه Antenna در میان محققان و مشتاقان حوزه بی‌سیم گسترش یافت و بعد از آن در میان عامه مردم.

جمع‌بندی

در این نوشته با موارد زیر روبرو شدیم:

پسگفتار

امیدوارم این نوشته پاسخی مفید به سوال “آنتن چیست؟” داده باشد، انشاءالله در نوشته بعدی کمی بیشتر به پیشینه آنتن خواهیم پرداخت.