Antennes

Elektromagnetische Antennes

Het woord "antenne" stamt af van het Latijnse woord "antemna" wat "ra" (van raden); eigenlijk: het bovenaan uitstekende betekend. Het woord wordt in de biologie/dierkunde gebruikt voor de voelsprieten van insekten en schaaldieren. Vanwege de grote analogie tussen de voelspriet en zijn elektromagnetische collega (de Marconi-ontvangst antenne) is de naam overgewaaid naar de elektrotechniek.

A. Geschiedenis

Rond 1864-1881 toen James Clerk Maxwell een theorie over elektromagnetisme opstelde, stelde hij ook dat licht een elektromagnetische golfverschijnsel. De kleur van het licht hangt af van het aantal trillingen per seconde, we noemen dit de frequentie. Maxwell stelde dat er ook elektromagnetische golf-verschijnselen moesten bestaan van ander frequenties dan het zichtbare licht. Driftig gingen over de hele wereld wetenschappers op zoek naar deze nog onbekende frequenties.

In 1887 slaagde de Duitse geleerde Heinrich Hertz (1857-1894) erin elektromagnetische golven op te wekken bij proeven met een elektrische trillingskring. De golflengte was hierbij in de orde van enkele meters. De positieve resultaten die Hertz uitvoerde meldde hij het eerste aan zijn vroegere docent en huidige collega Herman Helmholtz. Helmholtz's schriftelijke reactie was "goed zo, ga zo door". Hertz vervolgde zijn experimenten in de 60 cm band (420 MHz). Hertz gebruikte hiervoor vonkzenders (met puntdipool-antennes) en parabolische spiegels en lenzen van diëlektrisch materiaal. Heinrich Hertz stierf op 37-jarige leeftijd tengevolge van een bloedvergiftiging. In de wetenschap leeft zijn naam nog steeds voort, de eenheid van frequentie is naar hem genoemd.

In 1897 verzond de Italiaanse markies en elektrotechnisch ingenieur Guglielmo Marconi (1874-1937) microgolven over een afstand van 6 km, dit kunnen we zien als het begin van de radio-telecommuncatie.

Alhoewel de ontwikkeling van de radiotechniek is begonnen bij de zeer hoge frequenties ging de ontwikkeling van de radio juist naar de zeer lange golflengte, ten eerste omdat hiermee groter afstanden overbrugd konden worden en ten tweede omdat het bij lage frequenties makkelijker was om smalbandige (sinusvormige), {harmonische} signalen op te wekken. Alleen radioamateurs hielden zich nog bezig met korte golven. Pas in de dertiger jaren kwam hernieuwde belangstelling voor de ultrakorte golven op, vooral door de opkomst van de radartechniek.

De antennetechniek was in de begintijd van de radio nog in een experimenteel stadium. De antennes werden proef ondervindelijk gemaakt. Alhoewel de gereedschappen (Maxwellvergelijkingen) wel bestonden was een gedegen wiskundige beschrijving van de antenne nog niet gedaan. Bij lange golflengte wordt het stralingspatroon ook te veel bepaald door omgevingsfactoren. Alleen bij grote kortegolfstations als dat van de wereldomroep in de Flevopolder is het intersant om een goed stralingspatroon te berekenen.

In 1920 start de eerste Europese radiomroep de Britisch Broadcasting Coöperation (BBC) op een golflengte van 300 meter. In 1935 start de BCC met televisie uitzendingen op 100 MHz.

De eerste satelietverbindingen (golflengte 5 GHz, 6 cm) in 1980.


B. Huidige toepassingen van antennes

De meest gebruikte toepassing van de antenne is de telecommunicatie. Antennes worden gebruikt voor de uitzending van radio- en televisieprogramma’s. Voor permanente of tijdelijke straalverbindingen, telecommunicatie netten en apparatuur (semafoon, auto- en zaktelefoon, draadloze telefonie, porto-, mobilo-, marifoon, 27 Mhz burgerband.

Communicatieverkeer tussen satelieten en grondstations

Maar ook buiten de telecommunicatie zoals bij radartoepassingen zoals defencysystemen, remote sensing en vliegtuiglandingsystemen (ILS), bij beeldverwerkingstechnieken (MRI), voor droogprocessen, in (magnetron)ovens

Antennes zijn niet altijd gewilde objecten, maar zijn soms opgedwongen door de natuur (zie EMC) . In feite is ieder voorwerp een antenne en maakt. Al beseft je het misschien niet je bent zelf ook een ontvangst- en zendantenne alleen al om het feit dat je materie bent en dus zichtbaar. Het besef dat je deel bent van bijvoorbeeld de antenne van je transistorradio, dat de ontvangst wordt gestoord en verbeterd doordat je het stralingspatroon van de antenne veranderd als je door de betreffende ruimte loopt

Wat is een electromagnetische antenne?

De ideale antenne

Reciprociteitstheorema

Lorentz-Lamor theorema of equivalentiestelling

Rekenmethode voor bepaling van het elektromagnetische veld van een (willekeurig) antennesysteem

 

Literatuur

[1] Antenna Theory (2 parts)

       R.E. Collin and F.J. Zucker

       Classificatie: Oud (1969), Standaart Werk

   

  [2] Microwave Antenna Theory and Design

       S. Silver

       Classificatie: Oud, Klassiek (1953)

       Dit boek stamt uit de 2e wereldoorlog en is gedurende 2   

       decennia het handboek voor microgolf antennes geweest.

 

  [3] Antennen (3 teilen)

       A. Heilmann

       Classificatie: Oud (1970)

       Minder uitgebreid dan [1] maar geeft toch een goed    

       overzicht.

 

  [4] Frequency Independent Antennas

       V.H. Rumsey

       Classificatie: Oud, Specialistisch (1966)

 

  [5] Antenna Analysis

       E.A. Wolff

       Classificatie: Oud (1966)

 

  [6] Antennas

       L.R. Blake

       Classificatie: Oud (1966)

[7] Microwave Scanning Antennas

       R.C. Hansen

      Classificatie: Oud, over elektronische roteerbare antennes       (1964)

[8] Analysis of reflector antennas

       W.V.T. Rush and P.D. Potter

       Classificatie: Oud (1970)

 

[9] Mikrowellen Antennen

       R. Kühn

       Classificatie: Oud (1964)

   

[10] Time-harmonic Elecromagnetic Fields

       R.F. Harrington

       McGraw-Hill Book Company, Inc., New York 1961

       Classificatie: Oud, Standaard Werk

 

[11] Transactions on antennas and propagation

        I.E.E.E.

       Classificatie: Nieuw

 

[12] Antenna theory and design

       R.S. Elliott

       Classificatie: Nieuw (1981), iets meer specialistisch

 

[13] Antenna theory and design

       W.L. Stutzman and G. Thiele

       Classificatie: Nieuw, iets meer specialistisch

 

[14] Antenne Theory; Analysis and Design

       C.A. Balanis

       Harper and Row Publishers, New York 1982

       Classificatie: Het meest moderne boek ( f80,--)

 

[15] Microwave Handbook, volume 1, Chapter 4, Microwave Antennas

       M.W. Dixon G3PFRRadio Society of Great Britain (RSGB)

       Classificatie: Amateuristische toepassingen

 

& De nieuwere wetenschappelijke boeken maken meer gebruik van de computer. Hierdoor kunnen handiger moeilijke wiskundige problemen worden opgelost. De oudere boeken bevatten om zonder computer toch aan oplossingen te komen lange formules.