آنتن ها
آنتن وسیله‌ای برای انتقال امواج رادیویی به محیط و همچنین دریافت آنها از محیط اطراف است. به جز چند ماهواره غیرفعال که در دهه‌های اول عصر فضا فقط برای بازتابش امواج رادیویی به فضا فرستاده شدند، تمام ماهواره‌ها و فضاپیماهایی که بشر تاکنون به فضا فرستاده است، دارای آنتن بوده‌اند. آنتن بخشی از زیرسامانه مخابراتی ماهواره به‌حساب می‌آید. امروزه آنتن‌های زمینی دریافت اطلاعات از ماهواره در اندازه‌ها و شکل‌های گوناگون موجود هستند.
آنتن، بخشی از هر سامانه فرستنده یا گیرنده الکترونیکی است. آنتن عبارت است از بخشی از یک سامانه رادیویی که یک سیگنال رادیویی را قادر به ارسال به محیط اطراف یا دریافت از محیط می‌کند. به‌عبارت دیگر، آنتن را می‌توان رابط بین سامانه الکترونیکی و فضای بیرون دانست. یک آنتن فرستنده، جریان‌های الکتریکی را به سطوح لایه‌ای رسانا القا می‌کند که در نتیجه امواج الکترومغناطیسی تولید شده و در فضا پخش می‌شوند. همین امواج الکترومغناطیسی بر روی سطوح مشخصی از آنتن‌های گیرنده، جریان‌های الکتریکی را القا می‌کنند.
آنتن جزء لاینفک سامانه کلیه ماهواره‌های فعال، کاوشگرها، فضاپیماها و ایستگاه‌های زمینی ارسال و دریافت داده و کنترل فضایی است.
آنتن‌های فضایی را می‌توان به جهات گوناگون دسته‌بندی کرد. یکی از عمومی‌ترین دسته‌بندی‌ها در این حوزه، تقسیم آنتن‌ها به دو دسته فضایی (آنتن‌های مستقر در فضا) و زمینی (آنتن‌های مستقر در ایستگاه‌های زمینی) است. باید توجه داشت آنتن یک گیرنده جیبی جی‌پی‌اس هم می‌تواند یک آنتن زمینی باشد. آنتن‌های بشقابی تلویزیون‌های ماهواره‌ای هم نوعی آنتن زمینی هستند. آنتن‌های بشقابی عظیم چندین متری نیز که با فضا در ارتباطند، از همین رده به حساب می‌آیند. هر دو دسته آنتن‌های زمینی و فضایی از اصول و مبانی یکسانی برخوردار هستند. تنها تفاوت اساسی آنها در نوع سازه و شرایط محیطی متفاوت‌شان است. آنتن‌هایی که در محیط فضا به‌کار گرفته می‌شوند، باید به لحاظ سازه‌ای تحمل شرایط فضا (اختلاف دما، برخورد انواع ذرات، بارهای دینامیکی و …) را داشته باشند. همچنین آنتن‌های فضایی حتماً باید به صورت تاشو و حتی‌الامکان با کمترین وزن و حجم ممکن طراحی شوند تا مشکلات مربوط به پرتاب و هزینه، در آنها به حداقل برسد. عوامل مربوط به طراحی آنتن معمولاً بیشترین تاثیر را بر روی جرم ماهواره و در نتیجه، هزینه پرتاب دارند.
پارامترها و مفاهیم مهم در آنتن‌های مخابرات فضایی
آنتن نیز مانند هر سامانه مهندسی دیگر، دارای عوامل و مشخصه‌های عملکردی و قابلیتی مختلف است. مهم‌ترین این عوامل و همچنین برخی مفاهیم مرتبط با آنتن عبارتند از:
بهره آنتن: عبارت است از نسبت توان سیگنال خروجی از آنتن به توان ورودی آن. این کمیت با واحد دسی بل اندازه‌گیری می‌شود.
الگوی تشعشعی آنتن: عبارت است از اندازه‌ای از حساسیت آنتن در جهات مختلف. توان سمت‌گیری: عبارت است از قدرت آنتن در نشانه‌روی به سمت ماهواره (یا به سمت آنتن زمینی). این سمت‌گیری ممکن است به‌صورت مکانیکی یا الکترونیکی (تغییر جهت پخش موج با استفاده از خواص الکترونیکی موج و بدون تغییر جهت مکانیکی) آنتن باشد.
دمای نویز آنتن: این مفهوم بیانگر نویزی (اغتشاشاتی) است که آنتن دریافت می‌کند و باعث ایجاد اخلال در کار آن می‌شود. در آنتن‌های نصب شده بر روی ماهواره‌ها منبع اصلی این نویز، تشعشعات زمینی و محیط فضا هستند. در آنتن‌های ایستگاه‌های زمینی، منبع اصلی دمای نویز، محیط جو و نویز تشعشعی زمین است. مقارنه ایستگاه زمینی، خورشید و ماهواره می‌تواند یکی از عوامل مهم نویز در آنتن‌های گیرنده زمینی باشد. مقارنه بدین معناست که خورشید، ماهواره و آنتن گیرنده زمینی تقریباً در یک راستا قرار می‌گیرند.
معمولاً آنتن‌ها را از یک فلزّ رسانا و سبک مانند آلومینیوم درست می‌کنند. برای اینکه یک آنتن بتواند بتابد، باید جریان الکتریکیْ روی یک رسانا بصورت متغیّر با زمان ایجاد شود. هرچه رسانندگی رسانای مذکور بیشتر باشد، اتلاف‌های اُهْمی ناشی از جریان روی آنتنْ کمتر می‌شوند؛ به همین دلیل، سعی بر آنست که ضریب رسانندگی رسانای سازنده آنتنْ بیشتر باشد.
نمونه هایی از کاربرد آنتن ها :
ارتباط های بی‌سیم :
1. سامانهٔ ارتباط‌های شخصی (PCS)
2.ماهوارهٔ موقعیّت‌یاب جهانی (GPS)
3.شبکه‌های ناحیهٔ محلّی بی‌سیم (WLAN)
4.تلویزیون ماهواره‌ای پخش مستقیم (DBS)
5.ارتباط‌های سیّار
6.تلفن ریزموج یا ارتباط‌های ماهواره‌ای
7.پخش رادیو و تلویزیون و …
سنجش از راه دور:
1.رادار [سنجش از راه دور فعّال-تابش و دریافت]
2.کاربردهای نظامی (جستجو و ردیابی هدف)
3.رادار هواشناسی و واپایش جریان هوا
4.تشخیص سرعت خودرو
5.واپایش شدآمد (مغناطیس‌سنج)
6.رادار نافذ به زمین (GPR)
کاربردهای کشاورزی :
1.پرتوسنجی [سنجش از راه دور منفعل-دریافت تابش]
2.کاربردهای نظامی (اجتناب از تهدید، رهگیری نشانک)
3.پراسنجه‌های عملکرد
و……
آنتن، بخشی از هر سامانه فرستنده یا گیرنده الکترونیکی است. آنتن عبارت است از بخشی از یک سامانه رادیویی که یک سیگنال رادیویی را قادر به ارسال به محیط اطراف یا دریافت از محیط می‌کند. به‌عبارت دیگر، آنتن را می‌توان رابط بین سامانه الکترونیکی و فضای بیرون دانست. یک آنتن فرستنده، جریان‌های الکتریکی را به سطوح لایه‌ای رسانا القا می‌کند که در نتیجه امواج الکترومغناطیسی تولید شده و در فضا پخش می‌شوند. همین امواج الکترومغناطیسی بر روی سطوح مشخصی از آنتن‌های گیرنده، جریان‌های الکتریکی را القا می‌کنند.
آنتن جزء لاینفک سامانه کلیه ماهواره‌های فعال، کاوشگرها، فضاپیماها و ایستگاه‌های زمینی ارسال و دریافت داده و کنترل فضایی است.
آنتن‌های فضایی را می‌توان به جهات گوناگون دسته‌بندی کرد. یکی از عمومی‌ترین دسته‌بندی‌ها در این حوزه، تقسیم آنتن‌ها به دو دسته فضایی (آنتن‌های مستقر در فضا) و زمینی (آنتن‌های مستقر در ایستگاه‌های زمینی) است. باید توجه داشت آنتن یک گیرنده جیبی جی‌پی‌اس هم می‌تواند یک آنتن زمینی باشد. آنتن‌های بشقابی تلویزیون‌های ماهواره‌ای هم نوعی آنتن زمینی هستند. آنتن‌های بشقابی عظیم چندین متری نیز که با فضا در ارتباطند، از همین رده به حساب می‌آیند. هر دو دسته آنتن‌های زمینی و فضایی از اصول و مبانی یکسانی برخوردار هستند. تنها تفاوت اساسی آنها در نوع سازه و شرایط محیطی متفاوت‌شان است. آنتن‌هایی که در محیط فضا به‌کار گرفته می‌شوند، باید به لحاظ سازه‌ای تحمل شرایط فضا (اختلاف دما، برخورد انواع ذرات، بارهای دینامیکی و …) را داشته باشند. همچنین آنتن‌های فضایی حتماً باید به صورت تاشو و حتی‌الامکان با کمترین وزن و حجم ممکن طراحی شوند تا مشکلات مربوط به پرتاب و هزینه، در آنها به حداقل برسد. عوامل مربوط به طراحی آنتن معمولاً بیشترین تاثیر را بر روی جرم ماهواره و در نتیجه، هزینه پرتاب دارند.
پارامترها و مفاهیم مهم در آنتن‌های مخابرات فضایی
آنتن نیز مانند هر سامانه مهندسی دیگر، دارای عوامل و مشخصه‌های عملکردی و قابلیتی مختلف است. مهم‌ترین این عوامل و همچنین برخی مفاهیم مرتبط با آنتن عبارتند از:
بهره آنتن: عبارت است از نسبت توان سیگنال خروجی از آنتن به توان ورودی آن. این کمیت با واحد دسی بل اندازه‌گیری می‌شود.
الگوی تشعشعی آنتن: عبارت است از اندازه‌ای از حساسیت آنتن در جهات مختلف. توان سمت‌گیری: عبارت است از قدرت آنتن در نشانه‌روی به سمت ماهواره (یا به سمت آنتن زمینی). این سمت‌گیری ممکن است به‌صورت مکانیکی یا الکترونیکی (تغییر جهت پخش موج با استفاده از خواص الکترونیکی موج و بدون تغییر جهت مکانیکی) آنتن باشد.
دمای نویز آنتن: این مفهوم بیانگر نویزی (اغتشاشاتی) است که آنتن دریافت می‌کند و باعث ایجاد اخلال در کار آن می‌شود. در آنتن‌های نصب شده بر روی ماهواره‌ها منبع اصلی این نویز، تشعشعات زمینی و محیط فضا هستند. در آنتن‌های ایستگاه‌های زمینی، منبع اصلی دمای نویز، محیط جو و نویز تشعشعی زمین است. مقارنه ایستگاه زمینی، خورشید و ماهواره می‌تواند یکی از عوامل مهم نویز در آنتن‌های گیرنده زمینی باشد. مقارنه بدین معناست که خورشید، ماهواره و آنتن گیرنده زمینی تقریباً در یک راستا قرار می‌گیرند.
معمولاً آنتن‌ها را از یک فلزّ رسانا و سبک مانند آلومینیوم درست می‌کنند. برای اینکه یک آنتن بتواند بتابد، باید جریان الکتریکیْ روی یک رسانا بصورت متغیّر با زمان ایجاد شود. هرچه رسانندگی رسانای مذکور بیشتر باشد، اتلاف‌های اُهْمی ناشی از جریان روی آنتنْ کمتر می‌شوند؛ به همین دلیل، سعی بر آنست که ضریب رسانندگی رسانای سازنده آنتنْ بیشتر باشد.
نمونه هایی از کاربرد آنتن ها :
ارتباط های بی‌سیم :
1. سامانهٔ ارتباط‌های شخصی (PCS)
2.ماهوارهٔ موقعیّت‌یاب جهانی (GPS)
3.شبکه‌های ناحیهٔ محلّی بی‌سیم (WLAN)
4.تلویزیون ماهواره‌ای پخش مستقیم (DBS)
5.ارتباط‌های سیّار
6.تلفن ریزموج یا ارتباط‌های ماهواره‌ای
7.پخش رادیو و تلویزیون و …
سنجش از راه دور:
1.رادار [سنجش از راه دور فعّال-تابش و دریافت]
2.کاربردهای نظامی (جستجو و ردیابی هدف)
3.رادار هواشناسی و واپایش جریان هوا
4.تشخیص سرعت خودرو
5.واپایش شدآمد (مغناطیس‌سنج)
6.رادار نافذ به زمین (GPR)
کاربردهای کشاورزی :
1.پرتوسنجی [سنجش از راه دور منفعل-دریافت تابش]
2.کاربردهای نظامی (اجتناب از تهدید، رهگیری نشانک)
3.پراسنجه‌های عملکرد
و……
