Ăng ten được dùng để truyền  hoặc nhận các thành phần điện từ trong các thiết bị vô tuyến. Thông tin vô tuyến, đài phát thanh, truyền hình, radar, điều hướng, biện pháp đối phó điện tử, viễn thám, thiên văn vô tuyến và các hệ thống kỹ thuật khác, tất cả đều sử dụng sóng điện từ để truyền thông tin và dựa vào ăng-ten để hoạt động.

Ngoài ra, trong việc truyền  năng lượng bằng sóng điện từ, bức xạ năng lượng cũng không phải là tín hiệu cần có ăng ten. Anten thường có thể đảo ngược, có thể được sử dụng làm ăng ten thu, đóng vai trò như cả hai loại ăng ten phát và thu. Truyền hoặc nhận cùng một ăng ten vớitham số đặc tính cơ bản là như nhau.

Định nghĩa

Thông tin vô tuyến bao gồm các thiết bị như radar, thiết bị tác chiến điện tử và dẫn đường vô tuyến, trong đó ăng-ten là một phần quan trọng. Ăng-ten thường được làm bằng kim loại dây điện (gậy) hoặc kim loại bề mặt và được gọi là anten dây. Ăng-ten có chức năng phát sóng vô tuyến, tức là chúng phát ra sóng radio từ máy phát, chuyển đổi năng lượng thành dòng điện xoay chiều và phát tán ra không gian dưới dạng sóng điện từ. Cũng có ăng-ten nhận sóng vô tuyến, có nhiệm vụ thu sóng từ không gian và chuyển đổi năng lượng điện từ đó thành dòng điện xoay chiều, gửi tới thiết bị nhận.

Thông thường, một ăng-ten có thể vừa phát sóng vừa nhận sóng, nhờ vào cấu trúc đặc biệt cho phép nó hoạt động như một ăng-ten song công, tức là có thể gửi và nhận tín hiệu đồng thời. Tuy nhiên, một số loại ăng-ten chỉ thích hợp để nhận tín hiệu.

Mô hình ăng-ten có thể là hình cầu hoặc có dạng bán cầu với bán kính lớn hơn rất nhiều so với bước sóng. Các đồ thị cường độ điện trường phân bố trong không gian thường tạo ra hai hướng bức xạ vuông góc với nhau. Ăng-ten định hướng có thể tập trung bức xạ hoặc nhận sóng điện từ theo một hướng nhất định, giúp tăng khoảng cách hiệu quả và cải thiện khả năng chống nhiễu. Một số tính năng của mô hình ăng-ten có thể được tận dụng cho các mục đích như phát hiện, định vị, truyền thông hướng và các nhiệm vụ khác.

Để cải thiện độ định hướng, có thể kết hợp nhiều ăng-ten cùng loại theo một cách bố trí nhất định để tạo thành một mảng ăng-ten. Sự kết hợp này giúp tăng cường độ mạnh của sóng phát hoặc thu. Các ăng-ten định hướng có thể cung cấp cường độ trường tối đa và hỗ trợ các điều kiện hoạt động tốt hơn so với ăng-ten không định hướng.

Một ăng-ten với hệ số tăng mạnh có thể đạt được yếu tố lợi lớn, lên đến khoảng 10 lần. Hệ số tăng này còn phụ thuộc vào hình học của ăng-ten và tỷ lệ bước sóng. Trở kháng đầu vào của ăng-ten, bao gồm kháng và điện kháng, ảnh hưởng đến giá trị của năng lượng nhận được, máy phát và các kết nối.

Hiệu quả của ăng-ten là khả năng chuyển đổi năng lượng bức xạ và tỷ lệ công suất đầu vào. Băng thông là một chỉ số quan trọng giúp đánh giá khả năng hoạt động của ăng-ten trong dải tần số cần thiết. Các ăng-ten thụ động, tức là ăng-ten có khả năng truyền và nhận sóng giống nhau, được gọi là ăng-ten có tính chất đi qua (điện từ). Các ăng-ten quân sự hiện nay cũng rất nhẹ, linh hoạt, dễ dàng cài đặt, thích hợp cho các yêu cầu ẩn giấu và các điều kiện sử dụng đặc biệt.

Phân loại anten

Anten có rất nhiều loại khác nhau và có nhiều tiêu chí phân loại:

• Dựa trên cấu trúc vật lý của anten có thể phân thành: anten dây, anten khẩu độ, anten phản xạ, anten thấu kính, anten dải siêu nhỏ, anten giàn…

• Dựa trên tần số hoạt động của anten có thể phân thành: tần số rất thấp (VLF), tần số thấp (LF), tần số trung bình (MF), tần số cao (HF), tần số rất cao (VHF), tần số cực cao (UHF), tần số siêu cao (SHF), vi ba, sóng radio.

• Dựa trên chế độ ứng dụng của anten có thể phân thành các lĩnh vực: thông tin liên lạc điểm tới điểm, ứng dụng phát sóng, thông tin liên lạc ra đa, truyền thông vệ tinh.

• Dựa trên hướng truyền dẫn tín hiệu, có 3 loại chính: anten đẳng hướng – vô hướng, anten định hướng – có hướng và anten định hướng cao.

Anten đẳng hướng – vô hướng (Omni – directional):

Anten đẳng hướng truyền tín hiệu RF theo tất cả các hướng song song với mặt đất theo trục ngang nhưng bị giới hạn bởi trục dọc (vuông góc với mặt đất). Loại anten này cung cấp vùng phủ sóng rộng nhất, có độ lợi (gain) khoảng 6dB. Anten này thường được dùng trong các tòa nhà cao tầng hay chung cư.

Anten định hướng – có hướng (Semi – directional):

Anten định hướng có hướng phát sóng rất hẹp. Muốn thu được sóng thì thiết bị thu sóng phải nằm chính xác trong phạm vi phát sóng hẹp của anten. Loại anten này thường truyền trong khoảng cách rất xa, có độ lợi lên đến 12dB hoặc cao hơn.

Anten định hướng cao (Highly – directional):

Anten định hướng cao truyền tải với một chùm tia rất hẹp, sử dụng chủ yếu cho kết nối Point to Point hoặc Point to MultiPoint. Loại anten này giống như các đĩa vệ tinh, với tên gọi chuyên ngành là anten parabol hoặc anten lưới.

Các thông số kỹ thuật

• Độ lợi (gain):

Độ lợi của anten là khả năng tập trung năng lượng hiệu quả để bức xạ hoặc thu sóng điện từ theo một hướng xác định. Đơn vị độ lợi của anten là dB, nó được tính bằng tỉ số cường độ bức xạ của anten so với cường độ bức xạ đo được nếu đem công suất đầu vào của anten bức xạ ra mọi hướng.

Trong các điều kiện giống nhau, độ lợi càng cao thì khả năng định hướng càng tốt và sóng truyền đi càng xa, tức là khoảng cách phủ sóng tăng lên. Độ lợi ảnh hưởng đến phạm vi đọc và băng thông. Lựa chọn anten có độ lợi cao hay thấp tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể.

• Độ rộng chùm (beamwidth):

Độ rộng chùm tia của anten là vùng mà hầu hết công suất được bức xạ, là công suất đỉnh. Với cùng một công suất phát sóng thì việc giới hạn độ rộng chùm tia tính theo độ ngang (horizontal) và độ dọc (vertical) sẽ khiến sóng được phát đi xa hơn. Độ rộng chùm tia hẹp thì vai trò định hướng tốt hơn, xa hơn, khả năng chống nhiễu mạnh hơn.

• Tỷ lệ trước và sau (Front to Back Ratio):

• Tỷ lệ trước – sau của anten là tỷ số giữa mật độ thông lượng công suất theo hướng bức xạ tối đa của thùy chính với mật độ thông lượng công suất tối đa gần hướng ngược lại. Hầu hết không phải tất cả các anten đều phát tín hiệu ra phía sau, thường là do tín hiệu uốn từ chùm chính. Bạn cần có phương pháp để xử lý các chùm tín hiệu phía sau này.

• Hệ số sóng đứng (SWR):

Hệ số sóng đứng là một đặc trưng của anten cho biết trở kháng đầu cuối của anten được phối hợp tốt như thế nào với trở kháng đặc trưng của đường truyền dẫn. Tỷ lệ sóng đứng được tính bằng tỷ lệ của điện áp tối đa đến tối thiểu trên đường dây không tổn hao. Tỷ lệ kết hợp hoàn hảo là 1:1 nhưng trên thực tế sẽ có suy hao trên tất cả các đường truyền. Tỷ số sóng đứng càng cao có nghĩa là sự kết hợp giữa bộ cấp nguồn và anten càng kém, khiến đầu ra bị giảm và giảm đáng kể công suất truyền.

• Trở kháng anten:

Trở kháng (impedance) là một đại lượng đặc trưng biểu thị cho khả năng chống lại dòng điện xoay chiều, tín hiệu RF đặt vào thiết bị đó. Tất cả thiết bị RF – radio, đường truyền, anten và tải đều có trở kháng riêng. Tiêu chuẩn phổ biến trở kháng của các thiết bị RF hiện nay là 50 ohm. Khi anten được kết nối với một đoạn cáp, nếu trở kháng đầu vào của anten trùng khớp với trở kháng của thiết bị và đường truyền thì tổng công suất được truyền từ thiết bị đến anten là tối đa. Nếu trở kháng không phù hợp thì một số năng lượng sẽ bị phản xạ ngược lại nguồn, số còn lại được truyền đi đến anten. Nếu không có sự kết hợp trở kháng thì tín hiệu sẽ bị giảm đáng kể.  

• Đầu nối anten:

Đầu nối là hệ thống đồng trục để ghép nối với cáp đồng trục nhằm truyền đưa tín hiệu và duy trì sự che chắn nhiễu trong môi trường. Có nhiều loại đầu nối khác nhau phù hợp với từng loại cáp và môi trường sử dụng. Việc sử dụng đầu nối không ảnh hưởng đến hiệu suất, nhưng cần chọn đúng loại đầu nối cho anten cũng như đầu đọc. Các đầu nối anten phổ biến nhất là: loại N, RP-TNC và SMA

‍