Антенны

НАЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕДАЮЩЕЙИ ПРИЕМНОЙ АНТЕНН

Антенной называется радиотехническое устройство, предназначенное для излучения или приема электромагнитных волн. Антенна является одним из важнейших элементов любой радиотехнической системы, связанной с излучением или приемом радиоволн. К та­ким системам относят: системы радиосвязи, радиовещания, теле­видения, радиоуправления, радиорелейной связи, радиолокации, радиоастрономии, радионавигации и др.

В конструктивном отношении антенна представляет собой про­вода, металлические поверхности, диэлектрики, магнитодиэлектрики. Назначение антенны поясняется упрощенной схемой радиоли­нии. Электромагнитные колебания высокой частоты, мо­дулированные полезным сигналом и создаваемые генератором, пре­образуются передающей антенной в электромагнитные волны и излучаются в пространство. Обычно электромагнитные колебания подводят от передатчика к антенне не непосредственно, а с по­мощью линии питания (линия передачи электромагнитных волн, фидер).

При этом вдоль фидера распространяются связанные с ним электромагнитные волны, которые преобразуются антенной в рас­ходящиеся электромагнитные волны свободного пространства.

Приемная антенна улавливает свободные радиоволны и пре­образует их в связанные волны, подводимые с помощью фидера к приемнику. В соответствии с принципом обратимости антенн свойства антенны, работающей в режиме передачи, не изме­няются при работе этой антенны в приемном режиме.

Устройства, аналогичные антеннам, применяют также для возбуждения электромаг­нитных колебаний в различ­ных типах волноводов и объ­емных резонаторов

Свойства направленности антенны описывают характеристикой (диаграммой) направленности. Количественно эти свойства оцени­вают с помощью таких параметров, как ширина диаграммы на­правленности, уровень боковых лепестков, коэффициент направ­ленного действия (КНД) и других. Важным параметром является входное сопротив­ление антенны, характеризующее ее как нагрузку для генератора или фидера. Входным сопротивлением антенны называется отно­шение напряжения между точками питания антенны (зажимы ан­тенны) к току в этих точках. Если антенна питается волноводом, то входное сопротивление определяется отражениями, возникаю­щими в волноводном тракте. В общем случае входное сопротив­ление – величина комплексная: . Оно должно быть согласовано с волновым сопротивлением фидерного тракта (или с выходным сопротивлением генератора) так, чтобы обеспечить в последнем режим, близкий к режиму бегущей волны.

Мощность, излучаемая антенной связана с током в точках питания антенны соотношением , где – активная составляющая входного сопротивления антенны; при отсутствии потерь в ней () – это сопротивление излучения. Данное опре­деление относится к проволочным антеннам.

Одним из основных параметров антенны является ширина ее рабочей полосы частот, в пределах которой параметры антенны (характеристика направленности, входное сопротивление, КПД и др.) удовлетворяют определенным техническим требованиям. Требования к постоянству параметров антенны в пределах рабочей полосы могут быть различными; они зависят от условий работы антенны.

КЛАССИФИКАЦИЯ АНТЕНН

Антенны можно классифицировать по различным признакам: по •ДШпазонному принципу, по характеру излучающих элементов (ан­тенны с линейными токами, или вибраторные антенны, антенны, излучающие через раскрыв – апертурные антенны, антенны по­верхностных воли); по виду радиотехнической системы, в которой используется антенна (антенны для радиосвязи, для радиовеща­ния, телевизионные и др.). Будем придерживаться диапазонной классификации. Хотя в различных диапазонах волн очень часто применяют антенны с одинаковыми (по типу) излучающими эле­ментами, однако конструктивное выполнение их различное; значи­тельно отличаются также параметры этих антенн и требования, предъявляемые к ним.

Рассматриваются антенны следующих вол­новых диапазонов (названия диапазонов даются в соответствии с рекомендациями “Регламента радиосвязи”; в скобках указыва­ются названия, широко распространенные в литературе по антенно-фидерным устройствам): мириаметровые (сверхдлинные) волны (); километровые (длинные) волны (); гектометровые (средние) волны (); декаметровые (короткие) волны (); метровые волны (); дециметровые волны (); сантиметровые волны (); миллиметровые волны (). Последние четыре диапазона иногда объединяют общим названием “ультракороткие волны” (УКВ).

ИЗЛУЧЕНИЕ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК

Для получения высокой направленности излучения, часто требуе­мой на практике, можно использовать систему слабонаправленных антенн, таких как вибраторы, щели, открытые концы волноводов, и других, определенным образом расположенных в пространстве и возбуждаемых токами с требуемым соотношением амплитуд и фаз. В этом случае общая направленность, особенно при большом числе излучателей, определяется в основном габаритными размерами всей системы и в гораздо меньшей степени – индивидуальными на­правленными свойствами отдельных излучателей.

К числу таких систем относят антенные решетки (АР). Обычно АР называется система идентичных излучающих элементов, одина­ково ориентированных в пространстве и расположенных по опре­деленному закону. В зависимости от расположения элементов различают линейные, поверхностные и объемные решетки, среди кото­рых наиболее распространены прямолинейные и плоские АР. Иногда излучающие элементы располагаются по дуге окружности или на криволинейных поверхностях, совпадающих с формой объ­екта, на котором расположена АР (конформная АР).

Простейшей является линейная АР, в которой излучающие элементы располагаются вдоль прямой, назы­ваемой осью решетки, на равных рас­стояниях друг от друга (эквидистант­ная АР). Расстояние d между фазо­выми центрами излучателей называ­ют шагом решетки,. Линейная АР по­мимо самостоятельного значения яв­ляется часто основой при анализе других типов АР.