Типы антенн ррл. Антенны, их виды и применение Основные типы антенн и их характеристики
Существуют передающие антенны, предназначенные для излучения радиоволн, и приемные антенны, служащие для их приема. Антенны - устройства взаимные, их можно использовать и для излучения, и для приема.
Имеется огромное количество типов антенн, различающихся диапазонами рабочих частот и диаграммами направленности. При проектировании антенн задаются следующие параметры:
полоса частот;
вид диаграммы направленности и поляризация излучаемых (или принимаемых) радиоволн;
минимальные потери энергии в антенне;
входное сопротивление и максимальный Kсв в фидере;
минимальный шум (для приемных антенн).
Антенны классифицируются по различным признакам: частоте, виду диаграммы направленности, конструкции. В зависимости от конструкции, существуют следующие типы антенн:
Линейные;
Апертурные;
Антенные решетки.
Линейные антенны
Особенностью линейных антенн является то, что поперечные их размеры малы по сравнению с продольными. К линейным относятся проволочные и щелевые антенны - рис. 3.10.
Г- и Т-образные антенны выполнены из проводника узкого сечения и применяются на низких частотах. Вибраторные щелевые и полосковые антенны применяют в разных частотных диапазонах, в том числе и на СВЧ. Линейные антенны создают, обычно, слабонаправленное излучение.
Апертурные антенны.
В апертурных антеннах излучение происходит в некоторой плоскости, называемой апертурой, или раскрывом. К этому типу антенн относятся рупорные, зеркальные и линзовые антенны (рис.3.11).
Простейшей апертурной антенной является волноводный рупор (рис.3.11а). Распространенным типом рассматриваемого вида являются зеркальные антенны, представляющие собой параболоид вращения, облучаемый, например, рупором (рис.3.11б). К апертурным относятся и линзовые антенны, выполненные из высококачественного диэлектрика (рис.3.11в).
Размеры апертуры обычно значительно больше длины волны, в результате имеется возможность создания остронаправленных лучей.
Антенные решётки.
Антенной решёткой называется совокупность ряда излучателей, расположенных на некоторой поверхности. В простейшем случае - это линейка излучателей (рис.3.12а)
Антенные решетки позволяют сужать диаграмму направленности. Если на пути электромагнитной волны поставить управляемый фазовращатель, то появляется возможность изменять направление излучения, создавать многолучевую диаграмму направленности или излучение специальной формы.
Решетки с возможностью управления фазой колебаний, излучаемых отдельном элементом, называют фазированными антенными решетками (ФАР) (рис.3.13)
Для уменьшения мощности источника колебаний, питающего решетку, увеличения надежности передающей системы последовательно с фазовращателями включают усилители мощности (УМ) (рис.3.14). Такие антенны называют активными фазированными антенными решетками (АФАР).
Антенны (от лат. слова antenna -- мачта, рея) В передатчиках служат для преобразования радиочастотных электрических колебаний в энергию электромагнитного поля (радиоволн), в приемниках - для преобразования энергии радиоволн в токи радиочастоты. Любую антенну можно использовать как для передачи, так и для приема, причем ее характеристики (диапазон частот, направленные свойства и др.) сохраняются. Этим в значительной мере объясняется тот факт, что назначение антенны (приемная или передающая) ее условное обозначение обычно не отражает. Само расположение символа антенны на схеме однозначно определяет ее функцию (напомним, что развитие схемы, как правило, происходит слева направо).
Общее обозначение антенны (см. рис. 2 и 19,ж) применяют в тех случаях, когда нужно показать несимметричную антенну, т. е. антенну, соединяемую с передатчиком или приемником одним проводом (вторым проводам служит земля). Такие антенны используют в диапазонах длинных, средних и коротких воли. В ультракоротковолновом диапазоне, а также в коротковолновом применяют симметричные антенны, т. е. антенны с двухпроводным выходом (или входом). Общее обозначение симметричной антенны отличается от указанных наличием двух выводов (рис. 154,а).
Назначение и особенности антенны в самом общем виде показывают знаками направления распространения потока электромагнитной энергии. Символы приемной, передающей и приемно-передающей антенны, построенные с применением этих знаков, показаны на рис. 40,в-д.
Стандарт ЕСКД предусматривает специальные знаки для указания таких особенностей антенн, как ширина и характер движения (вращение, качание) главного лепестка диаграммы направленности, тип поляризации, направленность по азимуту и высоте и т. д. В качестве примеров использования таких знаков на рис. 154 показаны условные обозначения вращающейся антенны (б) и антенн с горизонтальной (в) и вертикальной (г) поляризацией.
Для повышения эффективности несимметричных передающих и приемных антенн используют заземление (в простейшем случае - это металлический лист или труба, зарытые на глубину почвенных вод). На схемах заземление изображают тремя короткими штрихами, вписанными в прямой угол (рис. 155,а). Иногда вместо заземления применяют противовес - большое число проводов, натянутых над поверхностью земли на небольшой высоте. Такое устройство обозначают двумя параллельными линиями разной длины, большая из которых символизирует землю (рис. 155,6).
Рассмотренные условные обозначения построены функциональным методом. Другими словами, за их основу взят общий символ антенны, а характеристики выражены вспомогательными знаками. В радиотехнике такие обозначения применяют в основном в структурных и функциональных схемах, т. е. на первых этапах разработки прибора, когда характеристики антенны определены, а конкретный тип ее еще не выбран.
В принципиальных схемах чаще используют условные графические обозначения, напоминающие предельно упрощенные рисунки конкретных разновидностей антенн. Так, простейшую антенну - несимметричный вибратор (вертикальный провод, штырь) изображают отрезком вертикальной утолщенной линии (рис. 156). Подобные антенны применяют в диапазонах длинных, средних, коротких и ультракоротких волн.
Однако для хорошей работы такой антенны ее длина должна быть равна примерно четверти длины рабочей волны. В диапазонах коротких и ультракоротких волн, длина которых не превышает нескольких десятков метров, это требование выполнить легко, а вот на средних и тем более на длинных волнах - гораздо труднее, так как четверть длины волны в этих диапазонах достигает сотен метров. Чтобы не строить дорогостоящие высотные сооружения, к верхнему концу вертикального провода (вибратора) присоединяют один или несколько горизонтальных проводов, действие которых заключается в кажущемся удлинении вибратора. На схемах Г-образную и Т-образную антенны обозначают символами, наглядно передающими их характерные особенности (рис. 157,а, б).
У рассмотренных несимметричных вибраторов излучателем (приемником) радиоволн служит вертикальная часть. В диапазонах же коротких и ультракоротких волн в силу особенностей их распространения обычно применяют антенны, у которых рабочими являются горизонтальные части. Простейшей антенной в эдах диапазонах является симметричный вибратор, представляющий собой два изолированных горизонтальных проводника одинаковой длины, между которыми подключена двухпроводная линия, соединяющая антенну с приемником или передатчиком. Эту линию связи называют фидером (от англ. feeder - питатель). Общая длина вибратора обычно равна примерно половине длины рабочей волны. «
Симметричный вибратор (его условное графическое обозначение показано на рис. 158) обладает явно выраженными направленными свойствами. Лучше всего он принимает или излучает в плоскости, перпендикулярной его оси, хуже всего - в плоскостях, проходящих через нее. Поэтому такую. антенну (например, для приема телевидения) располагают таким образом, чтобы ее горизонтальные части (плечи) были перпендикулярны направлению на телецентр.
На практике часто требуется, чтобы антенна могла излучать или принимать радиоволны в достаточно широкой полосе частот. Достигают этого ис; пользованием в качестве плеч вибратора нескольких параллельных провод,ни ков, соединенных концами. Антенны такой конструкции, известные под названием диполя Надененко, нашли широкое применение в коротковолновой связи. С той же целью (расширение диапазона частот) телевизионные антенны часто изготовляют из отрезков толстых трубок или применяют сложные вибраторы, например петлевые.
Петлевой вибратор представляет собой два полуволновых вибратора, соединенных концами. Эта особенность конструкции петлевого вибратора нашла отражение и в его условном обозначении (рис. 159).
Важным условием хорошей работы антенны является согласование ее входного сопротивления с волновым сопротивлением фидера , так как только в этом случае она может излучать или принимать наибольшую мощность. Для согласования антенн с фидером используют специальные устройства в виде отрезков двухпроводных линий или применяют так называемое шунтовое питание вибраторов.
Симметричный вибратор шунтового питания представляет собой сплошной проводник длиной, также равной половине длины волиы. Фидер подключают к нему в двух точках, расположенных симметрично относительно его середины. Изменяя места подключения фидера к вибратору, можно добиться равенству входного сопротивления антенны волновому сопротивлению фидера, т. е. согласования. Точно так же согласовывают с фидером и петлевые вибраторы шунтового питания. Условное обозначение полуволнового вибратора с шунто-вым питанием представлено на рис. 160.
При использовании в качестве фидера коаксиального кабеля возникает необходимость в симметрировании, т. е. создании условий, при которых токи в точках подсоединения к вибратору имеют противоположные фазы. На практике симметрирующее устройство выполняют в виде отрезка кабеля полуволновой длины, согнутого в виде буквы U. Питание через коаксиальный кабель с симметрирующим устройством такого рода иллюстрирует условное обозначение петлевого вибратора, показанное на рис. 161 (кабель здесь обозначен кружком с отрезком касательной, параллельной линии электрической связи, а согласующее устройство - дугой, соединяющей выводы вибратора).
Для связи на коротких волнах антенны должны быть однонаправленными, т. е. излучать и принимать радиоволны они должны только с одного направления. Типичным представителем таких антенн является ромбическая антенна, представляющая собой ромб, выполненный из провода, стороны которого примерно вчетверо больше длины волны. К одному из острых углов антенны подключают двухпроводный фидер, а к другому - поглощающую нагрузку, сопротивление которой равно волновым сопротивлениям антенны и фидера. В условном обозначении ромбической антенны символ резистора (поглощающей нагрузки) уменьшен по сравнению с обычным примерно вдвое. _ Это делает обозначение антенны более компактным (рис. 162).
В метровом и дециметровом диапазонах волн часто используют антенны «волновой канал », обладающие значительно большим, по сравнению с одиночным вибратором, коэффициентом направленного действия. Такая антенна, кроме основного - активного - вибратора, содержит неоколько пассивных. Один из них, расположенный за активным, называют рефлектором (от лат. reflectere - отражать), остальные (расположенные перед активным) - директорами (directio - направлять). Длина рефлектора - несколько больше, а директоров - несколько меньше длины активного вибратора. На схемах это показывают различной длиной соответствующих символов в условном обозначении антенны «волновой канал» (рис. 163).
С целью улучшения направленных свойств антенн применяют также металлические рефлекторы в виде согнутых из металлического листа уголков, параболоидов и т. п. Условное обозначение такого рефлектора воспроизводит (конечно, упрощенно) его профиль в сечении. В качестве примера на рис. 164 доказаны условные графические обозначения антенны с излучателем (приемником) в виде симметричного вибратора и уголковым рефлектором (а) и антенны с криволинейным рефлектором (б), вибратор которой питается через коаксиальный кабель (симметрирующее устройство дли простоты не изображено) .
Для передачи электромагнитной энергии в диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн используют волноводы - металлические Трубы, обычно прямоугольного сечения. Открытый конец волновода излучает электромагнитные волны. Чтобы улучшить излучение, к нему пристраивают пирамидальную воронку, которую называют рупорной антенной. Условное обозначение последней приведено на рис. 165. Здесь уголок, напоминающий гнездо разъемного соединения, символизирует рупор антенны, прямоугольник на присоединенной к нему линии электрической связи - волновод прямоугольного сечения.
Улучшение направленных свойств в этих диапазонах волн можно также получить применением металлического рефлектора, поместив в его раскрыв рупорный излучатель (рис. 166). Хорошими направленными свойствами обладает и так называемая диэлектрическая антенна . Она представляет собой сплошной или полый стержень из высококачественного диэлектрика (полистирола, полиэтилена), на основание которого надет металлический стакан, выполняющий функции рефлектора. На расстоянии в четверть длины волны от дна стакана в теле антенны закреплен возбуждающий штырь. Благодаря особой форме образующей стержня Электромагнитные волны выходят из него под одинаковыми углами к оси, в результате чего и создается направленное излучение. Условное графическое обозначение диэлектрической антенны - узкий заштрихованный наклонными линиями треугольник с линией-выводом от меньшего основания (рис.. 167).
Широкое применение в радиоприемной технике нашли так называемые магнитные антенны (они реагируют не на электрическую составляющую электромагнитных волн, как все рассмотренные ранее антенны, а на магнитную). Простейшая антенна такого типа - рамка, состоящая из одного или нескольких витков провода. Независимо от формы витков рамочную антенну изображают в виде незамкнутого квадрата с линиями-выводами от соседних сторон (рис. 168).
Гораздо чаще используют магнитные антенна с магнитопроводом из феррита. На схемах их обозначают как одну или несколько (по числу обмоток) катушек индуктивности с общим магнитопроводом, но в отличие от последних располагают всегда горизонтально (рис. 169,а).
Принадлежность к антенным устройствам показывают общим символом, помещая его над серединой условного обозначения магнитопровода. Обмотки магнитной антенны обычно используют в качестве катушек входных колебательных контуров, поэтому обозначают их кодом катушек - латинской буквой L, а возможность подстройки их индуктивности (перемещением по магнитопроводу) показывают уже знакомым знаком подстроечного регулирования (рис. 169,6).
Антенна - устройство для излучения и/или приёма электромагнитных волн путём прямого преобразования электрического тока в излучение (при передаче) или излучения в электрический ток (при приёме).
Обычно термин «антенна» используется для устройств, работающих в радиочастотном диапазоне , но существуют опытные образцы наноантенн , способных принимать электромагнитное излучение инфракрасного и видимого спектра.
Как правило, антенна работает совместно с радиопередатчиком или радиоприемником . Антенна в режиме передачи преобразует энергию поступающего от радиопередатчика электромагнитного колебания в распространяющуюся в пространстве электромагнитную волну. Антенна в режиме приема преобразует энергию падающей на антенну электромагнитной волны в электромагнитное колебание, поступающее в радиоприемник. Таким образом, антенна преобразует переменный электрический ток в электромагнитное излучение и наоборот.
Первые антенны были созданы в 1888 году Генрихом Герцем в ходе его экспериментов по доказательству существования электромагнитной волны (Вибратор Герца ). Форма, размеры и конструкция созданных впоследствии антенн чрезвычайно разнообразны и зависят от рабочей длины волны и назначения антенны. Нашли широкое применение антенны, выполненные в виде отрезка провода, системы проводников, металлического рупора, металлических и диэлектрических волноводов , волноводов с металлическими стенками с системой прорезанных щелей, а также многие другие типы. Для улучшения направленных свойств первичный излучатель может снабжаться рефлекторами - отражающими зеркалами различной конфигурации и системами зеркал, а также линзами. Излучающая часть антенн, как правило, изготавливается с применением проводящих электрический ток материалов, но может изготовляться из изоляционных (диэлектрик) материалов, могут применяться полупроводники и метаматериалы .
С точки зрения теории электрических цепей антенна представляет собой двухполюсник (или многополюсник), и мощность источника, выделяемая на активной составляющей полного входного сопротивления антенны расходуется на создание электромагнитного излучения. В системах автоматического регулирования антенна рассматривается как дискриминатор - датчик угла рассогласования между направлением на источник сигнала или отражатель и ориентацией носителя (например, антенна с суммарно-разностной диаграммой направленности в составе радиолокационной головки самонаведения). В системах пространственно-временной обработки сигнала антенна (антенная решетка) рассматривается как средство дискретизации электромагнитного поля по пространству. В особый класс принято выделить антенны с обработкой сигнала. В частности, одним из таких устройств являются антенны с виртуальной (синтезированной) апертурой , применяемые в авиационной и космической технике для задач картографирования и увеличения разрешающей способности за счёт использования когерентного накопления и обработки сигнала.
Принцип действия
Иллюстрация трансформации параллельного контура в дипольную антенну. Синие линии - силовые линии электрического поля, красные - магнитного
Упрощенно принцип действия антенны состоит в следующем. Как правило, конструкция антенны содержит металлические (токопроводящие) элементы, соединенные электрически (непосредственно или через питающую линию - фидер ) с радиопередатчиком или с радиоприемником. В режиме передачи переменный электрический ток , создаваемый источником (например, радиопередатчиком), протекающий по токопроводящим элементам такой антенны, в соответствии с законом Ампера порождает вокруг себя переменное магнитное поле . Это меняющееся во времени магнитное поле в свою очередь, в соответствии с законом Фарадея , создает вокруг себя меняющееся во времени электрическое поле . Это переменное электрическое поле создает вокруг себя переменное магнитное поле и так далее - возникает взаимосвязанное переменное электромагнитное поле , образующее электромагнитную волну , распространяющуюся от антенны в пространство. В режиме приема переменное электромагнитное поле падающей на антенну волны наводит токи на токопроводящих элементах конструкции антенны, которые поступают в нагрузку (фидер, радиоприемник).
Характеристики антенн
Электромагнитное излучение, создаваемое антенной, обладает свойствами направленности и поляризации . Антенна как двухполюсник обладает входным сопротивлением (импедансом). Лишь часть энергии источника антенна преобразует в электромагнитную волну, остальная расходуется в виде тепловых потерь. Для количественной оценки перечисленных и ряда других свойств антенна описывается набором электрических характеристик и параметров, в частности:
Пример диаграммы направленности антенны и параметры: ширина ДН, КНД, УБЛ, коэффициент подавления обратного излучения
характеристика направленности
диаграмма направленности (ДН)
коэффициент направленного действия (КНД)
коэффициент усиления (КУ)
ширина ДН по заданному уровню
уровень боковых лепестков (УБЛ)
фазовая диаграмма
резонансная частота , рабочая полоса частот
поляризационная диаграмма
номинальное входное сопротивление антенны, тип линии питания
входной импеданс и коэффициент стоячей волны (КСВ) в линии питания
коэффициент полезного действия (КПД)
Коэффициент использования поверхности (КИП) апертуры антенны
шумовая температура антенны (Т А)
максимальная допустимая мощность на входе
К характеристикам антенн также можно отнести следующие:
эффективная площадь рассеяния (ЭПР)
эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ)
Ряд характеристик антенн как взаимных устройств (пассивных линейных многополюсников) в режиме передачи и в режиме приема совпадает, в том числе: ДН (КНД, КУ, УБЛ), входной импеданс. Например, ДН антенны в режиме приема и в режиме передачи совпадают.
К конструктивным характеристикам и параметрам антенн относятся, в частности:
масса, координаты центра масс, момент инерции
габаритные размеры, максимальный радиус разворота
объект установки, способ крепления
примененные материалы
Основные типы антенн
Телевизионные директорные антенны метрового и дециметрового диапазонов горизонтальной поляризации
Уголковые антенны на первом искусственном спутнике Земли разработаны профессором РТФ МЭИ Марковым Г.Т.
Волноводно-щелевая ФАР в составе головки самонаведения противокорабельной ракеты Х-35 Э.МАКС-2005
Симметричный вибратор (диполь)
Несимметричный вибратор
Антенна Ground Plane
Укороченная штыревая антенна
Колинеарная антенна
"Коаксиальная" антенна
J-образная антенна
Антенна зенитного излучения
Вертикальная антенна верхнего питания
Волновой канал (антенна Уда-Яги)
Щелевой вибратор
Волноводно-щелевая антенна
Рупорная антенна
Зеркальная антенна
Прямофокусная зеркальная антенна
Офсетная зеркальная антенна
Антенна Кассегрена
Антенна Грегори
Зеркальная антенна с косекансной диаграммой направленности
Зонтичная антенна
Рупорно-параболические антенны
Перископическая антенна
Спиральная антенна
Диэлектрическая стержневая антенна
Импедансные антенны
Антенна вытекающей волны
Антенна Бевереджа
V-образная антенна
Ромбическая антенна
Антенна БС
Микрополосковая антенна
Патч-антенны
Сингулярная антенна
Вибраторная антенна
Шунтовой вибратор
Петлевой вибратор ("Петлевой вибратор Пистолькорса")
Широкополосный "Диполь Надененко "
Турникетная антенна
Директорная антенна
Антенна СГ (синфазная горизонтальная)
Щелевая антенна
Апертурная антенна - антенна, излучение у которой происходит через раскрыв (плоское отверстие - апертуру). Используются в СВЧ-диапазоне.
Линзовая антенна
Антенна с синтезированной апертурой .
Антенна бегущей волны
Антенны диапазона СВЧ
Наноантенна
Антенна на принципе электродинамического подобия
Дискоконусная антенна
Излучатель типа "бабочка"
Антенна Вивальди
Фазированная антенная решётка
Пассивные ФАР
Активные ФАР - с нелинейными преобразованиями сигнала в полотне решётки
Цифровая антенная решётка - активная ФАР с применением алгоритмов цифровой обработки сигнала непосредственно в полотне
MIMO -антенна
Магнитная антенна
CFA-антенна
EH-антенна
Частично излучающий кабель (коаксиальный кабель с намеренно ухудшенной экранировкой)
Ректенна - антенна + выпрямитель
Наноантенна - антенна для резонансного преобразования излучения оптического диапазона в электрическую энергию
Ртутная антенна
Гравитационная антенна
Чип-антенна (антненна, монтируемая по технологии SMD )
Антенны оптического диапазона
Сверхширокополосные антенны
Логопериодическая антенна (Логарифмическая периодическая антенна)
Фрактальная антенна
Антенная решетка (система излучения)
Антенны с линейными размерами << λ )
Распределённые антенны
Антенны для преобразования энергии электромагнитной волны в электрическую энергию и для средств RFID
Псевдо-антенны (антенны с мифическими техническими характеристиками)
Концептуальные антенны
Примеры выдающихся конструкций
Антенна АДУ-1000
Антенна РТ-70
Антенна загоризонтной РЛС "Дуга"
Антенна станции зондирования ионосферы HAARP
Антенна радиообсерватории Аресибо
Средства защиты от внешних воздействий
Радом
Противообледенительные системы
Защита от птиц
Интересные сведения
Электрические параметры антенны (ДН, входное сопротивление) не изменятся, если изменить все ее размеры и длину волны в одинаковое число раз (принцип электродинамического подобия).
Амплитудно-фазовое распределение (распределение комплексной амплитуды тока как функции координат по апертуре антенны) и диаграмма направленности антенны в дальней зоне как функция угловых координат (пространственных частот ) связаны преобразованием Фурье . При нахождении формы ДН удобно использовать теоремы относительно преобразования Фурье. Размеры антенн с синтезированной апертурой могут составлять десятки и сотни километров. Параметры пассивных антенн в линейных негиротропных средах не зависят от того, работает ли антенна на прием или на передачу (теорема взаимности).
Литература:
1) Литература: В.В. Фролов, Язык радиосхем, Москва, 1998
2) http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B0
Каждая антенна как пассивное линейное устройство может работать:
В режиме передачи;
В режиме приема.
В обоих режимах антенна характеризуется направленными, поляризационными свойствами и входным сопротивлением.
К основным характеристикам и параметрам, описывающим эти свойства, относятся:
Полоса пропускания;
Входное сопротивление;
Диаграмма направленности (ДН);
Коэффициент направленного действия (КНД);
Коэффициент усиления антенны (КУ);
Коэффициент полезного действия антенны (КПД);
Полоса пропускания
Диапазон частот, в пределах которого амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) антенны достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения его формы.
Это диапазон частот, при которых антенна работает эффективно, обычно область центральной (резонансной) частоты. Зависит от типа антенны, ее геометрии.
Основные параметры, которые характеризуют полосу пропускания частот -- это ширина полосы пропускания и неравномерность АЧХ в пределах полосы.
Рис.5
Ширина полосы (рис.5.) обычно определяется как разность верхней и нижней граничных частот участка АЧХ, на котором амплитуда колебаний от максимальной снижается в корень из двух раз или мощность снижается в 2 раза. Этот уровень приблизительно соответствует -3 дБ. Ширина полосы пропускания выражается в единицах частоты (например, в герцах).
Неравномерность АЧХ характеризует степень ее отклонения от прямой, параллельной оси частот, выражается в децибелах.
Входное сопротивление антенны.
Антенна является источником сигнала, который характеризуется электродвижущей силой (ЭДС) и внутренним сопротивлением, которое называется входным сопротивлением антенны.
Величину входного сопротивления антенны необходимо знать для того, чтобы правильно согласовать антенну с фидером и приемником (передатчиком): только при этом условии на вход поступает наибольшая мощность. При правильном согласовании входное сопротивление антенны должно равняться входному сопротивлению фидера, которое, в свою очередь, должно быть равно входному сопротивлению приемника (передатчика). Входное сопротивление (импеданс) антенны редко когда бывает равным волновому сопротивлению фидерной линии. Для согласования применяют согласующие устройства.
Входное сопротивление антенны также зависит от объектов, находящихся вблизи антенны и влияющих на распределение поля в пространстве, что необходимо учитывать при установке антенны.
Зависимость входного сопротивления антенны от частоты носит название частотной характеристики: чем меньше меняется входное сопротивление антенны при изменении частоты, тем, шире полоса ее пропускания.
Диаграмма направленности приемной антенны.
Это график, который характеризует зависимость ЭДС, наведенной в антенне электромагнитным полем, от ориентации ее в пространстве.
Диаграмма направленности антенны дает графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны или коэффициента направленного действия антенны от направления антенны в заданной плоскости. Строится диаграмма направленности в полярной, сферической (рис. 4) или в прямоугольной системах координат в двух характерных плоскостях (горизонтальной и вертикальной).
При повороте антенны в ту или другую сторону от нулевого направления на диаграмме откладываются величины, соответствующие отношению Е/Емах. Если возвести в квадрат относительные значения ЭДС, соответствующие различным направлениям поступления сигнала, то можно построить диаграмму направленности по мощности (рис.7).
Рис.7.
антенна диапазон радиоволна фидерный
Основным параметром диаграммы направленности является угол раствора (ширина) главного лепестка, в пределах которого мощность спадает до уровня 0,5 от максимальной.
Лепесток, соответствующий максимальному сигналу или нулевому направлению, называют основным или главным, остальные -- боковыми или задними (в зависимости от расположения по отношению к главному лепестку).
По ширине главного лепестка судят о направленных свойствах антенны. Чем эта ширина меньше, тем больше направленность антенны.
Форма диаграммы направленности зависит от типа и конструкции антенны. Например, диаграмма направленности полуволнового вибратора в горизонтальной плоскости, напоминает восьмерку, а в вертикальной -- круг.
В ряде случаев диаграмма строится в двух взаимно перпендикулярных Е и Н плоскостях. Полярная диаграмма показывает направление, в котором концентрируется энергия соответствующей составляющей. Пример полярной диаграммы направленности в Е-плоскости показан на рис. 8. По радиусу отложено значение амплитуды излучаемого поля, нормированное к значению амплитуды в главном максимуме.
Рис.8
Коэффициент направленного действия антенны.
Это число, показывающее во сколько раз мощность, поступающая на вход приемника при приеме на направленную антенну, больше мощности, которую можно получить при приеме на ненаправленную антенну (при той же напряженности поля).
Свойства направленности антенны характеризуются диаграммой направленности, рассмотренной выше (рис.5).
Коэффициент усиления антенны
Отношение мощности на входе эталонной антенны к мощности, подводимой к входу рассматриваемой антенны, при условии, что обе антенны создают в данном направлении на одинаковом расстоянии равные значения напряженности поля или такой же плотности потока мощности.
Коэффициент усиления антенны показывает, во сколько раз необходимо увеличить мощность на входе антенны (выходную мощность передатчика) при замене данной антенны идеальной ненаправленной антенной, чтобы значение плотности потока мощности излучаемого антенной электромагнитного поля в точке наблюдения не изменилось. При этом предполагается, что коэффициент полезного действия (КПД) ненаправленной антенны равен единице.
Коэффициент усиления антенны является безразмерной величиной, может выражаться в децибелах (дБ).
Коэффициент полезного действия антенны
Это параметр, который характеризует потери мощности в антенне и представляет собой отношение мощности излучения к мощности, которая подводится к антенне от передатчика.
Мощность, теряемая в антенне, состоит из потерь в земле, проводах антенны, изоляторах, применяемых для подвески полотна антенны, в канатах, поддерживающих антенну. Основные потери энергии -- потери в земле.
В силу принципа обратимости антенн коэффициент полезного действия приемной антенны оценивается тем КПД, который она будет иметь при использовании ее в качестве передающей.
Так как мощность принимаемых радиоволн очень мала, то КПД приемной антенны может быть невысоким, но не менее 10--15%.
Заключение
При создании данной работы мной были изучены:
Назначение антенно-фидерных устройств;
Диапазон радиоволн, используемый в радиотехнике;
Виды антенн;
Основные параметры антенн.
Список литературы
Г.А. Ерохин, О.В. Чернов, Н.Д. Козырев, В.Д. Кочержевский «Антенно- фидерные устройства и распространение радиоволн»;
В.Ф. Власов «Курс радиотехники»- Москва1962
Кирилл Сысоев
Мозолистые руки не знают скуки!
Содержание
Чтобы антенна для телевизора служила исправно и не вызывала сложностей в работе на даче или в квартире, нужно правильно подобрать внутренний (комнатный) или уличный цифровой прибор. Выделяют несколько критериев при покупке телеантенны – стойкость приема сигнала, усиление, активность. Ознакомьтесь с известными производителями приборов, секретами выбора и установки.
Виды антенн для телевизора
В России различный уровень сигнала телевизионных волн, поэтому домашние антенны отличаются высокой чувствительностью, которая обеспечивает прием почти в любых условиях. Выделяют параболические, комнатные и наружные антенны, которые делятся на еще несколько категорий. Чтобы получать телевизионную волну без помех, нужен индивидуальный подбор типа и мощности.
Спутниковые
Параболические телевизионные антенны пользуются популярностью. Их отличает стабильность работы, высокое качество получения сигнала и увеличенное количество каналов. Оборудование данного вида состоит из приемника, ресивера для декодировки, принимает волны со спутника, поэтому четкость изображения зависит от расположения агрегата и телевизора.
Прямофокусные
У этого вида облучатель конвертера «смотрит» ниже горизонта, что защищает приемник сигнала от негативного атмосферного воздействия:
- название модели: MULTI Toroidal;
- цена: 1100 р.;
- характеристики: диаметр – 100 см, принятие с 16 спутников;
- плюсы: простота добавки каналов;
- минусы: качество получения различается.
В небольшом доме или на даче пригодится 60-сантиметровая спутниковая тарелка, которая стоит чуть дороже первой:
- название модели: Triax TD-064;
- цена: 1300 р.;
- характеристики: 60 см;
- плюсы: стойкость к осадкам, коррозии;
- минусы: стоимость спутниковых телевизионных каналов высока.
Тем, кто не хочет заморачиваться со сложной конструкцией, подойдет готовый комплект спутникового телевидения:
- название модели: НТВ+;
- цена: 7050 р.;
- характеристики: интерактивная приставка, библиотека фильмов;
- плюсы: декодирование;
- минусы: могут быть помехи.
Офсетные
Преимуществом использования офсетных антенн считается больший угол обзора и улучшенное качество изображения:
- название модели: Супрал;
- цена: 1400 р.;
- характеристики: 80 см;
- плюсы: антикоррозийное покрытие, настенный кронштейн;
- минусы: нет.
Чуть большим диаметром отличается следующий подтип, который подойдет для принятия любых волн:
- название модели: Universal;
- цена: 1200 р.;
- характеристики: 90 см, алюминиевый сплав;
- плюсы: совместимость с разными гнездами телевизора;
- минусы: нет крепления.
Третьим вариантом офсетной антенны станет комплект спутникового телевидения по доступной стоимости:
- название модели: D-Color DCA-101;
- цена: 253 р.;
- характеристики: размеры 30*20 см;
- плюсы: компактность, питание усилителя от приставки, мало шума;
- минусы: нет.
Уличные антенны для телевизора
Если покупатель живет вдали от передатчиков тв-сигнала, то усилить прием помогут элементы наружного типа. Уличные варианты принимают телеволны до 60 км от передатчика. Для правильного подбора нужно знать расстояние до ближайшей вышки, выяснить необходимость в усилении волны. Чтобы добиться качественной картинки, ставить агрегат рекомендуется в максимально высокой точке над домом.
Активные
Комплектуется активная антенна для ТВ специальным усиливающим прибором мощности. Это помогает повысить четкость картинки телевизора при далеко расположенной телевышке:
- название модели: Funke ABM 3553;
- цена: 2300 р.;
- характеристики: 75 Ом, размер 1,38 м;
- плюсы: работает в сложных условиях приема, сделана из анодированного алюминия;
- минусы: большие размеры, нет кабеля и блока питания.
Более доступной антенной является следующая, отличающаяся особенностями конструкции:
- название модели: Cadena AV;
- цена: 1550 р.;
- характеристики: получение DVB-T/DVB-T 2;
- плюсы: есть кронштейн;
- минусы: питание через адаптер.
Еще одним популярным доступным бюджетным вариантом станет следующий агрегат дальнего действия:
- название модели: Rexant ABM 3529;
- цена: 2064 р.;
- характеристики: 68 см;
- плюсы: есть защита от коррозии и ультрафиолета;
Пассивные
При отсутствии препятствий могут использоваться пассивные приборы к телевизору, которые стоят дешево и не нуждаются в усиливающей технике:
- название модели: GELLAN FULLBAND-15;
- цена: 1264 р.;
- характеристики: до 2700 МГц, 50 Ом, параметры – 240*240*40 мм, условия эксплуатации – настенная;
- плюсы: вертикальная поляризация;
- минусы: улучшает сигнал при расстоянии до 10 км.
Вторым популярным брендом является голландский Funke, который стоит дорого, но оправдывает параметрами:
- название модели: Funke BM 4527;
- цена: 1413 р.;
- характеристики: 75 Ом, 685 мм;
- плюсы: анодированный алюминий;
- минусы: нет кабеля и блока питания.
Третьей по популярности среди покупателей телевизоров является антенна Локус, которая доступна по стоимости, в продаже со скидками:
- название модели: Locus L 021.12;
- цена: 1300 р.;
- характеристики: радиус действия 55 км, 1,31 кг, 1,4х2 м;
- плюсы: простота сборки;
- минусы: нет провода.
Стержневые
Традиционная антенна для телевизора имеет стержневую систему, состоящую из металлических полувибраторов:
- название модели: Jablotron AN-05 GSM;
- цена: 1428 р.;
- характеристики: частота 900-1800 МГц, длина кабеля – 3 м;
- плюсы: магнитное основание;
- минусы: могут быть помехи.
Более дорогой и качественный - товар другого производителя, выпускающего дипольные устройства к телевизорам:
- название модели: ETS-LINDGREN;
- цена: 3144 р.;
- характеристики: 80 МГЦ-2 ГГц, параметры – 210х170х9 см;
- плюсы: индивидуальная калибровка, высокий коэффициент усиления;
- минусы: масса 4,5 кг.
Самым дорогим устройством в подборке считается выпущенное производителем по военным стандартам:
- название модели: Narda RA-01;
- цена: 5000 р.;
- характеристики: 9 кГц-30 МГц, вес – 1,5 кг, размеры – 150х135х120 мм;
- плюсы: индивидуальная;
- минусы: слишком дорогая.
Рамочные
Этот подтип представлен одним или несколькими витками проводов, соединенных в одну рамку, в плоскости которой находится максимальная интенсивность дециметрового диапазона частот:
- название модели: Garmin 220;
- цена: 1490 р.;
- характеристики: компактная;
- плюсы: принимает любые программы;
- минусы: необходима доставка.
Простым устройством является следующее, которое представляет собой рамочную обмотку магнитно-генерирующего типа:
- название модели: EMCO 7603;
- цена: 1000 р.;
- характеристики: 20 Гц-50 кГц, 16 витков, диаметр – 12, высота – 8 см;
- плюсы: индивидуальная калибровка, линейная поляризация, вес – 0,5 кг
- минусы: не обнаружено.
Рамочная антенна для телевизора производителя A.H.Systems – более доступная по стоимости, отличается простотой работы:
- название модели: A.H.SYSTEMS SAS;
- цена: 700 р.;
- характеристики: 1 кГц-30 МГц, 50 Ом;
- плюсы: вес 1 кг, повышенная прочность конструкции, сетевой адаптер и предусилитель в комплекте;
- минусы: принцип работы от батареи.
Комнатные
Если сигнал из телецентра высококачественный, подойдет внутреннее улавливающее устройство, которое по способу установки удобнее наружного. Такие варианты стоят дешево, подходят к любому гнезду телевизора, транспортабельны. Из минусов – сложность настройки изображения. Выделяют аналоговые, всеволновые, широкополосные и узкополосные разновидности.
Цифровая
Для получения цифрового изображения используется этот подтип. С его помощью можно добиться высококачественной картинки:
- название модели: Funke Margon Home 2.0;
- цена: 1450 р.;
- характеристики: 170-240 МГц;
- плюсы: 3,5 м шнур для помещений;
- минусы: не оснащена уличным кабелем.
Следующая антенна для телевизора более доступна по стоимости, ее можно заказать по почте по акции:
- название модели: BBK DA 19;
- цена: 843 р.;
- характеристики: получение HDTV-стандартов эфирного ТВ;
- плюсы: мало шума;
- минусы: не обнаружено.
Всеволновая
Из наименования следует, что устройства принимают все виды частот (дециметровые, метровые), их называют универсальными:
- название модели: польская антенна Дельта К331А.02;
- цена: 1092 р.;
- характеристики: габариты 280*680*120 мм;
- плюсы: принятие любых ТВ-программ;
- минусы: незначительные помехи.
Популярен отечественный производитель, продукцию отличает выгодная стоимость и бесплатная доставка при заказе от 3000 рублей:
- название модели: SPI 918;
- цена: 399 р.;
- характеристики: 75 Ом;
- плюсы: компактные размеры;
- минусы: нет.
Широкополосная
Веерный, или широкополосный подтип устанавливается на дачных участках, находящихся вдалеке от передатчика:
- название модели: Рэмо Bas 5340 TV JET ANT-USB Horizon;
- цена: 580 р.;
- характеристики: логопериодическая;
- плюсы: питание от USB или ресивера;
- минусы: работает только в зоне устойчивого получения.
Вариантом, устанавливаемым на потолке, можно существенно усилить прием на любых телевизионных волнах:
- название модели: AO-700/2700-4;
- цена: 599 р.;
- характеристики: вес 300 г, размеры 185*100 мм;
- плюсы: купольная;
- минусы: нет провода.
Узкополосная
Этим термином обозначаются узконаправленные варианты для телевизоров, улавливающие определенную частоту, что сокращает помехи:
- название модели: Romsat AV-2845;
- цена: 600 р.;
- характеристики: длина провода 14 м, телескопическая, материал – алюминий;
- плюсы: не боится «зимовки» на даче;
- минусы: размер 1035 мм.
Более дешевое устройство - простая конструкция отечественного бренда, сделанная из пластика, улавливающая каналов поменьше:
- название модели: Vector-PL-1 K;
- цена: 450 р. на распродаже;
- характеристики: 5-128 В, 75 Ом;
- плюсы: провод 3 м;
- минусы: пластик, небольшое расстояние от вышки.
С усилителем
Комнатные антенны с усилителем для телевизора помогут смотреть передачи с четкой картинкой и ярким изображением:
- название модели: Delta Satellite в формате dvb-t2 DS 1000;
- цена: 1800 р.;
- характеристики: устойчивость к воздействию солнца, установка на мачте;
- плюсы: встроенный усилитель слабого сигнала, ловит - до 80 км;
- минусы: не найдено.
В два раза дешевле обойдется следующее сооружение для телевизора, принимающее цифровые и аналоговые телевизионные кодировки:
- название модели: Selenga 101 A;
- цена: 843 р.;
- характеристики: длина кабеля 1,2 м;
- плюсы: компактность, вес 300 г;
- минусы: пластиковый корпус.
Как выбрать антенну для телевизора
От того, куда устанавливается конструкция, зависит выбор. Удаленному месту установки подойдут уличные с усилителем, городским квартирам – узкополосные, активные комнатные, автомобилям – рамочные. В деревнях и на дачах лучше устанавливать параболические тарелки. Выбор зависит от критериев удаленности, ценового диапазона, усилительного коэффициента.
Для автомобиля
Для качественного приема ТВ, радио, навигатора требуется комбинированный GPS или GSM автомобильный агрегат. Параболический будет принимать все программы, но обойдется дорого. Внутрисалонные активные всеволновые сооружения снабжены усилителем, наружные – пассивные, нуждаются в удлинительном шнуре. Из недостатков последних отмечают нестойкость к коррозии.
Для дачи
Чтобы смотреть телевизор на даче, лучше купить активную конструкцию и установить ее максимально высоко. В комплекте должен быть усилительный элемент и адаптер, к зарядке потребуется приобрести коаксиальный провод. Внешний тип должен стоять на крыше. Если телевышка недалеко, подойдет внутреннее устройство. Чтобы прослушивать радио, приобретите широкополосное.
Домашнюю
В городской квартире или загородном доме на телевизор проще устанавливать комнатный агрегат, если до ретранслятора не более 30 км. В противном случае придется ставить наружную (активную или пассивную) или цифровую с тюнером. Комнатную лучше выбрать стержневую (метровые) или рамочную (дециметровые сигналы): она мобильна, меньше весит, легко подключается.
Как выбрать антенну для цифрового телевидения Т2Требования, предъявляемые к антеннам
1. Антенна совместно с ФТ должна обладать высоким переходным затуханием (А п, дБ) между трактами приема и передачи.
А п =10 lg Р и /Р пм ,
где Р и - излучаемая мощность,
Р пм – мощность, попадающая на вход приемника.
2. Антенна должна обеспечивать приемлемое согласование с ФТ.
КБВ=1 имеем идеальное согласование с ФТ;
КБВ=0 – излучения нет
3. Антенны должны обеспечивать высокий КЗД (более 60 дБ).
4. Антенны должны обладать узкой ДН и за счет направленных свойств антенны обеспечивать дополнительное усиление сигнала .
5. Антенны должны иметь большой КИП .
Для РРСП 0,5-0,65; для ССП – 0,7-0,75.
Апертурные антенны – это антенны, излучение у которых происходит через раскрыв, называемый апертурой (апертура – отверстие, возбужденная поверхность).
Зеркальные антенны . Зеркальными, называются антенны, у которых поле в раскрыве формируется в результате отражения ЭМВ от металлической поверхности специальной формы (зеркала).
Источником ЭМВ, как правило, служит небольшая элементарная антенна, называемая облучателем.
Конструкция зеркальных антенн включает два элемента: зеркало и облучатель.
Параболическая антенна (ПА )
Конструкция ПА включает два элемента:
сплошное металлическое зеркало, выполненное в виде параболоида вращения;
рупорный облучатель, размещаемый в фокусе
Соотношения, характеризующие параболическое зеркало:
Раскрыв зеркала – это плоскость, ограниченная краями параболоида вращения и осью z=Z 0 ;
- R 0 – радиус раскрыва, радиус плоскости раскрыва;
- 2φ 0 – угол раскрыва, угол под которым видно зеркало из фокуса;
- f – фокусное расстояние;
- р – параметр параболоида, р =2 f.
Величины R 0 , φ 0 и f связаны между собойсоотношением: tg (φ 0 /2)= R 0 /2 f.
В зависимости от параметров R 0 , φ 0 и f зеркала бывают:
Мелкими или длиннофокусным, если φ 0 <π/2 или R 0 <2 f ;
Глубокими или короткофокусными, если φ 0 >π/2 R 0 >2 f.
Требования, предъявляемые к облучателям :
Облучатель должен иметь небольшие (оптимальные) размеры, чтобы не затенять зеркало;
Облучатель должен быть однонаправленным;
Облучатель должен создавать равномерное и синфазное наведение токов.
Достоинство ПА: ее широкополосность, относительная простота и малая стоимость.
Недостаток : заметная обратная реакция центральной части отражателя на облучатель.
Двухзеркальная гиперболическая антенна (АДГ)
Достоинство ДГА :
Небольшие габаритные размеры;
Небольшая длина ВТ;
Низкие шумовые температуры,
Высокие коэффициенты ЗД и БВ;
Хорошее согласование с ВТ.
Недостаток : сложность конструкции, настройки, узкий диапазон рабочих частот.
Антенна двухзеркальная эллиптическая (АДЭ)
Достоинство АДЭ :
Наличие конического острия у вспомогательного зеркала устраняет реакцию второго зеркала на облучатель, улучшает согласование антенны с ВТ, сокращает расстояние между облучателем и вторым зеркалом, уменьшает утечку энергии за основное зеркало;
Высокие коэффициенты усиления ЗД, ИП.
Недостаток : сложность конструкции.
Рупорно-параболическая антенна РПА образована плавным переходом рупорного облучателя (2) в отражающее зеркало (1). Рупор длиной 50-100λ, одним концом подключен к питающему волноводу, а другим непосредственно соединяется с сегментом параболоида вращения Угол раскрыва рупора ψ берется равным 30 0 - 40 0 , что обеспечивает его хорошее согласование с питающим волноводом.
Достоинства РПА :
Отсутствует рассеивание энергии облучателя, которым является рупор, что повышает КПД зеркальной антенны и ведет к уменьшению боковых и обратных лепестков.
Отраженные от зеркала лучи не попадают в питающую линию, и, следовательно, не нарушают согласование (высокий КБВ).
Недостатки:
Большие размеры и вес, что приводит к парусности антенны, и большим ветровым нагрузкам;
Сложность в обслуживании.
Перископические антенные системы (ПАС) . представляют собой комбинацию двух зеркал – верхнего (плоского) (1), размещаемого на мачте и нижнего (криволинейного) (2), куда поступает энергия облучателя (3).
Нижнее зеркало представляет собой часть эллипсоида вращения, один из фокусов F 1 которого совпадает с центром облучателя. Верхнее зеркало располагают во втором фокусе F 2 эллипсоида на необходимой высоте.
Достоинства ПАС :
Короткий волноводный тракт (нет потерь в волноводе), что обеспечивает высокие значения КПД и КБВ в широкой полосе частот;
Устойчивость в работе при неблагоприятных климатических условиях;
Легкость обслуживания.
Недостатки:
Экологическая опасность (мачта излучает энергию); - низкий КЗД, что не позволяет использовать их при ПРЧ-2.
2-х элементная ПАС
Сравнительная оценка параметров зеркальных антенн разных типов
Фидерные тракты (ФТ) / (ВТ)
ФТ - специальная линия передачи электромагнитной энергии от передатчика к антенне (или от антенны к приемнику)
Требования к антенно-волноводному тракту:
1. малые потери энергии
2. хорошее согласование
3. высокая линейность фазовой и частотной характеристики
4. минимальное взаимное влияние между сигналами, которые идут на прием и передачу.
5. многократность использования АФТ достигается следующим путем:
Предусмотрено три вида селекции:
По поляризации (ПС);
По направлению (ФЦ, НО)
По частоте (РФ, ПФ)
ПС представляет собой волноводный тройник, сочетающий отрезки волноводов круглого и прямоугольного сечений