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).

Рис. 1. Обозначение симметричных антенн на схемах.

Общее обозначение антенны 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. 1,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, используются во многих схемах.

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. 1 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. 2,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. 2, 6).

Рис. 2. Обозначение на схемах заземления.

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. 3). Подобные антенны применяют в диапазонах длинных, средних, коротких и ультракоротких волн.

Рис. 3. Антенна — несимметричный вибратор в приемнике.

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. 4,а, б).

Рис. 4. Обозначение на схемах Г-образных и Т-образных антенн.

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. 5) 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.

Рис. 5. Обозначение антенны "Симметричный вибратор".

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. 6).

Рис. 6. Антенна - петлевой вибратор.

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 шунтовым питанием представлено на рис. 7.

Рис. 7. Условное обозначение полуволнового вибратора с шунтовым питанием.

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. 8 (кабель здесь обозначен кружком с отрезком касательной, параллельной линии электрической связи, а согласующее устройство — дугой, соединяющей выводы вибратора).

Рис. 8. Питание через коаксиальный кабель с симметрирующим устройством.

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. 9).

Рис. 9. Более компактное обозначение антенны.

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. 10).

Рис. 10. Условное обозначении антенны «волновой канал».

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. 11 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) .

Рис. 11. Обозначения антенн с излучателем (приемником) в виде симметричного вибратора и уголковым рефлектором (а) и антенны с криволинейным рефлектором (б).

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. 12. Здесь уголок, напоминающий гнездо разъемного соединения, символизирует рупор антенны, прямоугольник на присоединенной к нему линии электрической связи — волновод прямоугольного сечения.

Рис. 12. Антенна - пирамидальная воронка.

Улучшение направленных свойств в этих диапазонах волн можно также получить применением металлического рефлектора, поместив в его раскрыв рупорный излучатель (рис. 13). 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.

Рис. 13. Рупорный излучатель.

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.. 14).

Рис. 14. Условное графическое обозначение диэлектрической антенны.

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. 15).

Рис. 15. Изображение рамочной антенны.

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. 16,а).

Рис. 16. Магнитная антенна.

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. 16,6).

Литература: В.В. Фролов, Язык радиосхем, Москва, 1998.

НАЗНАЧЕНИЕ АНТЕННАнтенны - РТ устройства предназначенные для
излучения и приема электромагнитных волн.
ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
ПРИЁМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
антенна антенна
ВОЛН
Передат
чик
фидер
фидер
Приём
ник

КЛАССИФИКАЦИЯ АНТЕНН

ПО ДИАПАЗОННОМУ ПРИЗНАКУ
ПО ХАРАКТЕРУ ИЗЛУЧАЮЩИХ
ЭЛЕМЕНТОВ
ПО ВИДУ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ, В КОТОРОЙ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ
АНТЕННА

ПО ДИАПАЗОННОМУ ПРИЗНАКУ

АНТЕННЫ ДЛИННЫХ И СРЕДНИХ
ВОЛН
АНТЕННЫ КОРОТКИХ ВОЛН
АНТЕННЫ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН

ПО ХАРАКТЕРУ ИЗЛУЧАЮ-ЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ПО ХАРАКТЕРУ ИЗЛУЧАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ВИБРАТОРНЫЕ АНТЕННЫ
ЩЕЛЕВЫЕ АНТЕННЫ
АНТЕННЫ ПОПЕРЕЧНОГО И
ОСЕВОГО ИЗЛУЧЕНИЙ
АПЕРТУРНЫЕ АНТЕННЫ
АНТЕННЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН

ПО ВИДУ РАДИОТЕХНИ-ЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

ПО ВИДУ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
АНТЕННЫ ДЛЯ РАДИОСВЯЗИ
АНТЕННЫ ДЛЯ РАДИОВЕЩАНИЯ
АНТЕННЫ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ
АНТЕННЫ ДЛЯ РАДИОНАВИГАЦИИ
И РАДИОЛОКАЦИИ

АНТЕННЫ ДЛИННЫХ И СРЕДНИХ ВОЛН

ДИАПАЗОНЫ РАБОЧИХ ЧАСТОТ
МИРИАМЕТРОВЫЕ (СВЕРХДЛИННЫЕ)
ВОЛНЫ (l =10…100 км)
КИЛОМЕТРОВЫЕ (ДЛИННЫЕ) ВОЛНЫ
(l =1…10 км)
ГЕКТОМЕТРОВЫЕ (СРЕДНИЕ) ВОЛНЫ
(l =100…1000 м)

АНТЕННЫ КОРОТКИХ ВОЛН

ДИАПАЗОНЫ РАБОЧИХ ЧАСТОТ
ДЕКАМЕТРОВЫЕ (КОРОТКИЕ)
ВОЛНЫ (l =10…100 м)

АНТЕННЫ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН

ДИАПАЗОНЫ РАБОЧИХ ЧАСТОТ
МЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ (l =1…10 м)
ДЕЦИМЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ (l =10 см …1 м)
САНТИМЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ (l =1…10 см)
МИЛЛИМЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ (l =1…10 мм)

из-за особенностей распространения СДВ, ДВ и
СВ максимум излучения антенн этих диапазонов
должен быть направлен вдоль поверхности земли
обычно на СДВ и ДВ приемлемая высота опор
составляет 150…250 м. Некоторые СВ-антенны
имеют высоту до 350 и даже до 500 м. В СВдиапазоне высота антенны может быть соизмерима
с длиной волны и равна обычно (0.15…0.63)l .
антенны выполняют в виде антенн-мачт или
антенн-башен. высота антенных опор определяется
технико-экономическими соображениями

ОСОБЕННОСТИ АНТЕНН ДЛИННЫХ И СРЕДНИХ ВОЛН

антенны сверхдлинных и длинных волн находят
свое применение в радиотелеграфной связи, в
дальней навигации, при передаче сигналов
точного времени, а антенны средних волн для
радиовещания, морской связи.
в качестве передающих антенн применяют
антенны - мачты различных типов с подведением
больших мощностей, а в качестве приемных вертикальные несимметричные антенны, рамочные
антенны, антенны бегущей волны

ОСОБЕННОСТИ КОРОТКО-ВОЛНОВЫХ АНТЕНН

ОСОБЕННОСТИ КОРОТКОВОЛНОВЫХ АНТЕНН
на коротких волнах сравнительно просто
строить антенны, размеры которых превышают
длину волны в несколько раз и обуславливают
значительные направленные свойства
условия
прохождения
коротких
волн
определяются состоянием ионосферы, поэтому для
обеспечения непрерывной радиосвязи используют
антенны диапазонного типа

в качестве простых антенн на коротких волнах
применяют
горизонтальные
симметричные
вибраторы, диапазонные вибраторы Надененко,
шунтовые диапазонные вибраторы, уголковую
антенну Пистолькорса, антенны зенитного типа

АНТЕННЫ КВ-диапазона

ВИБРАТОРНАЯ
АНТЕННА

АНТЕННЫ КВ-диапазона

АНТЕННЫ «АКТИВНАЯ ПЕТЛЯ»

в этом диапазоне возможно построение антенн,
размеры которых велики по сравнению с длиной
волны, что позволяет реализовать высокую
направленность при приемлемых размерах
также
используют антенны УКВ, размеры
которых сравнимы с длиной волны (вибраторные,
щелевые). они используются как самостоятельные
антенны или как элементы более сложных (в
составе антенных решеток, в качестве облучателей
зеркальных антенн)

ОСОБЕННОСТИ АНТЕНН УКВ-ДИАПАЗОНА

условия
РРВ
этом
диапазоне
предъявляют повышенные требования
к механическим характеристикам
антенн, к прочности, массе, парусности
(антенны спутниковой, радиорелейной
связи)

Предисловие

В цикле статей "Ликбез по антеннам" планируется рассмотрение различного типа антенн, которые широко используются в беспроводной передачи данных. При описании антенн планируется разработка их электродинамической модели в распространенных программных пакетах, а также анализ их достоинств, недостатков и перспектив использования на беспроводных сетях будущего. В процессе прочтения данных статей читатели могут высказывать свои пожелания по дальнейшему рассмотрению тех или иных типов антенн. Все теоретические сведения будут приведены максимально наглядно без излишнего математического описания (насколько это возможно для теории антенн).

В цикле статей будет описан принцип работы, применение, реализация, а также составлены модели следующих типов антенн:

1. Вибраторные антенны;
2. Полосковые (patch) антенны;
3. Антенные решетки;
4. Антенны с бегущей волной (end-fire);
5. Рупорные антенны;
6. Зеркальные параболические антенны;
7. Линзовые антенны;
8. Вопросы согласования антенн с линиями питания.

Введение

Вся беспроводная передача данных основана на процессе распространения электромагнитного поля от источника в окружающее пространство. Антенна играет роль этого источника поля. Сам процесс излучения начинается с того, что под действием высокочастотных электромагнитных полей в излучающей системе (антенне) появляются сторонние токи и заряды. Токи и заряды в свою очередь подводятся от генератора по фидерному тракту (или фидера от слова "to feed" - питать).

Таким образом, в систему излучения электромагнитного поля входят: генератор колебаний, фидер и излучатель. Конечно, сам фидер и генератор непосредственно в излучении не участвуют (или точнее - не должны участвовать, если они правильно сконструированы), рисунок 1.

Рисунок 1 - Элементы системы излучения электромагнитного поля

Любая антенна обладает так называемым принципом "двойственности", который говорит о том, что любая антенна может быть как передающей (то есть преобразовывать волны линии передачи в расходящиеся волны окружающего пространства), так и приемной (осуществлять обратное преобразование).

Вне зависимости от реализации и вида антенны, она характеризуется следующими основными параметрами:

Диаграмма направленности (ДН). Это распределение напряженности (или энергии) поля в пространстве, показывает в каких направлениях и с какой мощностью излучает антенная система. Строится эта зависимость, как правило, в сферической системе координат. В зависимости от вида диаграммы (от того, насколько диаграмма "острая") различают изотропные антенны, слабонаправленные, высоконаправленные. От вида диаграммы направленности зависят такие важные характеристики антенны как коэффициент направленного действия (КНД) и коэффициент усилении (КУ). Ниже мы рассмотрим вид диаграммы направленности, а также КНД и КУ одной из самой простых антенн в разных плоскостях.

Коэффициент полезного действия антенны. Он должен быть достаточно высоким, а потери - малыми, именно по этой причине при реализации антенн используют металлические конструкции, обладающие высокой проводимостью и диэлектрики с малыми потерями.

Согласование линии передачи с нагрузкой. Так как и передающая и приемная антенны соединяются с линией питания, то ее входное сопротивление должно быть согласовано с волновым сопротивлением линии. Иначе будет возникать нежелательное возникновение отраженных волн, а наличие последних - это всегда уменьшение излучаемой мощности и источник дополнительных помех.

Вес и габариты. Ясно, что при реализации любого устройства нужно стремиться к получению его наименьших массогабаритных размеров, однако, отметим, что размеры антенны однозначно связаны с основной длиной волны, на которой работает антенна. Вообще в антенной технике не существует понятия "большая" и "маленькая" антенна. Размеры антенны принято характеризовать в длинах волн. Если а - это диаметр зеркала (например, зеркальной антенны), то ее размер можно записать так: это значит, что в диаметр зеркала укладывается 8 длин волн. Если такое зеркало работает в диапазоне 2.4 ГГц (длина волны 12,5 см), то его диаметр будет составлять 1 метр, а если это диапазон 900 МГц (длина волны 33 см) - то диаметр уже больше 2.5 метров.

Принцип работы передающей антенны

Рассмотрим принцип действия простейшего излучающего устройства. Если взять простую двухпроводную симметричную линию, то излучать в пространство она не будет, несмотря на то, что в ней текут токи высокой частоты, рисунок 2.

Рисунок 2 - Двухпроводная линия

Излучение будет отсутствовать за счет того, что токи I и I’ находятся в противофазе, что приводит их к взаимной компенсации. Для получения излучения можно развести концы двухпроводной линии, чтобы поля от токов I, I’ не могла компенсировать друг друга, рисунок 3.

Рисунок 3 - Разомкнутая двухпроводная линия

Такая антенна получила название симметричного вибратора. Распределение тока в вибраторе остается таким же, каким оно было на соответствующем участке двухпроводной линии. Для исследования поля, излученного антеннами из проводов, удобно представлять такую антенну в виде совокупности элементарных электрических вибраторов (ЭЭВ) малой длины (малой по сравнению с длиной волны). В пределах каждого такого элементарного вибратора амплитуду и фазу тока можно считать неизменными. В конечном итоге общее поле, излученное антенной, можно рассчитать как сумму полей, излученных отдельными элементарными вибраторами (в теории это называется принцип суперпозиции).

На практике ЭЭВ реализуется в виде диполя Герца. Это антенна является первым реализованным излучателем электромагнитных колебаний, рисунок 4.

Рисунок 4 - Диполь герца

Такой излучатель можно сделать, если на концах тонких проводов (длиной L, меньшей длины волны) установить проводящие тела с большой емкостью (например, металлические шары). Заряженные шары создают токи, которые значительно выше емкостных токов между проводами. Так обеспечивается равномерное распределение тока вдоль проводника. Отметим, что на практике диполь Герца практически не используется.

Характеристики антенны на примере симметричного вибратора

Ниже будет рассмотрена антенна (одна из самых простых в реализации) - симметричный вибратор. Назван он так потому, что напряженность поля (питающая проводник) подводится к его центру, а распределение тока по проводнику можно также считать симметричным. Сегодня существует большое количество программных пакетов, позволяющих производить электродинамических анализ различных устройств СВЧ и приборов оптического диапазона, среди них: FEKO, Microwave Studio, Ansys HFSS и др. Внешний вид и модель симметричного вибратора в программном пакете Ansys HFSS показана на рисунке 5.

Рисунок 5 - Симметричный вибратор

Cама антенна представляет собой развернутую двухпроводную линию, рассмотренную выше, в которой устанавливается режим стоячих волн.

В зависимости от того, какое отношение имеет длина вибратора L к длине волны λ, может формироваться различная геометрия диаграммы направленности. Для отношения 4L/λ=1 симметричный вибратор формирует диаграмму, показанную на рисунке 6:

λ=2

Та же самая диаграмма, только нормированная и в вертикальной плоскости полярной системы координат:

Очевидно, что в горизонтальной плоскости диаграмма направленности будет иметь форму шара. Для наглядности вы можете себе представить, что посмотрите на трехмерный вид рисунка 6 сверху (на плоскость Phi).

Если отношение длины вибратора и длины волны 4L/λ=2, что соответствует увеличению частоты колебаний в 2 раза, то диаграмма направленности становится более "плоской" в вертикальной плоскости и как следствие имеет более высокий коэффициент усиления (примерно в 1.5 раза):

Рисунок 6 - Трехмерная ДН симметричного вибратора длиной 4L/ λ=1

Дальнейшее увеличение частоты колебаний приводит к расщеплению диаграммы направленности:

Рисунок 7 - Расщепление диаграммы симметричного вибратора при увеличении частоты колебаний в 3 (слева) и 5 (справа) раз

Симметричный вибратор, несмотря на простоту, очень часто присутствует в качестве частей конструкции более сложных антенн. В заключении отметим, что все конструктивные реализации антенн создаются для того, чтобы создать направленность излучения в определенном направлении (или направлениях). Можно выделить два крупных класса способов реализации направленного излучения: это геометрическое воздействие на источник излучения (например, источник помещается в фокус параболоида или перед проводящим экраном) и воздействие токами, когда группа токов, сдвинутых по фазе, образуют суммарную направленную диаграмму (примером могут служить фазированные антенные решетки).

В дальнейшем будут рассмотрены различные модели антенн, перечисленных в аннотации.

Несмотря на повсеместную интернетизацию населения в нашей стране, добрая половина соотечественников предпочитает проводить свободное время у голубого экрана телевизора. Разница между городским жителем и сельским в плане ТВ-вещания весьма значительна. Если первые, как правило, пользуются ТВ-услугами посредством выделенных линий (кабельное ТВ), то вторым без уличной антенны сложно обойтись.

Попробуем разобраться, как правильно выбрать уличную антенну для телевизора на дачу или в загородный дом, какие виды этих устройств можно встретить в продаже, а также обозначим небольшой список наиболее популярных и заслуживших уважение владельцев моделей.

Виды антенн

Для начала обозначим основные виды этих устройств, которые отличаются друг от друга по функциональности, внешнему виду и другим не менее важным признакам. Окончательные выводы о целесообразности покупки стоит делать исходя из личных потребностей и геолокации вашего дома.

Спутниковая антенна

Крайне популярные ныне «тарелки» никак не зависят от близости к телевышкам, потому как вещают через спутник. Кроме того, на мощность сигнала спутниковой уличной антенны для телевизора не влияет и рельеф местности.

Даже самый простой вариант «тарелки», вроде офсетной или прямофокусной, позволяет спокойно принимать изображение в высоком качестве. Сюда же можно добавить большое количество провайдеров, а вместе с тем и массу каналов.

Несмотря на явные преимущества спутниковой уличной антенны для телевизора перед другими устройствами, есть у неё и свои, для некоторых критичные недостатки. Во-первых - это стоимость. Здесь нужно потратиться на саму «тарелку», причём чем хуже местность (суровый климат, близость промышленных предприятий сбивающих сигнал и т. д.), тем большего диаметра и технологичнее требуется устройство, равно как и дороже. Во-вторых, нужно будет купить ресивер для обработки вещания и в сложных случаях конвектор, чтобы получилась уличная антенна для телевизора с усилителем. Ну и в-третьих, для нормальной трансляции явно не будет лишним толковый телевизор, способный выдавать и «переваривать» качественную картинку.

«Польские» антенны

Это самое простое, непритязательное и дешёвое устройство, коих море на рынке электроники. Оно имеет решётчатый каркас с усиками и отлично подойдёт для обычных дач. С помощью этой антенны можно поймать десяток местных каналов, включая ОРТ и НТВ. Кроме того, имея в распоряжении и инструмент, можно запросто сделать подобие оригинала своими руками.

Уличные антенны для телевизора такого плана размещают на доме, крыше, столбах и других возвышенностях, направив центральную часть в сторону телевышки. Последняя должна находиться не дальше 30 км от вас. Если местный рельеф разбавлен деревьями, буграми, терриконами или другими препятствиями, сбивающими сигнал, то установку уличной антенны для телевизора нужно проводить как можно выше. В сложных случаях, для стабилизации вещания и исключения большинства помех поможет толковый усилитель.

«Польские» антенны с блоком усиления

Такие устройства уже идут с конвейера со встроенным усилителем и называются «активными». Уличная антенна для телевизора такого плана значительно расширяет список принимаемых каналов и повышает качество трансляции.

Конструкция данного устройства состоит из нескольких отдельных блоков, которые расположены определённым образом для максимального восприятия сигнала. Внутренний усилитель позволяет расширить зону приёма для 80 км, распознавая даже самые слабое вещание (как правило, с потерей качества). Так же, как и в предыдущем случае, сделать уличную антенну для телевизора с усилителем можно своими руками. Единственное, что вам понадобится кроме вышеописанных материалов - это качественный конвертер. Устанавливают такие устройства на максимально высокой точке, то есть на крыше или самодельном столбе/шесте.

Устройства на бегущей волне (Уда-Яги)

Антенны такого класса имеют довольно высокие приёмные характеристики и отличаются компактностью. Все основные элементы устройства закреплены одной общей стреле. Кроме того, такой тип антенн в состоянии работать с несколькими диапазонами, что очень важно для отдалённых и труднодоступных посёлков, где поблизости только старые вышки, вещающие на нестандартных частотах.

Цифровые антенны

Такие устройства состоят из двух частей - это тюнер для обработки цифрового сигнала и антенный каркас, который устанавливается на улице. Конструкция последнего максимально проста, потому как основная ответственность за приём сигнала лежит именно на тюнере. Цифровая уличная антенна для телевизора прекрасно подойдёт для тех, кто «дружит» с современной техникой, не боится многочисленных настроек/вариаций в меню, и чей дом расположен недалеко от города. Такие устройства настраиваются на приём только основного сигнала и хорошо игнорируют отражённые помехи.

Типы антенн

Всего можно обозначить два типа антенн - пассивная и активная. Первый вариант подразумевает отдельный/внешний конвертер, а второй - со встроенным усилителем. По качеству приёма сигналов они мало чем отличаются, а вот по сроку службы - значительно.

Активные устройства, установленные «как есть», то есть без дополнительной защиты, прослужат немногим больше года, потому как из-за непогоды и коррозии встроенный конвертер начинает выходить из строя. Пассивные модели идут с внешним усилителем, который может быть расположен дома или где-нибудь на чердаке, поэтому срок службы таких антенн гораздо дольше.

Лучшие уличные антенны для телевизора

На отечественном рынке электроники можно встретить большое количество всяческих приёмных устройств разного вида и типа, где каждая серия или модель адаптирована под специфические условия приёма сигнала. Поэтому обозначить какую-то конкретную модель как лучшую очень сложно, здесь нужно учитывать много индивидуальных факторов (геолокация дома, близлежащие ТВ-вышки, качество проходимости сигнала и т. п.). Ну а составить список лучших производителей антенн, которые хорошо зарекомендовали себя в глазах придирчивых покупателей, вполне реально.

Антенны «Дельта»

Антенны этой фирмы пользуются завидной популярностью у отечественного потребителя, тем более что ассортимент компании очень разнообразен. На полках магазинов можно найти как узконаправленные модели, которые рассчитаны исключительно на метровые и дециметровые волны, так и широкополосные универсальные устройства.

Кроме того, подавляющее большинство антенн от компании «Дельта» может работать с цифровым сигналом. Подключение и монтаж устройств сравнительно лёгок, достаточно вставить кабель в разъём с F-усилителем и зафиксировать прибор на максимально высокой точке дома. Антенны хорошо справляются с приёмом и обработкой сигнала даже на значительном удалении дома от телевизионной вышки.

Антенны Lokus

В ассортименте компании встречаются как активные (со встроенным конвертором), так и пассивные модели (с внешним усилителем). Отечественного покупателя особо привлекает ценовая политика бренда и весьма неплохое качество изделий.

Конструкция антенн очень проста, а монтаж не требует какого-то специфического инструмента или подготовки. Устройства рассчитаны на одновременную работу с двумя-тремя телевизорами, поэтому подойдут даже для больших дач.

Антенны «Гарпун»

Ещё один признанный лидер по производству качественных антенн на отечественном рынке. Цены хоть и отличаются демократичностью, но устройства компании славятся «всеядностью». Практически любая модель «Гарпуна» отлично подойдёт для зон с неуверенным приёмом сигнала.

Кроме того, хорошая избирательность сигнала антенн этой марки в значительной мере избавляет пользователя от помех на экране телевизора. Один из критичных минусов изделий «Гарпун» - это привередливость к метровым волнам, поэтому при работе с устаревшими телевышками могут возникнуть проблемы.

Антенны GoldMaster

Несмотря на более чем демократичные цены изделий, устройства этой компании отличились очень неплохим приёмом в местах с ужасным качеством сигнала. Судя по отзывам пользователей, антенны марки GoldMaster отлично справляются с поставленной задачей даже в отдалённых местах сельской местности: изображение на экране без «снега», картинка не тормозит и не перебивается соседствующими сигналами.

Кроме того, устройства хорошо переносят практически любую непогоду, будь то дождь, крупный снег или штормовой ветер. Добавим сюда низкие цены на изделия и получим вполне оптимальный дачный вариант антенны.

24. Виды антенн. Характеристики антенн.

Антенны представляют собой конструкцию из токопроводящих элементов, размеры и конфигурация которых определяют эффективность преобразования радиосигналов в электрические. Для обеспечения эффективного излучения и приема в широком диапазоне используемых радиочастот создано большое количество видов и типов антенн, классификация которых представлена на рис. 3.9.

Назначение передающих и приемных антенны ясно из их наименований. По своим основным электрическим параметрам они не отличаются. Многие из них в зависимости от схемы подключения (к передатчику или приемнику) могут использоваться как передающие или приемные. Однако если к передающей антенне подводится большая мощность, то в ней принимаются специальные меры по предотвращению пробоя между элементами антенны, находящихся под более высоким напряжением.

Эффективность антенн зависит от согласования размеров элементов антенны с длинами излучаемых или принимаемых волн. Минимальная длина согласованной с длиной волны электромагнитного колебания штыревой антенны близка к L/4, где L - длина рабочей волны. Размеры и конструкция антенн отличаются как для различных диапазонов частот, так и внутри диапазонов.

Если для стационарных антенн требование к геометрическим размерам антенны может быть достаточно просто выполнено для коротких и ультракоротких волн, то для антенн, устанавливаемых на мобильных средствах, оно неприемлемо. Например, рациональная длина антенны для обеспечения связи на частоте 30 МГц составляет 2.5 м, что неудобно для пользователя. Поэтому применяют укороченные антенны, но при этом уменьшается их эффективность.

По конструкции антенны разделяются на проволочные (вибраторные), рупорные, параболические, рамочные, спиральные, антенные решетки и различные их комбинации.

Возможности антенн как приемных, так и передающих определяются следующими характеристиками:

диаграммой направленности;

коэффициентом полезного действия;

коэффициентом направленного действия;

коэффициентом усиления;

полосой частот.

Диаграмма направленности представляет собой графическое изображение уровня излучаемого и принимаемого сигнала от угла поворота антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Диаграммы изображаются в прямоугольных и полярных координатах (см. рис. 3.10).

Диаграммы направленности могут иметь разнообразный и изрезанный характер, определяемый механической конструкцией и электрическими параметрами. Лепесток диаграммы направленности с максимумом мощности излучаемого или принимаемого электромагнитного поля называется главным или основным лепестком, остальные боковыми и задними. Соотношение между величинами мощности основного лепестка по сравнению с остальными характеризует направленные свойства антенны. Ширина главного лепестка диаграммы измеряется углом между прямыми, проведенными из начала полярных координат до значений диаграммы, соответствующих половине максимальной мощности излучения или 0.7 напряжения электрического сигнала приемной антенны. Чем уже ширина диаграммы направленности антенны, тем выше ее коэффициент направленного действия.

Коэффициент направленного действия (КНД) определяет величину энергетического выигрыша, который обеспечивает направленная антенна по сравнению с ненаправленной.

Потери электрической энергии в антенне оцениваются коэффициентом полезного действия (КПД), равного отношению мощности сигнала на выходе реальной антенны к мощности сигнала идеальной антенны без потерь.

Произведение этих двух коэффициентов определяет коэффициент усиления антенны (КУ).

Полоса частот, в пределах которых сохраняются заданные технические характеристики антенны, называется полосой ее пропускания.

Создание антенн с высоким коэффициентом усиления и широкой полосой пропускания представляет основную проблему в области конструирования антенн. Чем выше КУ, тем труднее обеспечить широкополосность антенны. В зависимости от полосы пропускания антенны разделяются на узкополосные, широкополосные, диапазонные и широкодиапазонные.

Узкополосные антенны обеспечивают прием сигналов в диапазоне 10% от основной частоты. У широкополосных антенн эта величина увеличивается до (10-50)%, у диапазонных антенн коэффициент перекрытия (отношение верхней частоты полосы пропускания антенны к нижней) составляет 1.5-4, а у широкодиапазонных антенн это отношение достигает значений в интервале 4-20 и более.

Совокупность однотипных антенн, расположенных определенным образом в пространстве, образуют антенную решетку. Сигнал антенной решетки соответствует сумме сигналов от отдельных антенн. Различают линейные (одномерные) и плоские (двухмерные) антенные решетки. Антенные решетки, у которых можно регулировать фазы сигналов отдельных антенн, называют фазированными антенными решетками. Путем изменения фаз суммируемых сигналов можно менять диаграмму направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях и производить быстрый поиск сигнала по пространству и ориентацию антенны на источник излучения.