Передающая антенна это. Передающая антенна: теория, принципы работы и характеристики

Что такое передающая антенна. Как работает передающая антенна. Какие бывают виды передающих антенн. Каковы основные характеристики передающих антенн. Как выбрать подходящую передающую антенну.

Что такое передающая антенна и как она работает

Передающая антенна — это устройство, которое преобразует высокочастотный электрический сигнал в электромагнитные волны и излучает их в окружающее пространство. По сути, это открытый колебательный контур, способный эффективно излучать энергию.

Основной принцип работы передающей антенны заключается в следующем:

1. На антенну подается высокочастотный сигнал от передатчика
2. Переменный ток в антенне создает переменное электромагнитное поле вокруг проводников
3. Это поле отрывается от антенны в виде электромагнитных волн и распространяется в пространстве
4. Чем выше частота сигнала, тем эффективнее происходит излучение

Таким образом, антенна преобразует энергию токов высокой частоты в энергию электромагнитного излучения. Эффективность этого преобразования во многом определяет качество работы всей радиопередающей системы.

Основные типы передающих антенн

Существует множество разновидностей передающих антенн, различающихся по конструкции и характеристикам. Наиболее распространенные типы:

• Вибраторные антенны (диполи, монополи)
• Директорные антенны (волновой канал)
• Рамочные антенны
• Спиральные антенны
• Антенные решетки
• Апертурные антенны (рупорные, параболические)
• Щелевые антенны

Выбор типа антенны зависит от назначения радиосистемы, диапазона частот, требуемых характеристик излучения и других факторов.

Ключевые характеристики передающих антенн

При оценке и выборе передающих антенн учитывают следующие основные параметры:

Диаграмма направленности

Диаграмма направленности (ДН) — это графическое представление интенсивности излучения антенны в различных направлениях. Она показывает, как распределяется энергия в пространстве.

Различают следующие типы ДН:

• Изотропная — равномерное излучение во всех направлениях (теоретическая)
• Круговая — равномерное излучение в горизонтальной плоскости
• Кардиоидная — излучение преимущественно в одном направлении
• Остронаправленная — узконаправленное излучение

Коэффициент усиления

Коэффициент усиления характеризует способность антенны концентрировать излучаемую энергию в определенном направлении по сравнению с изотропным излучателем. Измеряется в децибелах (дБ).

Входное сопротивление

Входное сопротивление — это комплексное сопротивление антенны в точке питания. Для эффективной передачи энергии оно должно быть согласовано с выходным сопротивлением передатчика.

Полоса пропускания

Полоса пропускания определяет диапазон частот, в котором антенна сохраняет свои рабочие характеристики. Широкополосные антенны способны эффективно работать в широком диапазоне частот.

Как выбрать оптимальную передающую антенну

При выборе передающей антенны следует учитывать следующие факторы:

1. Диапазон рабочих частот — антенна должна эффективно работать на требуемых частотах
2. Требуемая диаграмма направленности — определяется зоной покрытия
3. Коэффициент усиления — влияет на дальность связи
4. Входная мощность — антенна должна выдерживать мощность передатчика
5. Условия эксплуатации — размер, вес, устойчивость к внешним воздействиям
6. Стоимость и доступность

Правильно подобранная антенна позволяет максимально эффективно использовать мощность передатчика и обеспечить требуемое качество радиосвязи.

Особенности настройки передающих антенн

Для достижения оптимальных характеристик передающие антенны требуют правильной настройки. Основные этапы настройки включают:

1. Проверка резонансной частоты антенны
2. Согласование входного сопротивления с выходом передатчика
3. Минимизация коэффициента стоячей волны (КСВ)
4. Оптимизация диаграммы направленности
5. Проверка эффективности излучения

Для настройки используют специальные приборы — анализаторы антенн, измерители КСВ, векторные анализаторы цепей. Правильная настройка позволяет достичь максимальной эффективности передающей антенны.

Перспективные направления развития передающих антенн

Современные тенденции в разработке передающих антенн включают:

• Создание компактных широкополосных антенн
• Разработку адаптивных антенных решеток
• Применение метаматериалов для улучшения характеристик
• Интеграцию антенн в корпуса устройств
• Создание реконфигурируемых антенн с управляемыми параметрами
• Разработку антенн для систем 5G и миллиметрового диапазона

Эти инновации позволяют создавать более эффективные и функциональные антенные системы для современных средств связи.

Военно-техническая подготовка

5.9. Антенные системы РЛС

5.9.1. Назначение и состав и характеристики типовой АС

Антенная система (АС) (в общем случае включает приемную и передающую антенны) и аппаратура правления лучом предназначены для формирования диаграмм направленности на передачу и прием и управления их положением в пространстве. Как правило, к антенной системе относят волноводные тракты между АС приемником и передатчиком.

Антенной  (от лат.  antenna – мачта, рей) называется устройство для излучения или приема радиоволн. Передающая

антенна преобразует подводимые к ней электромагнитные колебания в излучаемые электромагнитные волны, приемная — преобразует падающие на нее электромагнитные волны (ЭМВ) в колебания, которые затем воздействуют на приемник.

Работа антенны основана на эффекте излучения  — преобразовании энергии переменного тока высокой частоты, протекающего по проводнику, в энергию распространяющихся ЭМВ.

Куда и как будет распространяться радиоволна, определяется размерами и формой антенны-излучателя радиоволн. Самой простой радиоантенной является Вибратор Герца.

Рис. 1. Вибратор Герца (полуволновый вибратор)

Вибратор Герца – это два проводника, расходящиеся в противоположные стороны от «точки подключения энергии». Для лучшего излучения радиосигнала, расстояние от конца одного проводника до конца другого должно быть равно половине длины волны излучаемого (или принимаемого) электромагнитного колебания.

Диаграмма направленности полуволнового вибратора имеет форму тороида вращения – форму «бублика».

Рис. 2.Диаграмма направленности полуволнового вибратора.

Задача формирования узкого луча ДН сводится к формированию плоского фронта волны для излучаемой ЭМВ. ( Фазовый фронт волны это совокупность точек пространства, в которых данная волна имеет одинаковую фазу.)

Площадь плоской антенны или площадь поверхности, ограниченной кромкой отражателя зеркальной антенны, называется раскрывом антенны. Излучающим раскрывом или апертурой антенны называется площадь поверхности, на которой поле антенны является синфазным, формируя практически плоские волны. Она отстоит от поверхности антенны на расстояние в несколько длин волн и соизмерима с геометрической площадью раскрыва. Иначе ее называют эффективной площадью антенны Sэфф.

В общем случае, чем больше геометрические размеры антенного полотна и чем больше длин волн укладывается в его сечении, тем более узкой, при всех прочих равных условиях, может быть диаграмма направленности антенны.

Прямым следствием этого является зависимость линейных размеров антенн от диапазона длин волн. Для получения одинаковой ширины ДН антенна РЛС с длиной волны 3 метра должна быть в 100 раз больше, чем антенна РЛС с длиной волны 3 сантиметра.

Технические характеристики антенных систем РЛС.

Основными техническими характеристиками современных антенных систем являются:

— масса и габариты;

— рабочий диапазон длин волн;

— форма диаграммы направленности и ширина ее главного лепестка;

— время переноса луча из одного положения в другое, или доступная скорость сканирования;

— для ФАР дополнительной характеристикой является ширина рабочего сектора, в пределах которого возможно электронное управление лучом без потери качества ДН.

Антенная система РЛС является одним из самых крупных и тяжелых элементов конструкции. Например, антенная система станции управления стрельбой имеет суммарную площадь раскрыва более 10 м2. Поэтому для обеспечения мобильности аппаратуры во всех РЛС предусмотрена возможность складывания антенной системы.

Рабочий диапазон длин волн для РЛС обнаружения на малых высотах и РЛС управления стрельбой – сантиметровый, для РЛС обнаружения на средних и больших высотах – дециметровый.

Диаграмма направленности антенны это графическое изображение распределения уровней мощности, излучаемой антенной на одинаковом расстоянии от нее в различных направлениях какой-либо плоскости, проходящей через центр или ось антенны.

Рис.3. Форма ДН

Все антенны РЛС способны обеспечить ширину луча порядка 1 градуса. Однако следует учесть, что кроме основного луча ДН, у всех антенн есть еще боковые и фоновые лепестки ДН (рис. 3). Уровень боковых лепестков на 30-40 дБ (в 1000 – 10000 раз) ниже уровня основного лепестка.

Форма главного лепестка тоже может быть различной: для максимально точного определения двух угловых координат на больших дальностях следует использовать ДН игольчатой формы, а для одновременного просмотра всех доступных углов места на каждом конкретном азимуте следует формировать ДН узкую по азимуту и широкую по углу места – веерную или косекансную (рис. 4).

Рис. 4. Сечения диаграмм направленности в угломестной плоскости.

Важность учета формы ДН обусловлена тем, что обнаруживать слабые сигналы от цели РЛС может только главным лепестком ДН, а принимать мощные помеховые сигналы РЛС может и по боковым и по фоновым лепесткам. При этом помеховый сигнал, принятый боковым лепестком за счет высокой мощности (на 70-80 дБ больше целевого сигнала) помехи будет препятствовать обнаружению целей по главному лепестку.

Именно на постановке помех по боковым лепесткам ДН основывается применение СВКН бортовой аппаратуры постановки активных помех в режиме взаимного прикрытия.

Для обзорных РЛС важным параметром является скорость сканирования, прямо пропорциональная скорости обновления информации о воздушной обстановке. Она составляет от 6 до 25 оборотов в минуту у различных типов РЛС из состава ЗРС. Дополнительно к механическому круговому сканированию ФАР могут использовать электронное управление лучом, расширяя возможности станции.

Для современных РЛС управления стрельбой круговое сканирование не имеет смысла. Важность приобретает время переноса луча с одной цели на другую в пределах рабочего сектора, ширина которого может превышать 1000.

5.9.2. Зеркальные АС

Плоский фазовый фронт создается с помощью отражающих поверхностей – зеркал. Поэтому они называются — антенны отражательного типа или зеркальные антенны. Их основными элементами являются облучатель, который подводит высокочастотную электромагнитную энергию от передатчика к антенне, и рефлектор (отражатель), фокусирующий ее в узконаправленный луч заданной конфигурации.

Облучатель помещается в фокусе отражателя, в качестве которых применяют параболические или сегментно — параболические цилиндры, усеченные параболоиды вращения и другие аналогичные поверхности. Наиболее распространены однозеркальные антенны, облучаемые из фокуса или фокальной плоскости (рис. 1)

Рис.1 Принцип действия зеркальной антенны

В РЛС дециметрового и сантиметрового диапазонов облучателем чаще всего является рупор, которым оканчивается волновод, в метровом диапазоне для этого используются вибраторы, размеры которых зависят от длины генерируемой станцией волны.

Недостатком зеркальных антенн является необходимость механического (т.е. медленного) перемещения антенны для изменения направления излучения.

АС РЛС обнаружения на малых высотах.

Для увеличения дальности прямой видимости АС размещается только на вышке высотой от 20 метров.

АС включает приемную и передающую зеркальные антенны разделенные экраном для защиты приемника от проникающего сигнала передатчика (рис. 2).

Рис. 3. Приемная и передающая зеркальные антенны

Антенная система позволят формировать диаграммы направленности двух видов: косекансную или игольчатую. В азимутальной плоскости диаграммы обоих видов имеют одинаково малую ширину примерно в один градус. В угломестной плоскости рабочая часть косекансной диаграммы направленности обеспечивает примерно одинаковую интенсивность отраженных сигналов при различных наклонных дальностях до цели (т. е. передача и прием в направлении более удаленных целей ведутся с большей интенсивностью).

Диапазон длин волн — сантиметровый. Круговое сканирование по азимуту осуществляется за счет вращения антенной системы, совместно с аппаратным контейнером со скоростью более 20 оборотов в минуту.

Для защиты от АШП, действующих по боковым лепесткам ДН, в АС применяется антенна подавления боковых лепестков (ПБЛ).

Для определения государственной принадлежности целей в состав АС входит антенна наземного радиозапросчика.

5.9.3. АС на базе фазированных антенных решеток (ФАР)

Рост боевых возможностей средств воздушного нападения  потребовал сокращения времени переноса луча с одной цели на другую.

Суть подобного управления заключается в замене одного мощного источника излучения (рупора) множеством элементарных слабонаправленных излучателей, расположенных непосредственно в плоскости раскрыва антенны и строго упорядоченных по строкам и столбцам. За счет явления интерференции (сложения с учетом фазы) суммарная энергия излучения в направлении цели остается прежней. Однако, если изменить начальные фазы элементарных облучателей антенная система приобретет новое свойство – направление излучения изменится, без механического перемещения антенны. Таким образом расположив управляемые по фазе элементарные излучатели в узлах жесткой решетки, получаем антенну с хорошими направленными свойствами но с электронным управлением положением луча.

Подобные системы называются фазированными антенными решетками (ФАР). Решетками потому, что конструктивно излучающие элементы располагаются в виде решетчатой  структуры, образуя антенное полотно, а фазированными потому, что имеется возможность управлять процессом формирования диаграммы направленности зондирующего сигнала.

Наиболее просты в реализации ФАР проходного типа, в которых управляемые элементы не генерируют ЭМВ самостоятельно, а лишь переизлучают сигнал от мощного неуправляемого по фазе источника.

Рис. 1. Управляемый излучатель ФАР

Управляемый излучатель состоит из управляемого ферритового фазовращателя (ФВ), двух диэлектрических излучателей и схемы управления. Фазовращатель выполняет роль управляемой задержки сигнала на время, не превышающее периода СВЧ колебаний.

Антенное полотно представляет собой прямоугольный каркас, в котором расположены антенные элементы (управляемые излучатели) и другая необходимая радиоаппаратура. Всего в составе ФАР может быть несколько тысяч таких  управляемых излучателей. Они идентичны по своим характеристикам, одинаково ориентированы в пространстве и располагаются на некотором расстоянии друг от друга, образуя строки и столбцы антенной решетки.

Рис.2. Принцип действия ФАР

Принцип работы ФАР проходного типа:

1. Слабонаправленный рупор – источник передаваемого сигнала формирует ЭМВ со сферическим фазовым фронтом (на рис. 2 показана черным цветом).

2. Для формирования узкой ДН сферический фазовый фронт необходимо преобразовать в плоский, для чего формируется первая часть фазового распределения, компенсирующая кривизну сферического фазового  фронта (на рис. 2 показана синим цветом).

3. Поскольку ЭМВ всегда распространяется по нормали к фазовому фронту, для управления положением луча необходимо наклонить весь фазовый фронт. Для этого формируется вторая часть фазового распределения (на рис. 2 показана красным цветом).

4. С помощью цифрового вычислителя фазы (ЦВФ) формируется суммарное фазовое распределение и заносится в управляющие цепи фазовращателей.

5. При прохождении полотна ФАР сферическая волна преобразуется в плоскую, имеющую необходимый наклон, что ориентирует луч выбранном направлении.

Аналогично ФАР работает и при приеме отраженного от цели сигнала. При этом падающая плоская волна преобразуется в сферическую с вогнутым фронтом и фокусируется на приемном рупоре, поскольку состояние фазовращателей осталось прежним.

АС РЛС обнаружения на средних и больших высотах

Основным элементом АС является приемо-передающая антенна на базе ФАР проходного типа. Диаграмма направленности антенны игольчатая, ширина главного лепестка составляет примерно 1,5 градуса. Диапазон частот — дециметровый.

ФАР, совместно с аппаратурой управления лучом , обеспечивает возможность электронного перемещения луча в угломестной и азимутальной плоскостях в переделах сектора сканирования – от нормали к плоскости антенны 60 – 70° по углу места и  ± 52,5° по азимуту. Время переноса луча составляет сотни микросекунд. Азимутальный привод вращения задает вращение всей антенной системы вкруговую с частотой 6 или 12 оборотов в минуту Сканирование пространства по угловым координатам осуществляется последовательно столбцевым методом рис. 3. Перемещение луча по азимуту — за счет вращения антенной системы и, при необходимости, электронным способом, по углу места только электронным способом.

Рис. 3. Сканирование по угловым координатам в импульсной РЛС.

Особенностью антенной системы является возможность формирования луча обеими сторонами ФАР, для чего облучатели размещены по обеим сторонам антенного полотна. Это свойство позволяет визировать сопровождаемые цели с удвоенной частотой обращения (рис. 4).

Рис. 4. Двухстороннее сканирование ФАР

Для определения государственной принадлежности целей в состав АС входит антенна наземного радиозапросчика.

Для защиты от активных шумовых помех (АШП), действующих по боковым лепесткам ДН, выделены антенны компенсационных каналов.

Особенностью волноводного тракта является наличие вращающегося сочленения между неподвижным РПУ и вращающимися АС и РПрУ.

АС многофункциональной РЛС.

Основным элементом АС является приемо-передающая антенна на базе ФАР проходного типа.

Диаграмма направленности антенны игольчатая, ширина ее главного лепестка зависит от выбранного режима работы и может составлять величину менее одного градуса. Диапазон длин волн — сантиметровый.

Рабочее положение АС – наклонное (т.е не вертикальное). ФАР, совместно с аппаратурой управления лучом , обеспечивает возможность электронного перемещения луча в вертикальной и наклонной плоскостях, относительно нормали проведенной к антенному полотну. Максимальное отклонение луча в обеих плоскостях ограничено размерами рабочего сектора. Время переноса луча составляет сотни микросекунд.

Для изменения положения рабочего сектора применен азимутальный привод, обеспечивающий механический разворот антенной системы и контейнера с приемопередающей аппаратурой.

Для определения государственной принадлежности целей в состав АС входит ФАР наземного радиозапросчика.

Для защиты от АШП, действующих по боковым лепесткам ДН, используются дополнительные слабонаправленные компенсационные антенны, также реализованные на базе ФАР.

Антенная система установлена на аппаратном контейнере с приемо-передающей аппаратурой и может эффективно вести боевую работу как с шасси автомобиля МАЗ (рис. 5), так и с вышки высотой 20 или 40 м.

Рис. 5. АС РЛС управления стрельбой

Приемный и передающий облучатели ФАР должны находиться в фокусе антенны, поскольку в одной точке расположить два облучателя невозможно, то для обеспечения их пространственного разноса и развязки между приемным и передающим трактами используется поляризационный фильтр (рис. 6).

Рис. 6. Принцип действия поляризационного фильтра.

Он представляет собой систему металлических струн, натянутых параллельно вектору напряженности электрического поля излучаемой ЭМВ. Расстояние между струнами выбрано таким, чтобы падающий на них зондирующий сигнал (волна с горизонтальной поляризацией) отражался в плоскость антенной решетки, а принимаемый отраженный (это волна с вертикальной поляризацией) проходил практически без потерь в приемный облучатель.

После отражения от поляризационного фильтра СВЧ энергия от передатчика проходит через поляризатор, преобразующий линейную поляризацию волны в круговую.

Поляризатор представляет собой систему плоских параллельных металлических пластин, образующих сферическую поверхность. Пластины расположены под углом 45° к направлению вектора электрического поля падающей волны, которую можно представить в виде суммы двух составляющих: параллельной плоскости поляризатора и  перпендикулярной ей.

Первая из них проходит между пластинами как в волноводе и изменяет свою скорость, а вторая (перпендикулярная) проходит через устройство без изменения фазовой скорости. В результате на выходе поляризатора между ними возникает фазовый сдвиг.  Ширина пластин выбрана такой, чтобы этот сдвиг составлял 90° и обеспечивал тем самым образование волны с круговой поляризацией и левым направлением вращения.

В пространстве ЗС отражается от цели. При этом сохраняется круговая поляризация, но направление ее вращения меняется на противоположное.

При работе АС на прием на поляризатор падает волна с круговой поляризацией и правым направлением вращения, которая после прохождения через него преобразуется в волну с линейной вертикальной поляризацией, проходит через поляризационный фильтр и фокусируется в приемной облучателе.

В рассматриваемой РЛС используется суммарно-разностная обработка принимаемых сигналов, поэтому приемный облучатель имеет три канала: один суммарный и два разностных и называется моноимпульсным приемным облучателем (МПО). Конструктивно он представляет собой систему рупоров, состоящую из основного облучателя и четырех дополнительных рупоров (рис.7).

Рис. 7 Внешний вид моноимпульсного приемного облучателя.

Основным двухрупорным облучателем является сдвоенный прямоугольный волновод с общей стенкой в Н-плоскости. При своем возбуждении он формирует в каждой плоскости пеленгации по две парциальные (то есть частичные) приемные диаграммы направленности (рис. 8), разнесенные в пространстве на половину ширины и имеющие единый фазовый центр.

Дополнительные рупоры располагаются попарно вертикально и горизонтально относительно основного облучателя и участвуют только в формировании разностных диаграмм. МПО имеет три выходных канала, сигналы которых с помощью волноводных тройников формируются из сигналов, принимаемых различными ДН приемного облучателя.

Рис. 8. Парциальные диаграммы направленности МПО.

Выход å основного облучателя формирует суммарный сигнал на основе принимаемой всеми рупорами СВЧ энергии.

Выход Djв формирует разностный сигнал в вертикальной плоскости.

Выход Djн — формирует разностный сигнал в наклонной плоскости.

Таким образом, с выходов МПО по приемному волноводному тракту, также состоящему из трех каналов, на входное приемное устройство сопровождения одновременно поступает три сигнала — суммарный и два разностных.

АНТЕННА — ОТКРЫТЫЙ КОНТУР

Антенной называется система проводников, служащих для излучения радиоволн на передающей станции и для улавливания радиоволн на приемной станции. Иначе говоря, антенна осуществляет преобразование энергии тока высокой частоты в, энергию радиоволн или, наоборот, преобразует энергию радиоволн в энергию тока высокой частоты.

Впервые в мире антенну применил А. С. Попов. В дальнейшем в теорию и технику антенных устройств большой вклад внесли советские ученые М. В. Шулейкин, А. А. Пистолькорс, В. В. Татаринов, М. А. Бонч-Бруевич, А. Л. Минц, Г. 3. Айзенберг и другие. В Советском Союзе были разработаны и осуществлены многие оригинальные типы антенн.

В состав антенного устройства во многих случаях, помимо самой антенны, служащей для излучения или приема радиоволн, входит еще фидерная линия, которая служит для передачи с наименьшими потерями электромагнитных волн от передатчика к антенне или от антенны к приемнику. Для правильной работы антенного устройства сами фидерные линии не должны обладать антенным эффектом, т. е. излучать или принимать радиоволны.

Принято разделять антенны на передающие и приемные, хотя принципиальной разницы в устройстве между ними в большинстве случаев нет. Передающая антенна должна излучать в нужном направлении электромагнитные волны с возможно большей энергией. В приемной антенне радиоволны, пришедшие в определенном направлении, должны создавать колебания с возможно большей энергией.

Антенные устройства обладают свойством обратимости. Это значит, что любая передающая антенна, как правило, может работать в качестве приемной и наоборот. Кроме того, если антевна, работающая в качестве передающей, обладает некоторыми свойствами, то подобные же свойства остаются и в случае использования данной антенны для приема. Например, если антенна лучше всего излучает волны в некотором определенном направлении, то она будет принимать лучше всего волны, приходящие с этого же направления. Практически иногда передающие и приемные антенны все же имеют некоторые различия.

Рассмотрим прежде всего элементарные принципы устройства и работы простейших антенн.

Замкнутый колебательный контур, имеющий малые размеры по сравнению с длиной волны, очень плохо излучает электромагнитные волны. Это можно объяснить следующим образом.

Электромагнитные волны излучаются проводником, по которому проходит ток высокой частоты. Если провод согнуть в Рис.1. Противоположные направления токов в элементах колебательного контура виде петли (рис.1 а), то в двух его половинках токи направлены в противоположные стороны.

Рис.1 — Противоположные направления токов в элементах колебательного контура.

 

Волны, создаваемые этими токами, противоположны по фазе и, если расстояние между проводами d мало по сравнению с длиной волны, то эти волны будут в пространстве взаимно уничтожаться.

Таким образом, провод в виде петли почти не излучает электромагнитные волны. То же можно оказать и о проводе в виде прямоугольного или круглого витка (рис. 1 (б) и (в)), имеющего размеры много меньше длины волны. Токи в противоположных сторонах квадратного витка направлены в разные стороны и волны, создаваемые этими токами, имеют противоположные фазы. В направлении, перпендикулярном к плоскости витка, эти волны взаимно уничтожаются. А в направлении вдоль плоскости витка сдвиг фаз между этими волнами немного отличается от 180°, так как одна из волн проходит лишний путь, равный d, и несколько запаздывает по фазе. Но если сторона витка много меньше длины волны, то запаздывание ничтожно и практически волны, идущие в этом направлении, также взаимно уничтожаются.

У круглого витка малого диаметра каждому данному элементу провода, например элементу А на рис.1 в, соответствует другой диаметрально противоположный элемент (Б на рис.1 б), причем в этих элементах токи направлены в разные стороны. Волны, создаваемые этими элементами, имеют противоположные фазы и практически взаимно уничтожаются.

Если бы размер d составлял заметную часть длины волны ?, то волны, идущие в направлении вдоль плоскости витка от его противоположных сторон, имели бы сдвиг фаз, значительно отличающийся от 180°, так как одна из волн заметно запаздывала бы, и поэтому взаимного уничтожения волн не получалось бы. Только в направлении, перпендикулярном витку, волны шли бы путями одинаковой длины и взаимно уничтожали бы друг друга.

В радиотехнических колебательных контурах, работающих на средних и коротких волнах, витки катушек имеют обычно диаметр порядка нескольких сантиметров, а длина волны измеряется десятками и сотнями метров. При таком соотношении практически можно считать, что каждый виток в отдельности не излучает, а следовательно, и вся катушка в целом также не будет излучать.

Весь контур на этих волнах можно представить как один виток, в противоположных элементах которого токи протекают в разных направлениях. В соединительных проводах АБ и ВГ (рис.1) токи имеют противоположные направления. То же можно сказать и о токах в участках АВ и БГ, т. е. в катушке и в конденсаторе. Так как геометрические размеры контура малы по сравнению с длиной волны, то контур практически излучает очень слабо.

Однако возможно изменить устройство колебательного контура так, что в отдельных его элементах токи будут иметь одинаковое направление в пространстве, т. е. колебания в отдельных элементах контура совпадут по фазе. Тогда волны, создаваемые этими элементами, взаимно не уничтожатся и получится значительное излучение. Это достигается превращением замкнутого контура (рис. 2 а) в открытый контур, т.е. в антенну.

 

Рис.2 — Превращение замкнутого контура в открытый

Если раздвинуть обкладки конденсатора и развернуть соединительные провода в прямую линию (рис.2 6), то направления токов в этих проводах станут одинаковыми. Подобный контур излучает волны все же недостаточно, так как отсутствует излучение катушкой, и токи, протекающие по обкладкам конденсатора, направлены в противоположные стороны и под прямым углом к токам в соединительных проводах.

Дальнейшее увеличение излучения волн получится, если вытянуть провод катушки в прямую линию и вместо обкладок для создания необходимой емкости применить провода достаточной длины (рис.2 в). Тогда направление токов во всех элементах провода будет одно и то же, т. е. колебания во всех частях провода будут совершаться в одинаковых фазах, и излучение волн станет наибольшим. Таким образом, открытый контур в простейшем случае представляет собой прямолинейный провод. Практически в нем все же обычно оставляют небольшую катушку Lee для связи с генератором (рис.2 г).

Всякий провод обладает собственной индуктивностью и собственной емкостью, распределенными по его длине, а поэтому является своеобразным колебательным контуром, в котором можно получить свободные электрические колебания. На схеме (рис.3 а) в положении 1 переключателя П обе половины провода заряжаются от батареи Б.

 

Рис.3 — Схема возбуждения свободных колебаний в открытом контуре и колебательный процесс в нем.

Если перевести переключатель в положение 2, то электроны будут двигаться вдоль провода в направлении от нижней его половины к верхней, а затем в обратном направлении, т. е. в проводе возникнут свободные затухающие колебания.

Отдельные фазы колебательного процесса в проводе показаны на (рис.3 б). В верхней части рисунка показано распределение электрического и магнитного полей, а в нижней части — график изменения тока и напряжения в антенне.

Напряжением в какой-либо точке антенны принято называть разность потенциалов между данной точкой и симметрично ей расположенной точкой на второй половине провода. График тока показывает также изменение напряженности магнитногЬ поля, а график напряжения—изменение напряженности электрического поля. На (рис.3 6) график напряжения и соответствующее ему электрическое поле изображены штриховой линией, а график тока и соответствующее ему магнитное поле — сплошной линией.

В начальный момент (0 на рис.3 6) провод обладает потенциальной энергией электрического поля зарядов, сосредоточенных на верхней и нижней половинах провода. Тока еще нет, а разность потенциалов имеет максимальную величину. При возникновении движения электронов вдоль провода ток возрастает, а напряжение уменьшается, и энергия электрического поля переходит в кинетическую энергию магнитного поля, создаваемого током. Через четверть периода электрическое поле заменяется магнитным полем. В этот момент (1 на рис.3 б) ток максимален, а напряжение равно нулю. Затем ток и магнитное поле уменьшаются. Возникает эде самоиндукции, которая поддерживает движение электронов и провод перезаряжается. Энергия переходит из магнитного поля в электрическое. К концу второй четверти периода (момент 2) снова энергия сосредоточена в электрическом поле, но направление поля изменилось на обратное. Далее, в течение следующей половины периода весь процесс повторяется в обратном направлении и восстанавливается первоначальное состояние.

В промежуточные моменты, не изображенные на верхнем чертеже, одновременно существуют электрическое и магнитное поля, так как энергия распределена между обоими полями. Электрическое и магнитное поля имеются вдоль всего провода, причем магнитное поле наиболее сильное в середине провода, где ток наибольшей величины, а на концах провода ток равен нулю и магнитное поле отсутствует.

Открытый контур, представляющий собой прямолинейный провод, в котором могут происходить свободные электрические колебания, называют симметричным вибратором или, короче, просто вибратором, или диполем. Для получения в нем незатухающих колебаний его связывают с генератором, например, при помощи индуктивной связи (рис.4). В простейшем случае антенное устройство для длинных, средних, а иногда и коротких волн может быть выполнено следующим образом. По возможности выше над землей подвешивается сама антенна, т.е. система проводов, играющая роль одной обкладки конденсатора. Второй обкладкой является земля или второй провод, называемый противовесом и подвешенный невысоко над землей.

 

Рис.4 — Индуктивная связь открытого контура с генератором

Такое антенное устройство является несимметричным. Емкость Са между антенной и землей (или противовесом) доходит до десятков или даже сотен пикофарад. Схематически антенные устройства с заземлением и с противовесом показаны на (рис.5 а) я б. На этих же рисунках даны условные обозначения антенны, земли и противовеса, применяемые в радиотехнических схемах.

Рис.5 — Антенное устройство с заземлением (а) и с противововесом (б)

Как работают антенны | Мобильные системы

Представьте, что вы протягиваете руку и ловите проходящие мимо слова, картинки и информацию. Это более или менее то, что делает антенна (иногда называемая антенной): это металлический стержень или тарелка, которая улавливает радиоволны и превращает их в электрические сигналы, подаваемые на что-то вроде радио, телевидения или телефонной системы. Такие антенны иногда называют приемниками. Передатчик — это другой тип антенны, который выполняет противоположную работу приемника: он преобразует электрические сигналы в радиоволны, так что они иногда могут перемещаться на тысячи километров вокруг Земли или даже в космос и обратно. Антенны и передатчики являются ключом практически ко всем формам современной телекоммуникации. Давайте подробнее рассмотрим, что они из себя представляют и как они работают!

Как работают антенны

Предположим, вы руководитель радиостанции и хотите транслировать свои программы всему миру. Как вы это делаете? Вы используете микрофоны, чтобы улавливать звуки голосов людей и превращать их в электрическую энергию. Вы берете это электричество и, грубо говоря, заставляете его течь по высокой металлической антенне (увеличивая его мощность во много раз, чтобы оно распространялось в мире так далеко, как вам нужно). Поскольку электроны (крошечные частицы внутри атомов) в электрическом токе колеблются взад и вперед вдоль антенны, они создают невидимое электромагнитное излучение в виде радиоволн. Эти волны распространяются со скоростью света, унося с собой вашу радиопрограмму. Что произойдет, если я включу радио в своем доме в нескольких милях от меня? Радиоволны, которые вы послали, проходят через металлическую антенну и заставляют электроны раскачиваться вперед и назад. Это генерирует электрический ток — сигнал, который электронные компоненты внутри моего радио превращают обратно в звук, который я слышу.

Как передатчик посылает радиоволны приемнику. 1) Электричество, поступающее в передающую антенну, заставляет электроны колебаться вверх и вниз по ней, создавая радиоволны. 2) Радиоволны распространяются по воздуху со скоростью света. 3) Когда волны достигают приемной антенны, они заставляют электроны внутри нее колебаться. Это производит электрический ток, который воссоздает исходный сигнал.

 

Антенны передатчика и приемника часто очень похожи по конструкции. Например, если вы используете что-то вроде спутникового телефона, который может отправлять и принимать видеотелефонные звонки в любое другое место на Земле с помощью космических спутников, все сигналы, которые вы передаете и принимаете, проходят через одну спутниковую антенну — особый вид антенны в форме чаши (и технически известной как параболический отражатель, потому что тарелка изгибается в форме графика, называемого параболой). Однако часто передатчики и приемники выглядят очень по-разному. Телевизионные или радиовещательные антенны представляют собой огромные мачты, иногда уходящие в воздух на сотни метров/футов, потому что они должны посылать мощные сигналы на большие расстояния. Но вам не нужно ничего такого большого для домашнего телевизора или радиоприемника: с этой задачей вполне справится антенна гораздо меньшего размера.

Волны не всегда распространяются по воздуху от передатчика к приемнику. В зависимости от того, какие виды (частоты) волн мы хотим послать, как далеко мы хотим их послать и когда мы хотим это сделать, на самом деле существует три различных способов, по которым волны могут распространяться:

Произведения искусства : Как волна распространяется от передатчика к приемнику: 1) По прямой видимости; 2) по земной волне; 3) Через ионосферу.

1. Как мы уже видели, они могут стрелять по так называемой «линии прицеливания», по прямой — как луч света. В старых телефонных сетях дальней связи для передачи звонков между очень высокими башнями связи использовались микроволны.
2. Они могут двигаться вокруг кривизны Земли в так называемой земной волне. AM (средневолновое) радио имеет тенденцию распространяться таким образом на короткие и средние расстояния. Это объясняет, почему мы можем слышать радиосигналы за горизонтом (когда передатчик и приемник не находятся в пределах видимости друг друга).
3. Они могут взлететь в небо, отскочить от ионосферы (электрически заряженной части верхних слоев атмосферы Земли) и снова спуститься на землю. Этот эффект лучше всего работает ночью, что объясняет, почему дальние (иностранные) AM-радиостанции гораздо легче принимать по вечерам. В дневное время волны, уходящие в небо, поглощаются нижними слоями ионосферы. Ночью такого не бывает. Вместо этого более высокие слои ионосферы улавливают радиоволны и отбрасывают их обратно на Землю, давая нам очень эффективное «зеркало неба», которое может помочь переносить радиоволны на очень большие расстояния.

 

Фото: эта телескопическая антенна FM-радио выдвигается примерно на 1–2 м (3–6 футов или около того), что составляет примерно половину длины радиоволн, которые она пытается уловить.

Простейшая антенна представляет собой цельный кусок металлического провода, прикрепленный к радиоприемнику. Первое радио, которое я построил, когда мне было 11 или 12 лет, представляло собой кристалл с длинной петлей из медного провода, действующей в качестве антенны. Я провел антенну вдоль потолка своей спальни, так что ее общая длина должна была быть около 20–30 метров (60–100 футов)!

Фото: Антенны, которые используют связь в пределах прямой видимости, должны быть установлены на высоких мачтах, как эта. Вы можете видеть тонкие диполи антенны, торчащие из верхней части, но большая часть того, что вы видите здесь, — это просто башня, которая удерживает антенну высоко в воздухе. Фотография Пьера-Этьена Куртежуа предоставлена ​​армией США.

Большинство современных транзисторных радиоприемников имеют как минимум две антенны. Один из них представляет собой длинный блестящий телескопический стержень, который выдвигается из корпуса и поворачивается для приема FM-сигналов (частотной модуляции). Другой представляет собой антенну внутри корпуса, обычно прикрепленную к основной печатной плате, и принимает сигналы AM (амплитудной модуляции). (Если вы не уверены в разнице между FM и AM, обратитесь к нашей статье о радио.)

Зачем в радиостанции две антенны? Сигналы в этих разных диапазонах волн передаются радиоволнами разной частоты и длины волны. Типичные AM-радиосигналы имеют частоту 1000 кГц (килогерц), в то время как типичные FM-сигналы имеют частоту около 100 МГц (мегагерц), поэтому они вибрируют примерно в сто раз быстрее. Поскольку все радиоволны распространяются с одинаковой скоростью (скорость света, которая составляет 300 000 км/с или 186 000 миль в секунду), AM-сигналы имеют длину волны примерно в сто раз больше, чем FM-сигналы. Вам нужны две антенны, потому что одна антенна не может уловить такой сильно различающийся диапазон длин волн. Именно длина волны (или частота, если хотите) радиоволн, которые вы пытаетесь обнаружить, определяет длину антенны, которую вам нужно использовать. Вообще говоря, длина антенны должна составлять примерно половину длины волны радиоволн, которые вы пытаетесь принять (также можно сделать антенны, длина которых составляет четверть длины волны, хотя мы не будем здесь вдаваться в подробности). .

 

Твитнуть

Добро пожаловать в Антенны 101 | Electronic Design

Эта статья является частью TechXchange: Antenna Design 101

Загрузите эту статью в формате . PDF

Антенны — это гораздо больше, чем просто устройства, подключенные к каждому радио. Это преобразователи, которые преобразуют напряжение от передатчика в радиосигнал. И они улавливают радиосигналы из эфира и преобразуют их в напряжение для восстановления в приемнике.

Антенны, которые обычно считаются само собой разумеющимися и оставляются на последнюю минуту, тем не менее имеют решающее значение для установления и поддержания надежного радиосоединения. Большинству инженеров они могут показаться сложными и загадочными, особенно тем, кто впервые работает с беспроводными приложениями, не говоря уже о том, что они бывают, казалось бы, бесконечного разнообразия размеров и форм. Тем не менее, краткий обзор основных моментов может помочь развеять любые опасения по поводу дизайна.

Что такое радиоволна?

Радиоволна представляет собой комбинацию магнитного поля под прямым углом к ​​электрическому полю. Оба колеблются с определенной частотой и движутся вместе в направлении, перпендикулярном обоим полям (рис. 1) . Эти электромагнитные поля движутся со скоростью света (около 300 миллионов метров в секунду или около 186 400 миль в секунду) в свободном пространстве. Согласно известным уравнениям Максвелла, они поддерживают и регенерируют друг друга по пути, но ослабевают с расстоянием.

Каковы некоторые характеристики радиоволн?
Одной из ключевых особенностей является ориентация полей с землей. Это называется поляризацией. Антенна имеет вертикальную поляризацию, если электрическое поле направлено вертикально к поверхности земли. Антенна имеет горизонтальную поляризацию, если она расположена горизонтально по отношению к поверхности земли.

Есть ли другие важные особенности радиоволн?
Как правило, радиоволны имеют ближнее и дальнее поле. Ближнее поле близко к антенне, обычно в пределах нескольких длин волн (λ). Дальнее поле находится примерно в 10 или более длинах волн от антенны. Дальнее поле отрывается от антенны и становится радиосигналом.

Такие приложения, как радиочастотная связь (RFID) и связь ближнего поля (NFC), используют ближнее поле, которое больше похоже на магнитное поле вокруг первичной обмотки трансформатора. Но в целом дальнее поле — самая полезная радиоволна.

Как работает антенна?
Антенна передатчика генерирует радиоволны. На антенну подается напряжение нужной частоты. Напряжение на элементах антенны и ток через них создают соответственно электрические и магнитные волны. В приемнике электромагнитная волна, проходящая через антенну, индуцирует небольшое напряжение. Таким образом, антенна становится источником сигнала для входа приемника.

Будет ли одна и та же антенна работать и для передачи, и для приема?
Да. Мы называем это взаимностью антенн. Любая антенна будет работать как на передачу, так и на прием. Во многих беспроводных приложениях антенна переключается между передатчиком и приемником.

Будет ли вертикальная антенна принимать горизонтально поляризованный сигнал или наоборот?
В большинстве случаев да. Антенны в реальном мире редко бывают идеально горизонтальными или вертикальными, поэтому некоторый сигнал принимается. Кроме того, большинство сигналов претерпевают сдвиги поляризации на пути передачи из-за отражений и других многолучевых условий. Тем не менее, это несоответствие ориентации антенны вносит некоторое затухание.

При более точном контроле поляризацию можно использовать для мультиплексирования двух сигналов на одной частоте. В некоторых спутниках антенна с вертикальной поляризацией может передавать один сигнал, одновременно передавая или принимая на отдельной антенне с горизонтальной поляризацией на той же частоте. Если поляризация является проблемой в приложении, круговая поляризация может предложить решение.

Что такое круговая поляризация?
Как видно из названия, во время передачи поляризация постоянно меняется, что позволяет использовать для приема как горизонтальные, так и вертикальные антенны. Для максимального приема необходима приемная антенна с круговой поляризацией.

Вы также можете приобрести антенну с правосторонней или левосторонней круговой поляризацией (RHCP или LHCP). Это снова позволяет повторно использовать частоты, используя разные поляризации для двух разных сигналов. Часто применяют спиральную антенну из спирального проводника и рефлектора. Круговая поляризация чаще всего встречается у спутников.

Как радиосигнал распространяется от передатчика к приемнику?
Сигналы передаются от одной антенны к другой несколькими способами в зависимости от частоты радиоволн. На низких частотах (менее 3 МГц) распространение осуществляется земной волной, когда сигнал касается земной поверхности. Расстояние ограничено сотней миль или около того. AM-радиоволны являются хорошим примером низкочастотного распространения.

На частотах в диапазоне от 3 до 30 МГц (короткие волны) сигналы распространяются на расстояние от 30 до 250 миль в ионосферу, где преломляются обратно на землю. Это почти как излучать сигнал так, что он кажется отраженным от проводящей поверхности. Могут быть достигнуты очень большие расстояния, поскольку сигналы могут совершать несколько переходов от земли к ионосфере и обратно несколько раз.

Однако для большинства современных беспроводных коммуникаций диапазон сигналов составляет от 100 МГц до 10 ГГц. Эти сигналы, называемые небесными волнами, распространяются прямолинейно, как световые волны. Вам нужен путь прямой видимости (LOS) от одной антенны к другой, чтобы установить связь. Очевидно, что дальность сигнала во многом зависит от высоты антенны.

Какая форма антенны наиболее распространена?
Диполь состоит из двух линейных проводников встык длиной в половину длины волны (λ/2) (рис. 2а) . Здесь одна длина волны (λ) равна 300/f _МГц в метрах. Половина длины волны в футах равна 468/f _МГц или 5616/f _МГц в дюймах. Термин f представляет собой рабочую частоту в мегагерцах.

Передатчик или приемник подключается к центру антенны, как правило, линией передачи, например, коаксиальным кабелем. В этой точке антенна имеет эквивалентное активное сопротивление 73 Ом. Однако это будет зависеть от высоты антенны и станет комплексным импедансом выше или ниже рабочей частоты. Таким образом, антенна действует как резонансный контур.

Каковы некоторые другие характеристики диполя?
Обычно диполь ориентирован горизонтально к земле, что дает горизонтально поляризованную волну. Кроме того, излучение антенны неравномерно во всех направлениях. Идеальная антенна, называемая изотропным источником, излучает сферически или одинаково хорошо во всех направлениях.

В диполе диаграмма направленности имеет форму бублика. Посмотрев вниз на антенну, вы увидите диаграмму направленности в виде цифры 8 9.0078 (рис. 2б) . Наибольшее излучение или лучший прием происходит под прямым углом к ​​антенне. На эту диаграмму направленности сильно влияют близлежащие проводящие и непроводящие объекты.

Какие еще существуют физические формы антенн?
Популярным вариантом диполя является плоскость заземления или антенна Маркони. Он состоит из одного элемента λ/4, установленного вертикально, и работает с землей или металлическим основанием, называемым плоскостью заземления (рис. 3) . Антенна заземления представляет собой половину диполя, а другой элемент диполя представляет собой заземление. Поляризация вертикальная, а диаграмма направленности круговая или всенаправленная.

Существуют ли другие распространенные формы?
Да. Патч- или микрополосковая антенна широко распространена на микроволновых частотах (более 1 ГГц). Это квадратный или круглый участок проводящего материала шириной около половины длины волны. Создать его легко, потому что он обычно реализуется на печатной плате (PCB) (рис. 4) . Рамочная антенна также популярна в некоторых некритических приложениях. Это просто непрерывная петля проводника, провода или печатной платы с окружностью от 0,1 до 1,0 λ.

Могут ли антенны показывать усиление?
Обязательно. Антенна может повысить уровень сигнала так же эффективно, как если бы сигнал был усилен электронным усилителем. Он не усиливается как таковой, но усиление формируется в результате концентрации сигнала в более узком луче. Антенна становится более направленной.

Например, диполь концентрирует сигнал в двух лепестках. Следовательно, диполь имеет усиление по мощности на 1,64 дБ по сравнению с изотропной антенной. Это называется усилением в дБи по отношению к изотропному источнику. Но поскольку в реальной жизни не существует такого понятия, как изотропный источник, мы обычно относим любое усиление антенны к коэффициенту усиления диполя (дБд). Например, 0 дБд = 2,15 дБи.

Как выражается усиление антенны?
Обычно выражается в дБ мощности на диполь. Другим выражением является эффективная излучаемая мощность (ERP) — фактическая мощность, которую диполь должен излучать, чтобы произвести тот же эффект, что и антенна с усилением. Вы вычисляете ERP, умножая выходную мощность передатчика на усиление антенны, где усиление представляет собой отношение мощностей, эквивалентное цифре усиления в дБ. Иногда усиление относится к изотропному излучателю, а не к диполю. В этом случае подходящим термином является эффективная изотропная излучаемая мощность (ЭИИМ).

Какую антенну вы используете для усиления?
Существует множество способов получения усиления. Большинство конфигураций основано на использовании нескольких антенных элементов, таких как несколько диполей или диполь плюс один или несколько паразитных элементов, на которые сигнал не подается напрямую. Знакомый пример — популярная Yagi (рис. 5) .

Ведомый элемент — диполь. Он используется с чуть более длинным элементом, называемым отражателем, и тремя более короткими элементами, называемыми директорами. Паразитные элементы фокусируют луч вперед с направлением излучения от директора. Такая антенна может обеспечить эффективное усиление мощности около 10 дБ.

Добавив больше директоров, можно добиться еще большего усиления. При наличии семи и более директоров возможно усиление до 20 дБ. Ширина луча излучения очень мала, что может помочь свести к минимуму помехи от других станций поблизости.

Как работает параболическая или параболическая антенна?
Антенна с максимальным направленным усилением, тарелка, использует дипольную или подобную антенну, но добавляет параболическую тарелку в качестве отражателя. Размещение антенны в фокусе параболы приводит к тому, что тарелка фокусирует входящий сигнал на антенне или сигнал, излучаемый диполем, фокусируется тарелкой в ​​очень узкий луч (рис. 6) .

Обычно ширина луча менее 1°. Усиление может быть более 50 дБ, в зависимости от диаметра тарелки. Этот тип антенны отлично подходит для очень слабых сигналов, например, от спутников.

Существуют ли другие распространенные направленные антенны?
Еще одна превосходная антенна с направленным усилением — это фазированная решетка, которая представляет собой группу диполей или эквивалентных антенн (патч, щелевая и т. д.), установленных в прямоугольную решетку. Типичные решетки могут быть четыре на четыре или 16 на 16. Антенны питаются линиями передачи определенной длины для создания синфазных сигналов на элементах антенны. Добавление задержек или фазовых сдвигов создает сигналы на каждой антенне, которые могут усиливать или компенсировать друг друга. Это позволяет формировать, перемещать или иным образом управлять общей диаграммой направленности антенны.

Управляя фазами антенн, можно управлять диаграммой направленности в широком диапазоне ширины луча. С помощью специальных регулируемых фазовращателей луч антенны можно расширить, сузить или направить в определенном направлении. Это называется формированием луча. Фазированные решетки широко используются в военных радарах, но эти методы также применяются в сотовой радиосвязи для управления направленностью антенн сотовой связи с целью улучшения качества сигнала.

Ускорьте процесс проектирования от концепции до реализации с помощью DKRed, специального сервиса печатных плат от Digi-Key.

{}»>Подробнее

Если антенна действует как настроенная цепь, как я могу быть уверен, что она имеет необходимую полосу пропускания?
Антенны резонансные, поэтому у них есть Q и соответствующая полоса пропускания (BW). Для большинства антенн эта полоса пропускания составляет примерно от 10% до 15% резонансной частоты. Важно, чтобы антенна имела достаточно широкий отклик, чтобы пропустить все необходимые боковые полосы, чтобы избежать искажений. Большинство антенн являются избирательными, поэтому они могут избавиться от шума и некоторых гармоник, но вам не нужна обрезка боковой полосы. Если вы используете коммерческую антенну, посмотрите характеристики селективности или полосы пропускания, чтобы убедиться, что она подходит. В конструкции антенн физические размеры влияют на BW.

Если сделать элементы дипольной антенны очень тонкими с помощью проволоки, получится очень узкая полоса пропускания. Но если сделать их широкими с помощью трубок или развести веером, скажем, в конфигурации «бабочка», это значительно увеличит пропускную способность.

Как антенна подключена к передатчику или приемнику?
Линия передачи соединяет антенну с передатчиком или приемником. Для коротких расстояний это, вероятно, будет короткая микрополосковая или полосковая линия на печатной плате. Коаксиальный кабель чаще всего используется для больших расстояний в несколько футов и более. Полное сопротивление линии передачи должно соответствовать полному сопротивлению антенны и передатчика/приемника, чтобы обеспечить передачу максимальной мощности.

Большинство цепей рассчитаны на импеданс 50 Ом, что хорошо подходит для коаксиального кабеля 50 Ом. С помощью микрополосковой линии вы можете придать линии любое желаемое характеристическое сопротивление. Сложность заключается в согласовании линии с антенной, импеданс которой может составлять от нескольких Ом до нескольких тысяч Ом, в зависимости от типа и других условий. В большинстве приложений для согласования антенны с линией или линии с цепью используется некоторая форма сети согласования импеданса LC.

Если импедансы не согласованы, будут отражения и высокий коэффициент стоячей волны (КСВ), что приведет к значительным потерям. Кроме того, старайтесь избегать коаксиального кабеля, потому что его затухание очень велико на микроволновых частотах. Доступен кабель с низкими потерями, но он все равно сильно ослабляет сигнал. Старайтесь, чтобы длина была как можно короче, и компенсируйте в передатчике или приемнике потери в кабеле за счет большего усиления.

Что такое эффективность антенны?
Эффективность антенны похожа на эффективность в целом — отношение выходной мощности к входной. Однако она обозначается несколькими способами. В большинстве случаев эффективность учитывает потери I2R, потери в любом диэлектрике и потери, связанные с подключением к другим устройствам. Что может быть не включено, так это любые потери, связанные с потерями, связанными с рассогласованием антенны и линии передачи, что приводит к отраженной мощности и более высокому КСВ.

Однако некоторые меры эффективности учитывают любое изменение сопротивления излучения антенны. Большинство маленьких антенн не так эффективны. Все, что выше от 50% до 60%, обычно хорошо, но всегда стремитесь улучшить его, если можете.

Должен ли я попытаться разработать свои собственные антенны?
Если вы не радиоинженер, возможно, нет.