А. коротких волн.
Выполнение коротковолновых А. (см. Короткие волны) существенно
зависит от протяжённости линий связи. На линиях малой протяжённости (до
неск. десятков км) связь осуществляется посредством волн, распространяющихся
вдоль поверхности земли (см. Распространение радиоволн). На таких линиях
в качестве А. часто применяют вертикальный несимметричный вибратор, подобный
вибратору средних и длинных волн, а также вертикальный симметричный вибратор
(рис. 6, а). На линиях большой протяжённости (от 50 - 100 км и более) связь
осуществляется посредством радиоволн, однократно или многократно отражённых
от ионосферы. На таких линиях широко применяют А. из горизонтальных симметричных
вибраторов (рис. 6, б), обеспечивающих макс. излучение под нек-рым углом
к горизонтальной плоскости. Круглосуточная и круглогодичная связь на коротких
волнах требует частой смены X. В дневное время, летом и в годы повышенной
солнечной активности требуются более короткие волны, чем ночью, зимой и
в годы пониженной солнечной активности. Поэтому применяют преим. диапазонные
А., работающие в широком диапазоне волн без к.-л. перестроек. Одной из
простейших диапазонных А. является симметричный горизонтальный вибратор,
известный под назв. Наденен-ко диполя (рис. 7). Эта А. имеет малое волновое
сопротивление, вследствие чего её входное сопротивление в широком диапазоне
волн мало зависит от длины волны, что позволяет обеспечить хорошее согласование
с питающим фидером в более чем 2-кратном диапазоне волн без перестройки.
КНД диполя Наденен-ко (с учётом влияния земли, устраняющей излучение в
нижнее полупространство) лежит в пределах от 6 до 12.
На дальних
где S - площадьполотна
Наряду с синфазной
В разработке
Рис.1
Рис. 2
Рис.3
Рис.4
Рис.5
Рис.6
Рис.7
Рис. 8
Рис. 1. Элементарный
Рис. 10
Рис.9
Рис. 11
Рис. 12
Рис. 13
Рис. 14
Рис. 16
Рис. 19
Рис. 15
Рис. 18
Рис. 20
Рис. 9. Коротковолновая
На метровых
Исключительно
Кроме металлич.
Одна из характерных
Большой вклад
Наряду с синфазной
В 50-60-е гг.
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш
Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
коротковолновых линиях связи необходимы А. с большими КНД, чем КНД симметричного
вибратора. В качестве таких А. часто применяют синфазную А. (рис. 8, а),
представляющую собой плоскую решётку из симметричных вибраторов, возбуждённых
токами одинаковой фазы. В направлении, перпендикулярном к центру решётки,
на большом расстоянии от синфазной А. поля, создаваемые излучением всех
вибраторов, синфазны, т. к. пути волн от вибраторов до точки приёма практически
одинаковы. В этом направлении создаётся макс. напряжённость поля. В других
направлениях пути и соответственно фазы волн различны, и интерференция
волн, излучаемых отдельными вибраторами, приводит к ослаблению суммарной
напряжённости поля. Чем больше вибраторов в одном горизонтальном ряду,
тем уже диаграмма направленности в горизонтальной плоскости. Диаграмма
направленности в вертикальной плоскости сужается с увеличением числа горизонтальных
рядов (этажей) вибраторов. Для получения однонаправленного излучения и
увеличения КНД в 2 раза решётки дополняются пассивным рефлектором в виде
идентичной решётки, в к-рой, вследствие пространственной электромагнитной
связи, возбуждаются токи такой амплитуды и фазы, что излучение в направлении
L
волн (до 2-кратного и более) без спец. устройств, согласующих её входное
сопротивление с волновым сопротивлением питающего фидера, вибраторы часто
выполняются в виде диполей Надененко. Для устранения необходимости перестройки
рефлектора при смене Чего иногда выполняют в виде густой сетки из горизонтальных
проводов (апериодич. рефлектор), малопроницаемых для волн, излучаемых А.
Диаграмма направленности коротковолновой синфазной А. в горизонтальной
(рис. 8, б) и вертикальной плоскостях (рис. 8, в) состоит из одного большого
(главного) лепестка и множества малых (боковых) лепестков. Чем ниже уровень
боковых лепестков, тем выше качество А. При передаче боковые лепестки приводят
к бесполезному рассеиванию части мощности, при приёме - увеличивают вероятность
попадания в тракт приёмника мешающих сигналов, идущих с разных направлений.
КНД D синфазной А. приближённо определяется по формуле
А. (м2),
- длина рабочей волны (м), k
- коэффициент, учитывающий влияние земли, расстояние между вибраторами,
длину плеч вибраторов и др. Для синфазных коротковолновых A. k равно 2-3.
КНД синфазных коротковолновых А. достигает неск. сотен и даже тысяч, а
кпд близок к 1.
решёткой на коротких волнах применяется ромбическая антенна. Эта А. отличается
возможностью её использования в широком диапазоне волн (до 4-кратного).
КНД ромбической А., в зависимости от выполнения и Ч, лежит в пределах от
20 до 200, а кпд - 0,5-0,8. Недостаток ромбич. А.- сравнительно высокий
уровень боковых лепестков. На приёмных коротковолновых радиоцентрах, помимо
А. из симметричных вибраторов и ромбич. А., применяется бегущей волны антенна
(рис. 9), отличающаяся широким (до 6-кратного) диапазоном рабочих волн,
низким уровнем боковых лепестков в горизонтальной плоскости, что обеспечивает
повышенную помехозащищённость приёма. КНД А. бегущей волны лежит в пределах
40-250, а кпд - 0,05-0,5. Вследствие низкого кпд эта А. не применяется
для передачи. Для непрофессионального приёма коротких волн радиослушатели
пользуются несимметричными вибраторами, рамочными, магнитными А., а также
Бевереджа А.
схем и теории длинно-, средне- и коротковолновых А. большое значение имели
работы сов. учёных Г. 3. Айзенберга, Б. В. Брауде, И. Г. Кля-цкина, В.
Д. Кузнецова, Г. А. Лаврова, А. Л. Минца, А. М. Моделя, С. И. Надененко,
М. С. Неймана, Л. К. Олифи-на, А. А. Пистолькорса, В. В. Татаринова, М.
В. Шулейкина и др. и зарубежных учёных: англ. Г. Хоуэ, франц. Л. Бриллюэна,
амер. П. Картера и Г. Брауна, швед. Э. Халлена и др.
А. метровых
и дециметровых волн.
электрический вибратор: а - схема: 1 - вибратор; 2 - направление в точку
наблюдения; б - диаграмма направленности в плоскости YOZ; в - диаграмма
направленности в плоскости XOY. Рис. 2. Вертикальный несимметричный вибратор:
а - схема: 1 - провод (излучатель); 2 - клеммы, присоединяемые к передатчику;
3 - направление в точку наблюдения; 4 - система заземления; 5 - поверхность
земли; б - диаграмма направленности в вертикальной плоскости; в - диаграмма
направленности в горизонтальной плоскости. Рис. 3. Т-образная антенна длинных
волн: 1 - снижение (излучатель); 2 - горизонтальная часть; 3 - изоляторы;
4 - система заземления; 5 - клеммы, присоединяемые к передатчику. Рис.
4. Сложная антенна средних и длинных волн: а - схема: 1 - активный вибратор,
выполняемый в виде антенны-мачты либо антенны-башни; 2 - пассивный вибратор,
выполняемый в виде антенны-мачты либо антенны-башни; 3 - клеммы, присоединяемые
к передатчику; 4 - элемент настройки; б - диаграмма направленности в горизонтальной
плоскости. Стрелкой показано направление максимального излучения. Рис.
5. Рамочная антенна: 1 - рамка; 2 - симметричная линия, идущая к приёмнику.
Рис. 6. Симметричные вибраторы: а - вертикальный; б - горизонтальный: 1
- вибратор; 2- симметричная линия питания; 3 - поверхность земли. Рис.
7. Диполь Надененко: 1 - диполь; 2 - симметричная линия питания; 3 - изоляторы;
4 - мачта с секционированными оттяжками; 5 - поверхность земли. Рис. 8.
Синфазная антенна коротких волн: а - схема: 1 - излучающий элемент в виде
диполя Надененко; 2 - апериодический рефлектор; 3 - изоляторы; 4 - линия
питания (снижения), идущая к передатчику; 6 - диаграмма направленности
в горизонтальной плоскости; 1 - основной лепесток; 2 - боковые лепестки;
3 - ширина диаграммы направленности на уровне 0,7 от максимального; в -
диаграмма направленности в вертикальной плоскости (при идеальной проводимости
земли): 1 - основной лепесток; 2 - боковые лепестки; Е - напряжённость
поля; Е
антенна бегущей волны: 1 - вибратор; 2 - изоляторы; 3 - линия питания;
4 - развязывающие резисторы; 5 - поглощающий резистор. Стрелкой показано
направление максимального приёма. Рис. 10. Турникетная антенна. Рис. 11.
Антенна типа "волновой канал": 1 - кабель питания; 2 - рефлектор; 3 - директоры;
4 - активный вибратор. Направление максимального излучения показано стрелкой.
Рис. 12. Рупорная антенна: 1 - рупор; 2 - питающий радиоволновод. Направление
максимального излучения показано стрелкой. Рис. 13. Линзовая антенна: 1
- фронт волны, падающей на линзу; 2- облучатель; 3 - линза; 4 - фронт волны,
прошедшей через линзу; F - фокус линзы. Стрелками показан ход лучей. Рис.
14. Параболическая антенна: 1 - фронт волны, падающей на зеркало; 2 - облучатель;
3 - раскрыв зеркала; 4.- параболическое зеркало; 5 - фронт волны, отражённой
от зеркала; F - фокус параболоида. Стрелками показан ход лучей. Рис. 15.
Параболическая антенна с вынесенным облучателем: 1 - плоский фронт волны,
отражённой от зеркала; 2 - зеркало в виде "вырезки", имеющей форму параболоида
вращения; 3 - питающий радиоволновод; 4 - сферический фронт волны, падающей
на зеркало; 5 - облучатель; F - фокус параболоида вращения. Рис. 16. Рупорно-параболическая
антенна: 1 - параболическая поверхность; 2 - щека; 3 - рупор; 4 - питающий
радиоволновод; 5 - раскрыв антенны. Направление максимального излучения
показано стрелкой. Рис. 17. Двухзеркальная антенна; 1 - основное параболическое
зеркало; 2 - облучатель; 3 - питающий радиоволновод; 4 - вспомогательное
эллиптическое зеркало; 5 - вспомогательное гиперболическое зеркало; F -
фокус антенны. Стрелками показан ход лучей. Рис. 18. Волноводная щелевая
антенна: 1 - щелевые вибраторы; 2 - радиоволновод. Стрелкой показано направление
движения электромагнитной энергии в радиоволноводе. Рис. 19. Антенна поверхностной
волны (импедансная антенна): 1 - ребристая замедляющая структура; 2 - рупорное
возбуждающее устройство; 3 - питающий радиоволновод. Стрелкой показано
направление максимального излучения. Рис. 20. Логопериодическая вибраторная
антенна: 1 - вибраторы; 2 - линия питания. Стрелкой показано направление
максимального излучения.
и дециметровых волнах для теле- и радиопередач применяют многоэтажные (до
30 этажей) турникетные (рис. 10), панельные, щелевые А. и др. типы А. с
круговыми диаграммами направленности в горизонтальной плоскости и узкими
в вертикальной плоскости (см. Телевизионная антенна). КНД этих А. пропорционален
числу этажей и находится в пределах от 6 до неск. десятков. Для увеличения
зоны действия эти А. устанавливают на башнях или мачтах высотой 100-300
м и более. Самая высокая в мире телевизионная башня, высотой 533 м, сооружена
в Москве. Приём телевизионных передач ведётся на симметричный вибратор,
А. типа "волновой канал" (рис. 11) и др., к-рые обычно устанавливаются
на крышах домов или высоких опорах. В больших (многоквартирных) домах применяют
коллективную А., состоящую ил собственно А., усилителя высокой частоты
и системы распределительных фидеров, подводящих энергию высокой частоты
с выхода усилителя к входам телевизоров. В качестве собственно А. в системе
коллективного приёма применяют А. типа "волновой канал" и др. Число телевизоров,
обслуживаемых одной коллективной А. .доходит до неск. сотен. Существенный
вклад в разработку передающих и приёмных тслевиз. А. внесли сов. учёные
Б. В. Брауде, В. Д. Кузнецов и др., зарубежные учёные: амер. Н. Линденблад
и др. На метровых волнах для связи в пределах прямой видимости применяют
симметричный и несимметричный вибраторы, Бевереджа А. и др.; для ионосферной
связи - синфазную многовибраторную решётку, А. типа "волновой канал", ромбич.
А. и др.; для метеорной радиосвязи - преим. А. типа "волновой канал".
А. сверхвысоких
частот (СВЧ). На
СВЧ, охватывающих дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны, для
радиорелейных линий связи, радиолокации, космич. линий связи, радиоастрономии
и др. широко применяют синфазные поверхностные А. По принципу действия
такие А. подобны синфазной многовибраторной решётке и отличаются только
тем, что они состоят не из дискретных излучающих элементов (вибраторов),
а представляют собой сплошную плоскую поверхность, на к-рой возбуждено
синфазное электромагнитное поле. Синфазная поверхность, так же как и синфазная
решётка, имеет макс. излучение в направлении, перпендикулярном к поверхности,
и диаграмму направленности, суживающуюся по мере увеличения площади поверхности.
КНД таких А. определяется по приведённой выше формуле. Коэфф. k (см. формулу)
в данном случае называют коэфф. использования поверхности. В диапазоне
СВЧ не принято учитывать влияние земли при определении КНД А. Вследствие
этого при идеально плоской, синфазно и равномерно возбуждённой поверхности
коэфф. k равен 1. В реальных А. из-за неравномерности возбуждения, отступления
от синфазно-сти и утечки части энергии мимо основной излучающей поверхности
коэфф. k равен 0,4-0,8. Как следует из формулы, при заданной площади излучающей
синфазной поверхности А. КНД увеличивается обратно пропорционально квадрату
длины волны. Это обстоятельство привело к тому, что в области СВЧ применяют
А. с большими КНД, доходящими до сотен тысяч и миллионов. Для создания
синфазно возбуждённой поверхности широко заимствуют технич. приёмы из области
оптики и электроакустики. Простейшей поверхностной А. является рупорная
антенна (рис. 12) в виде ме-таллич. радиоволновода с плавно увеличивающимся
сечением. У выхода рупора при достаточно малом угле раствора плоская поверхность,
проходящая через его кромки, получается почти синфазно возбуждённой. Коэфф.
использования поверхности такой А. равен 0,5-0,8, а КНД обычно лежит в
пределах 10-100. Рупорная А. также широко применяется как облучатель зеркальных
и линзовых А. Применяемая на СВЧ линзовая антенна (рис. 13) по принципу
действия идентична оптич. линзе и состоит из собственно линзы и облучателя,
установленного в её фокусе F. Линза трансформирует сферич. или цилиндрич.
фронт волны облучателя в плоский. Таким образом на выходе линзы получается
плоская поверхность, возбуждённая синфазным электромагнитным полем. Частный
случай линзовой А.- рупорно-линзовая А., состоящая из рупора с большим
углом раствора (60-70°) и вставленной на его выходе линзы, трансформирующей
сферич. или цилиндрич. фронт волны в рупоре в плоский. При смещении облучателя
линзы из фокуса в плоскости, проходящей через фокус и перпендикулярной
оси линзы, фронт волны на её выходе поворачивается на определённый угол.
Соответственно поворачивается направление макс. излучения. Это свойство
линзовой А. используется в радиолокаторах при сканировании диаграммы направленности
("качании" направления макс. излучения). В обычных линзовых А. угол поворота
направления макс. излучения ограничен вследствие того, что с его увеличением
снижается коэфф. использования поверхности. Исключение представляют апланатические
линзовые А., отличающиеся тем, что в пределах широкого сектора поворот
направления макс. излучения (смещением облучателя) не сопровождается существ.
снижением коэфф. использования поверхности. Высококачеств. линзовые А.
имеют коэфф. использования поверхности 0,5-0,6.
большое распространение в области СВЧ получили зеркальные антенны, состоящие
из металлич. зеркала с профилем параболоида и облучателя. Последний устанавливается
в фокусе F параболоида (рис. 14). Параболич. зеркало трансформирует сферич.
фронт волны облучателя в плоский фронт в раскрыве (на плоской поверхности,
ограниченной кромкой зеркала). Тем самым образуется плоская поверхность,
возбуждённая синфазным электромагнитным полем. В качестве облучателя применяются
слабо направленные А. (рупоры, вибраторы с небольшим рефлектором, спирали
и др.). Так же, как и в линзовой А., смещение облучателя из фокуса в плоскости,
перпендикулярной оси А., сопровождается поворотом направления макс. излучения.
Это свойство также используется в радиолокаторах при сканировании диаграммы
направленности. В обычной параболич. А. (рис. 14) облучатель находится
в поле волн, отражённых от зеркала, что вызывает искажение диаграммы направленности
и уменьшение КНД. Такой же отрицат. эффект вызывают конструктивные элементы,
поддерживающие облучатель. Во избежание этого часто применяют параболич.
А. с вынесенным облучателем; в качестве отражателя используется "вырезка"
из параболоида вращения, в фокусе F к-рой устанавливается облучатель (рис.
15). При этом поток электромагнитной энергии, отражённый от зеркала,проходит
мимо облучателя и поддерживающих его конструктивных элементов. В радиорелейной
связи широкое применение получила рупорно-параболическая А. (рис. 16),
являющаяся одним из вариантов зеркальной А. с вынесенным облучателем. В
этой А. облучающий рупор и параболич. зеркало составляют единое целое,
что практически устраняет утечку энергии за края зеркала. В 60-х гг. 20
в. в радиорелейной связи, космич. радиосвязи, радиоастрономии и др. получили
широкое распространение двухзеркальные А. (рис. 17), состоящие из основного
параболич. зеркала, вспомогательного малого зеркала и облучателя. Электромагнитная
энергия подводится к облучателю, устанавливаемому у вершины параболоида,
и излучается на малое зеркало, после отражения от к-рого направляется на
основное зеркало. Применение вспомогательного зеркала облегчает получение
оптимального распределения электромагнитного поля в раскрыве основного
зеркала, что обеспечивает макс. КНД и позволяет уменьшить длину линии,
подводящей энергию к облучателю. Существенный вклад в разработку теории
и техники двухзер-кальной А. сделан сов. учёным Л. Д. Бахрахом. Коэфф.
использования поверхности хорошо выполненных зеркальных А. равен 0,5-0,7.
зеркал с профилем параболоида, применяются зеркала с профилем параболич.
цилиндра, сферы (сферич. А.) и др. Характерная особенность сферич. А.-
возможность управления направлением макс. излучения в широком секторе углов
без существенного уменьшения КНД. Сов. учёными С. Э. Хайкиным и Н. Л. Кайдановским
предложена оригинальная зеркальная А. для применения в качестве радиотелескопа.
Такой радиотелескоп сооружён в Пулковской обсерватории. Он состоит из передвижного
облучателя и набора плоских перемещающихся зеркал, располагаемых по ломаной
линии, аппроксимирующей параболу. Путём передвижения облучателя и перестановки
зеркал можно в широких пределах управлять направлением макс. излучения.
А. СВЧ диапазона - щелевая А. в виде замкнутого полого металлич. короба
с прорезанными в нём щелями. Внутрь короба вводится электромагнитная энергия,
излучаемая через щели (щелевые вибраторы) во внешнее пространст-во. Большое
распространение получила синфазная антенная решётка из таких вибраторов.
Часто она выполняется в виде радиоволновода прямоугольного или круглого
сечения (рис. 18), в одной из стенок к-рого прорезаются щели длиной 1/2
Ч, размещаемые таким образом, что они возбуждаются синфазно. КНД таких
А. приближённо равен утроенному числу щелей. Щелевые вибраторы не выступают
над металлич. поверхностью. Поэтому они широко используются в тех случаях,
когда это свойство является важным, напр. на летат. аппаратах.
в развитие теории щелевых А. внесли сов. учёные М. С. Нейман, А. А. Пистолькорс,
Я. Н. Фельд и др.
А. в диапазоне СВЧ применяют А. бегущей волны, состоящую из системы излучателей,
возбуждённых по закону бегущей волны, и имеющую макс. излучение в направлении
её распространения. К А. такого типа относятся спиральная антенна, А. типа
"волновой канал",< диэлектрическая антенна, А. поверхностной волны
(импедансная А.) и др. Импедансная А. обычно состоит из ребристой поверхности
и возбудителя. В А., показанной на рис. 19,< возбудителем служит
рупор. При высоте рёбер меньше 1/4 Ч. вдоль ребристой поверхности образуется
бегущая волна, распространяющаяся со скоростью меньше скорости света. Такая
А., как и щелевая, легко может быть сделана невыступающей. КНД А. бегущей
волны, применяемых на СВЧ, обычно не превышает 100. В развитии теории и
техники импедансных А. существ. роль сыграли работы сов. учёных Л. Д. Бахраха,
Л. Д. Дерюгина, М. А. Миллера, В. И. Таланова, О. Н. Терешина и др.<,
амер.
учёного Г. Больяна и др.
20 в. в диапазонах коротких, метровых и сантиметровых волн получили распространение
частотно-независимые антенны. Эти А. отличаются от А. др. типов тем<,
что
они в широком диапазоне (10-20-кратном и более) имеют почти неизменные
характеристики (форму диаграммы направленности, КНД,< входное сопротивление
и др.). Одним из распространённых типов частотно-независимой А. является
логопериодическая А., вариант к-рой показан на рис. 20. Подводимая к А.
электромагнитная энергия возбуждает большие токи только в 3-5 вибраторах,
имеющих длину, близкую к половине длины рабочей волны. Эта группа вибраторов
образует т. н. "активную область" А. С изменением длины рабочей волны соответственно
перемещается "активная область" А. Таким образом, отношение линейных размеров
этой части А. к длине рабочей волны не изменяется с изменением частоты.
Это и является причиной слабой зависимости электрич. характеристик А. от
частоты. КНД логопериодических А. равно 30-50.