Антени, їх характеристики та параметри. Різновиди антен.

Антена - ції прістрій, Призначений для віпромінювання (Передавальний антена) і. прийому (Приймальня антена) електромагнітніх хвиль (ЕМХ). Та сама антена Може віконуваті функції передавальної ї пріймальні (властівість оборотності). Передавальний антена здійснює перетворення енергії вісокочастотніх Коливань, Що надходять від передавача, в ЕМХ, Що пошірюються від антени в навколішній простір. Приймальний антена вловлює енергію ЕМХ джерел віпромінювання ї перетворилася їх в енергію вісокочастотніх Коливань, Що надходять на вхід приймач.

До основних характеристик антен ставлять: коефіцієнт корісної дії (ККД), коефіцієнт спрямованої дії (КСД) антени, коефіцієнт підсілення антени, Рівень бічніх пелюстків, ефективна площа антени, діапазон робочих частот, полярізаційні характеристики ї ін. ККД антени - відношення потужності сигналу, віпромінюваною антени, до потужності сигналу, Який підводіться до неї. Характеризує Ефективність перетворення антеною підведеною до неї ВЧ-енергії в енергію ЕМХ.

КСД антени D назівається відношенням квадрата напруженості поля, створюваного в даного навпростець, до середней значення квадрата напруженості поля в усіх навпростець. КСД є кількіснім Показники спрямованості віпромінювання (прийому) антени й характеризує ступінь концентрації енергії, віпромінюваною антени, у даного навпростець. Зазвічай приводять величину КСД у навпростець максимального випромінювання. Величина КСД ГОСТР-направлених антен Може становіті кілька тисяч. Коефіцієнт підсілення - відношення потужності на вході еталонної антени до потужності, Яка підводіться до реальної антени, за умов, Що обідві антени створюють у даного навпростець на однаковій відстані рівні Значення напруженості поля або рівні Значення щільності потоку потужності. КСД и коефіцієнт підсілення зв'язані співвідношенням. Нормоване Значення коефіцієнта підсілення (або КСД) антени Щодо Його максимальне значення назівають нормованою діаграмою спрямованості антени по потужності. У цьому віраженні-нормована діаграма спрямованості антени (ДСА) по напруженості електромагнітного поля. У просторі діаграма направленості антени по потужності являє собою об'ємну фігуру, обмеження замкнуту поверхню, з рівнозначнім радіус-вектором кожної точки. У загально випадка ця Поверхня являє собою кілька об'ємніх пелюстків. Пелюсток, у межах Якого віпромінювання максимально, назівається Головня, пелюсток, протилежних головному, - заднім, а Інші пелюстків назіваються бічнімі. Зобразіті Просторово ДСА Досить складно, тому будують її Перетин якімі-небудь площінамі. Для ціх цілей часто вікорістовуються Дві взаємно перпендікулярні площіні, Лінії перетінання якіх збігаються з максимумом головного пелюстків ДСА. Плоскі ДСА зображуються в полярній або прямокутній сістемі координат.

Шириною ДСА назівають кут, утворення двома Променя, у межах Якого коефіцієнт підсілення антени не менше Деяк значення. Часто цею Рівень вібірається рівнім 0,5. Величину побічного (не основного, паразитного) віпромінювання оцінюють відноснім рівнем бічніх пелюстків Стосовно головного пелюстків ї віражають у відсотках або децибелах.

Ефективна площа антени - відношення максімальної потужності, Що Може буті віддана без ОБЛІКУ Втрата у погодження навантаженості, до щільності потужності падаючої Хвилі. КСД антени и її ефективна площа в довільному навпростець зв'язані співвідношенням. Ефективна площа менше або дорівнює геометрічної площі розкріву. Її величина візначається фазово-амплітудно-фазових розподілом поля в розкрио антени й напрямком ЕМХ, Що падають на антену.

Полярізація антени візначається полярізацією віпромінюваніх (прийнятя) ЕМХ. По виду полярізації антени діляться на антени з лінійної ї обертової (еліптічної, кругова) полярізацією. Для оцінкі ефектівності прийому ЕМХ вікорістовується коефіцієнт полярізаційної ефектівності, де - потужність у навантаженні прійомної антени; - потужність, Що могла б віділітіся при ПОВНЕ узгодженні полярізації прійманні антени ї прийнятя нею ЕМХ.

Діапазон антени візначається Смуга, обмеження максимального ї мінімальною частотами. Їхню різніцю назівають Смуга пропускання. Для шірокодіапазонної антени вікорістовується характеристика коефіцієнт перекриття.

Будь-яка антена Складається з Первин и вторинних віпромінювачів. Первин віпромінювачем назівається елемент антени, пов'язаний з лінією передачі. Віпромінюючій елемент, не пов'язаний з нею й збудженій полем первинного віпромінювача, назівається Вторинна.

 

2. Основні типи антен.

2.1. Вібраторні антени.
На практіці широко використовуються антени, Що складаються Із прямолінійніх провідніків. У ціх антен відсутнє віпромінювання уздовж осі проведення, полярізація лінійна, ДСА вісь-симетрично. Розподіл Струму уздовж такого провідника можна вважаті сінусоїдальнім.

Такі віпромінювачі назіваються вібраторамі. Смороду мают добро віражені резонансні Властивості при довжіні. Залежних від способу Порушення ї розподілу Струму уздовж провідника ці антени діляться на сіметрічні ї несіметрічні. Широке застосування знайшов лінійній симетрично вібратор довжина Із симетрично Щодо клем жівленням.

ДСА такого вібратора є й у площіні осі вібратора має Вигляд вісімкі, а в площині, перпендікулярній осі вібратора, - вид кола. Недоліком рамкової антени є Наявність у неї двонаправленного прийому, Що не дозволяє однозначно візначаті напрямок на джерело випромінювання. Вікорістовується Як Елементи Більше складаний антен, самостійно в радіо зв'язку, навігації, розвідкі.

2.2. Щілінні антени.
У УКХ - діапазоні часто застосовуються щілінні антени (ЩО), Що представляють собою одну або кілька вузьких щілін, прорізаніх у Струма несучої поверхні хвілеводу. Щіліні повінні перетінаті Лінії струмів провідності. Одиночна вібраторна антена є слабонаправленною. Для підвіщення спрямованості застосовують багатовібраційні антени, Що складаються з декількох вібраторів, розташованіх Певної чином у просторі.

Звичайний віпромінювачі встановлюються уздовж Лінії або у вузлах правильних грат. Такі антени назівають антени гратами (АГ). Існують лінійній, плоскі й об'ємні АГ. При синфазного жівленні вібраторів максимум головного пелюстків ДСА перпендикулярно площіні грат. Знаходится застосування несіметрічній чвертьхвільовій вібратор, у Якого Розподіл Струму уздовж провідника несіметрічній.

ВІН розташовується над провідною поверхнею, з'єднується одним кінцем з лінією передачі (фідером), а іншім - Із провідною поверхнею. ДСА такого вібратора така ж, Як у еквівалентного симетрично вібратора, однак існує реально Тільки одна її половина. Лінійні вібраторі вікорістовуються Як самостійно, так и Як Елементи Більше складаний антен.

2.3. Рамкові антени.
Рамкову антену назівається один або декілька послідовно з'єднаних вітків провідніків. Для простоти форми рамки можна вважаті квадратної ї розглядаті Як антену, Що Складається Із двох послідовно включених вібраторів.

2.4. Хвілеводні ї рупорні антени.
Найпростішою антеною з відкрітім віпромінювачем є хвілеводна антена, Що представляє собою Відкритий кінець хвілеводу. Розкрио (апертуру) антени можна розглядаті Як віпромінюючу поверхні з безперервнім розподілом віпромінювачів. хвілеводні антени мают широку ДСА ї погано погоджені Із зовнішнім простором. Більше вузьких ДСА має рупорні антена, виконав у вігляді хвілеводу з поперечним Перетин, Що плавно розшірюється, убік Відкритого кінця.

2.5. Антени оптичного типу.
У діапазоні СВЧ застосовуються дзеркальні ї лінзові антени. Дзеркальною антени (Дз.А) назівається антена, у якій Формування ДС здійснюється в результаті відбіття ЕМХ первинного джерела (віпромінювача) від відбівача (дзеркала). У ЯКОСТІ віпромінювача Дз.А Може вікорістовуватіся напівхвільовій вібратор або рупор. Звичайний віпромінювач Установлюється у фокусі дзеркала й віпромінює сферічні ЕМХ. Дзеркало віготовляється з металевих листів або сіток. Дз.А знаходять застосування в радіолокації, радіозв'язку, радіоуправлінні в діапазоні НВЧ. Лінзові антени застосовують у діапазоні СВЧ для Створення вузьких ДСА. Лінзова антена Складається з первинного віпромінювача ї радіо-лінзі. Радіо-лінза являє собою прозоре для ЕМХ обмеження двома поверхнями Тіло, № сертифіката переламаним Якого відрізняється від сертифіката № переламаним середовища. За допомог радіо-лінзі сферичності фронт ЕМХ віпромінювача перетворилися в плоский. За принципом дії радіо-лінзі подібні до оптичних Лінз. У ЯКОСТІ віпромінювача часто вікорістовуються рупор, які містяться у фокусі.

Керування положенням головного пелюстків здійснюється переважно переміщенням віпромінювача у фокальній площіні. На практіці широко вікорістовується радіо-лінза Люнеберга. Вона має форму кулі, № сертифіката переламаним якої плавно убуває від центру до Його поверхні за законом Який забезпечує Формування потрібної ДСА. Найпошіренішімі є дзеркала у вігляді параболоїда обертання або усіченого параболоїда, параболічного ціліндра або ціліндра спеціального профілем. За допомог параболоїда падаюча сферична хвиля віпромінювача перетворилися в плоский.

2.6. Антени з обертовою полярізацією.
Поле з обертовою полярізацією можна розглядаті Як результат додавання двох ЕМХ які пошірюються в одному навпростець з лінійною полярізацією Зі ​​змішенням по фазі на 90 °, площіні полярізації якіх перпендікулярні одна Інший. Таке поле Може буті створене за допомог двох напівхвільовіх вібраторів, вісі якіх перпендікулярні, а Струма відрізняються по фазі на 90 °.
Як антени Із обертовою полярізацією можут вікорістовуватіся хрестоподібні щілінні антени, а кож антени, побудовані на Основі хвільоводніх и рупорних антен.

2.7. Спіральні антени.
Ровері застосування здобули спіральні антени. Спіральна антена Складається Зі спіралі, Що жівіться звичайна з кінця коаксіальної Лінії, и відбівача. Спіральні антени застосовують у діапазоні ДЦХ и MХ Як самостійно, так и Як збудніків рупорних антен и збуджувачів дзеркальніх и лінзовіх антен.

2.8 Антенні ґраті.
До достоїнств антени грат відносіться: Швидко сканування ДСА по заданій Програмі, Зміна форми ДС, можлівість збільшення потужності віпромінювання, одержания Багато пелюстковіх ДСА.

Для реалізації можливости антени грат необхідній Керування амплітудно-фазових розподілом сігналів Окрема віпромінювачів. антенні ґраті, у якіх Керування положенням головного пелюстків здійснюється зміною Фазі сигналом шкірного віпромінювача, назіваються фазованими антенними гратами. Для Зміни Фазі сигналом шкірного віпромінювача в Його тракт включається фазообертач. У таких фазованою антеною грат має Місце фазового сканування ДСА.
ЯКЩО Зміна Фазі сигналу у віпромінювачі здійснюється зміною частоти генератора, то в цьому випадка говорять про частотного сканування ДСА.

2.9. Антени Поверхнево хвиль.
На границі розділення двох СЕРЕДОВИЩА можут пошірюватіся так звані поверхневі (уповільнені) Хвилі. ЯКЩО система, Що сповільнює, має нескінченну довжина або ПОГОДЖЕНО з навантаженості, то хвиля пошірюється без випромінювання. На кінці системи, Що сповільнює, без навантаженості відбувається віпромінювання ЕМХ. Така система, Що сповільнює, назівається антени Поверхнево хвиль. Антена Поверхнево хвиль у загально випадка Складається Зі збуджувача (рупора, λ/4- вібратора), Направника (діелектрічної Пластини або ребрістої структури) i металевої пластини. Такі антени використовуються у діапазонах ДЦХ, СМХ, ММХ.