1.4.4. Рамкова антена

Якщо обидва полюси дротової антени об’єднати, то отримаємо одновиткову рамкову антену. За своєю геометричною

ф

Рис.1.13

ормою виток може бути кільцевим, квадратним, багатокутним (рис.1.13). Якщо периметр рамки , тобто , де S – площа рамки, то вона вважається малою відносно довжини хвилі. Електричний струм у такій рамці розподілений майже рівномірно. Її нормована діаграма спрямованості не відрізняється від ДС елементарної рамки, зображеної на рис. 1.4. Вона має форму „вісімки”, тобто , у площинах, перпендикулярних до площини рамки, а у площині рамки – форму кола. Для збільшення напруженості поля, що збуджується рамочною антеною, застосовують антени з N послідовно з’єднаних однакових витків. При цьому електрорушійна сила є, що індукується в рамковій антені під впливом зовнішнього магнітного поля , зростає в N разів:

є = ,

де - магнітний потік, що перетинає площину рамки. Можна показати, що діюча довжина N - виткової електрично малої рамкової антени становить . При цьому опір випромінювання визначається співвідношенням:

Оскільки для електрично малої рамки відношення значно менша за одиницю, то вельми малими стають значення опору випромінювання та потужності. Тому електрично малі рамкові антени застосовують у більшості як приймальні. Для суттєвого підвищення електрорушійної сили, що збуджується в рамковій антені, витки намотують на феритові осердя з великим значенням магнітної проникності (до сотень тисяч). При цьому діюча довжина антени зростає в разів. Відповідно, зростає електрорушійна сила.

Якщо периметр витка рамки збільшити до значень , то рамка стає електрично великою. Розподіл амплітуди струму по її периметру характеризується чергуванням вузлів та пучностей, тому форма ДС стає багатопелюстковою.

Електричного мала рамкова антена реагує на магнітну складову радіохвилі більше, ніж на електричну складову, а електрично велика рамкова антена – навпаки. Тому приймальна мала рамка є менш чутливою до електричних завад, що створюються, наприклад, високовольтними лініями передачі, побутовим обладнанням тощо.

1.4.5. Спіральні антени

Однією з ознак корисного сигналу, за якою його можна розрізнити, є вид поляризації. Електромагнітні хвилі із круговою поляризацією створюють спіральні, циліндричні або конічні антени (рис.1.14, а, б). Один кінець спіралі є вільним, а другий з’єднується з центральним дротом коаксіальної лінії. Екран коаксіальної лінії з’єднується з металевим диском – рефлектором, який послаблює задні пелюстки ДС за рахунок компенсації струму на зовнішньому боці лінії. Діаметр диску становить .

Форма ДС циліндричної спіральної антени залежить від співвідношення між довжиною витка спіралі та довжиною хвилі . Тут через та позначено радіус та шаг спіралі відповідно. Якщо значно менша за , то форма ДС наближується до тороїдальної (рис.1.6, а). У такому режимі циліндричні спіральні антени застосовуються, наприклад, у сучасних стільникових телефонах, забезпечуючи прийом сигналів із будь-якого напрямку. Якщо значно менша за , то антена формує односпрямоване випромінювання «вперед», подібно до директорної антени. При цьому ширина пелюстки ДС , а на нульовому рівні – удвічі ширше. При форма ДС стає „лійкоподібною”, тобто випромінювання здовж поздовжньої осі й поза нормаллю до неї відсутні. Коефіцієнт перекриття частотного діапазону K_f = 1,7.

Для розширення діапазону робочих частот застосовують конічну спіральну антену, яка, в залежності від частоти, створює область найбільш збуджених витків. При збільшенні частоти ця область переміщується до кінця спіралі. Аналогічний ефект є притаманним й для логоперіодичної антени.

а) б) в)

Рис. 1.14

Доволі поширеними у використанні є пласкі спіральні антени (рис.1.14, в). Характер спрямованості випромінювання – двобічний із круговою поляризацією. Якщо спіраль розташовується понад провідниковою поверхнею, то характер випромінювання стає односпрямованим. Принцип дії двозахідної пласкої спіралі полягає у тому, що в будь-якому напрямку від фазового центру довжини обох спіралей неоднакові внаслідок геометричної різниці довжин окремих стрічок. Тому струми в окремих перерізах зрівнюються у фазі та ефективно збуджують електромагнітну хвилю. Струми в інших перерізах є розфазованими, або протифазними. Тому при відхиленні від нормалі до площини спіралі результуюча хвиля послаблюється, і для певного кута зменшується до нуля.