1,0 Основной лепесток

Ширина диаграммы направленное™

Градусы

а) Прямоугольные координаты

Рис. 17.2. Диаграмма направленности антенн

" \

^ы \ 05 I

лепестки

Боковые

Задний лепесток

б) Полярные координаты

Ширина

диаграммы

направленности

-180

0

+180

Диаграммы направленности могут иметь разнообразный и из­резанный характер, определяемый механической конструкцией и электрическими параметрами. Лепесток диаграммы направленнос­ти с максимумом мощности излучаемого или принимаемого элек­тромагнитного поля называется главным или основным лепест­ком, остальные — боковыми и задними. Соотношение между ве­личинами мощности основного лепестка по сравнению с остальны­ми характеризует направленные свойства антенны. Ширина глав­ного лепестка диаграммы измеряется углом между прямыми, про­веденными из начала полярных координат до значений диаграм­мы, соответствующих половине максимальной мощности излуче­ния или 0,7 напряжения электрического сигнала приемной антен­ны. Чем меньше ширина диаграммы направленности антенны, тем выше ее коэффициент направленного действия.

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

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

Произведение этих двух коэффициентов определяет коэффи­циент усиления антенны (КУ). Так как КНД > 1, а КПД < 1, то ко­эффициент усиления в зависимости от значений сомножителей мо­

жет теоретически принимать значения как меньше, так и больше 1. Чем выше КУ, тем больший энергетический эффект обеспечивает антенна, но тем точнее необходимо ориентировать направление ос­новного лепестка на источник излучения.

Для обеспечения эффективного излучения и приема в широ­ком диапазоне используемых радиочастот создано большое коли­чество видов и типов антенн, классификация которых представле­на на рис. 17.3.

• передающие; —длинноволновые; —линеиные; —наземные;

• приемные; — для средних волн; — апертурные; — автомобильные;

• приемо- — коротковолновые; — на поверхност- — самолетные;

передающие —для УКВ ных волнах —на космических

аппаратах

Рис. 17.3. Классификация антенн

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

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

505

Если для стационарных антенн требование к геометрическим размерам антенны может быть достаточно просто выполнено для коротких и ультракоротких волн, то для антенн, устанавливаемых

32 Зак. 174

на мобильных средствах, оно неприемлемо. Например, рациональ­ная длина антенны (к / 4) для обеспечения связи на частоте 30 МГц составляет 2,5 м, что неудобно для пользователя. Поэтому приме­няют укороченные антенны, но при этом уменьшается их эффек­тивность. По данным [7], укорочение длины этой антенны в 2 раза уменьшает эффективность до 60%, в 5 раз (до 50 см) — до 10%, а эффективность антенны, укороченной в 10 раз, составляет всего около 3% от рационального варианта.

По типу излучающих элементов антенны делятся на линей­ные, апертурные и поверхностных волн.

У линейных антенн поперечные размеры малы по сравнению с продольными и с длиной излучаемой волны. Линейные антенны выполняются из протяженных токопроводящих элементов (метал­лических стержней и проводов), вдоль которых распространяют­ся токи высоких частот. В зависимости от величины нагрузки ли­нии в ней возникают стоячие (линия разомкнута) или бегущие вол­ны (сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению ли­нии). По конструкции различают симметричные и несимметрич­ные электрические вибраторы, бегущей волны, ромбические и ра­мочные антенны. В симметричном вибраторе провода линии —

Рис. 17.4. Типы линейных антенн

Несимметричным вибратором называется одиночный линей­ный проводник, расположенный вертикально над проводящей по­верхностью (корпусом, «землей») (рис. 17.4 б)).

Антенна бегущей волны, применяемая в коротковолновом диа­пазоне, представляет собой длинную двухпроводную линию с на­грузкой, равной волновому сопротивлению и к которой на одина-

коном расстоянии, не более 1/8 длины принимаемой волны, при­шел инены симметричные вибраторы. Ромбическая антенна име- v г высокую направленность излучения и представляет собой длин­ную двухпроводную линию, провода которой расходятся у входа, а Потом, образуя ромб, сходятся, замыкаясь на активное сопротивле­ние, равное волновому сопротивлению линии. Рамочную антенну образуют один или несколько последовательно соединенных вит­ков провода квадратной, круглой, треугольной формы, расположен­ных обычно в вертикальной плоскости (рис. 17.4 в)). Линейные ан­тенны используются при ДВ, СВ, КВ и УКВ диапазонах длин волн. Н ДВ, СВ и КВ диапазонах вибраторы укрепляют на мачтах, высота которых в ДВ диапазоне может достигать 100 и более метров.

Облучатель

Линза

Излучающим элементом апертурных антенн является их рас­крыв. По виду апертуры различают рупорные, линзовые, зер­кальные и щелевые антенны (рис. 17.5).

б)

[\

Зеркало

Щель

Облучатель

Резонатор

Коаксиальный кабель