| вается коэфф. усиления (КУ) А.
Приёмная А. также характеризуется формой диаграммы направленности, КНД, кпд и КУ. Её диаграмма направленности изображает зависимость эдс, создаваемой А. на входе приёмника, от направления прихода волны. При этом предполагается, что напряжённость поля в точке приёма не зависит от направления прихода волны. КНД показывает, во сколько раз вводимая А. во входную цепь приёмника мощность при приходе волны с направления макс. приёма больше среднего (по всем направлениям) значения мощности, при условии, что напряжённость поля не зависит от направления прихода волны. КНД приёмной А. характеризует её пространств. избирательность, определяющую возможность выделения принимаемого сигнала на фоне помех, создаваемых радиосигналами, идущими с разных направлений и порождаемых различными источниками (см. Помехи радиоприёму). Под кпд приёмной А. подразумевают кпд этой же А. при использовании её для передачи. КУ приёмной А. определяется как произведение КНД на кпд. Форма диаграмм направленности, КНД и КУ любой А. одинаковы в режиме передачи и в режиме приёма. Это свойство взаимности процессов передачи и приёма позволяет ограничиться описанием характеристик А. только в режиме передачи.
Теория и методы построения А. базируются на теории излучения элементарного электрич. вибратора (рис. 1, а), опубликованной Г. Герцем в 1889. Под элементарным электрич. вибратором подразумевают проводник, длиной во много раз меньшей длины излучаемой волны Ч, обтекаемый током высокой частоты с одинаковой амплитудой и фазой на всей его длине. Его диаграмма направленности в плоскости, проходящей через ось, имеет вид восьмёрки (рис. 1, б). В плоскости, перпендикулярной оси, направленность излучения отсутствует, и диаграмма имеет форму круга (рис. 1, в). КНД элементарного вибратора равен 1,5. Примером практического выполнения элементарного вибратора является Герца вибратор. Любая А. может рассматриваться как совокупность большого числа элементарных вибраторов.
Первая практическая А. в виде несимметричного вибратора была предложена изобретателем радио А. С. Поповым в 1895. Несимметричный (относительно точки подвода энергии) вибратор представляет собой длинный вертикальный провод, между нижним концом к-рого и заземлением включается передатчик или приёмник (рис. 2, а). Заземление обычно выполняется в виде системы радиалыто расположенных проводов, к-рые закапывают в землю на небольшую глубину. Эти провода соединены общим проводом с одной из клемм передатчика или приёмника. Диаграмма направленности вертикального несимметричного вибратора, длина к-рого мала по сравнению с X, имеет в вертикальной плоскости (при высокой электрич. проводимости земли) вид полувосьмёрки (рис. 2, б); в горизонтальной - форму круга. КНД такой А. равен 3. Как видно из рис. 2, б, вертикальный несимметричный вибратор обеспечивает интенсивное излучение вдоль поверхности земли и поэтому получил широкое применение в радиосвязи и радиовещании на длинных и средних волнах. На этих волнах свойства почвы близки к свойствам высокопроводящей среды и обычно требуется обеспечить интенсивное излучение вдоль поверхности земли.
Одной из важных характеристик А. такого типа является сопротивление излучения Rизл. При длине вибратора l<= 1/4Ч под сопротивлением излучения обычно подразумевают отношение излучённой мощности к квадрату эффективного значения силы тока, измеренного у нижнего конца вибратора. Чем больше Rизл, тем больше излучаемая мощность (при заданном токе в вибраторе), выше кпд, шире полоса пропускаемых частот и ниже макс. напряжённость электрич. поля, возникающая у поверхности провода А. при заданной подводимой мощности. Т. к. макс. напряжённость поля, во избежание ионизации окружающего воздуха и пробоя изоляторов, поддерживающих А., не должна превосходить определённого значения, то чем больше Кизл, тем больше макс. мощность, к-рую можно подвести к А. Rизл увеличивается с ростом отношения l/Ч, а также с повышением равномерности распределения тока по длине вибратора. Расширение полосы пропускаемых частот и снижение макс. напряжённости поля достигаются также увеличением диаметра провода А. или применением неск. параллельно соединённых проводов (снижение волнового сопротивления А.).
А. длинных волн. В области длинных волн совершенствование А. шло по линии увеличения их геометрич. высоты, доходившей до 300 м, выравнивания распределения тока путём добавления горизонтальных и наклонных проводов (Т-образные, Г-образные и зонтичные А., рис. 3) и выполнения вертикальных и горизонтальных частей А. из неск. параллельных проводов с целью снижения волнового сопротивления. КНД длинноволновых А. =3. По мере укорочения X облегчается строительство А. высотой, соизмеримой с Ч. При этом нет надобности в добавлении горизонтальных или наклонных проводов. Поэтому в 30-х гг. на радиовещательных станциях, работающих в диапазоне длин волн от 200 до 2000 м, стал применяться вертикальный несимметричный вибратор в виде изолированных от земли свободностоящей металлич. антенны-башни или антенны-мачты, поддерживаемый оттяжками, разделёнными изоляторами на короткие секции с целью уменьшения токов, наводимых в них электромагнитным полем вибратора. КНД антенны-мачты и антенны-башни зависит от отношения их высоты к Ч. Когда это отношение равно 0,63, КНД имеет макс. значение, равное 6. Если по условиям работы в этом диапазоне волн желательно направленное излучение в горизонтальной плоскости, то применяют сложную А. (рис. 4, а), состоящую обычно из 2 вертикальных несимметричных вибраторов- одного, непосредственно питаемого от передатчика (активный вибратор), и другого, выполненного идентично первому и возбуждаемого вследствие пространственной электромагнитной связи с ним (пассивный рефлектор). При надлежащей настройке пассивного рефлектора в результате интерференции волн, излучаемых активным вибратором и пассивным рефлектором, получается диаграмма направленности, характерная форма к-рой в горизонтальной плоскости показана на рис. 4, 6. Как видно, применение рефлектора приводит к существенному ослаблению интенсивности излучения в одном полупространстве. КНД такой А. примерно в 2 раза больше КНД одного вибратора.
А. средних волн. В радиовещат. диапазоне 200-550 м широко применяют т. н. антифединговую А., позволяющую ослабить эффект замирания электромагнитного поля (фединг), возникающий на малых расстояниях от А. (начиная с 40-60 км) вечером и ночью. Эффект замирания обусловлен интерференцией пространственной (отражённой от ионосферы) волны и волны, распространяющейся вдоль поверхности земли. Распределение тока по вибратору у антифеддинговой А. подбирается так, что приём пространственной волны значительно ослабляется. Для приёма на длинных и средних волнах, помимо несимметричных вибраторов, пользуются рамочной антенной (рис. 5) и т. н. магнитными антеннами, а также сложной А., представляющей собой композицию из рамочной А. и вертикального симметричного вибратора. Эти приёмные А. обладают направленными свойствами в горизонтальной плоскости и тем самым позволяют ослабить помехи радиоприёму, если источник помех находится в направлениях минимума диаграммы направленности. Дальнейшее увеличение помехозащищённости при приёме на длинных и средних волнах может быть достигнуто применением антенны Бевереджа, представляющей собой длинный горизонт. провод, подвешенный на высоте неск. метров над землёй и направленный на принимаемую станцию.
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 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 L1 резко ослабляется (рис. 8, а), а в направлении L2 усиливается. Для того чтобы синфазная А. могла работать в широком диапазоне 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
где S - площадьполотна 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.
Наряду с синфазной 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.
В разработке 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.
Рис.1
Рис. 2
Рис.3
Рис.4
Рис.5
Рис.6
Рис.7
Рис. 8
Рис. 1. Элементарный 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; Ет - максимальная напряжённость поля.
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 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.
На метровых 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 |
