Антенна

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
У этого термина существуют и другие значения, см. Антенна (значения).

Антенна — устройство для излучения и/или приёма электромагнитных волн путём прямого преобразования электрического тока в излучение (при передаче) или излучения в электрический ток (при приёме).

Антенна радиотелескопа РТ 7.5 МГТУ им. Баумана, расположенная в Московской области. Диаметр зеркала 7,5 м, рабочий диапазон длин волн — 1…4 мм

Обычно термин «антенна» используется для устройств, работающих в радиочастотном диапазоне[1], но существуют опытные образцы наноантенн, способных принимать электромагнитное излучение инфракрасного и видимого спектра.

Как правило, антенна работает совместно с радиопередатчиком или радиоприемником. Антенна в режиме передачи преобразует энергию поступающего от радиопередатчика электромагнитного колебания в распространяющуюся в пространстве электромагнитную волну. Антенна в режиме приема преобразует энергию падающей на антенну электромагнитной волны в электромагнитное колебание, поступающее в радиоприемник. Таким образом, антенна преобразует переменный электрический ток в электромагнитное излучение и наоборот.

Первые антенны были созданы в 1888 году Генрихом Герцем в ходе его экспериментов по доказательству существования электромагнитной волны (Вибратор Герца).[2] Форма, размеры и конструкция созданных впоследствии антенн чрезвычайно разнообразны и зависят от рабочей длины волны и назначения антенны. Нашли широкое применение антенны, выполненные в виде отрезка провода, системы проводников, металлического рупора, металлических и диэлектрических волноводов, волноводов с металлическими стенками с системой прорезанных щелей, а также многие другие типы. Для улучшения направленных свойств первичный излучатель может снабжаться рефлекторами — отражающими зеркалами различной конфигурации и системами зеркал, а также линзами. Излучающая часть антенн, как правило, изготавливается с применением проводящих электрический ток материалов, но может изготовляться из изоляционных (диэлектрик) материалов, могут применяться полупроводники и метаматериалы.

С точки зрения теории электрических цепей антенна представляет собой двухполюсник (или многополюсник), и мощность источника, выделяемая на активной составляющей полного входного сопротивления антенны расходуется на создание электромагнитного излучения. В системах автоматического регулирования антенна рассматривается как дискриминатор — датчик угла рассогласования между направлением на источник сигнала или отражатель и ориентацией носителя (например, антенна с суммарно-разностной диаграммой направленности в составе радиолокационной головки самонаведения). В системах пространственно-временной обработки сигнала антенна (антенная решетка) рассматривается как средство дискретизации электромагнитного поля по пространству. В особый класс принято выделить антенны с обработкой сигнала. В частности, одним из таких устройств являются антенны с виртуальной (синтезированной) апертурой, применяемые в авиационной и космической технике для задач картографирования и увеличения разрешающей способности за счёт использования когерентного накопления и обработки сигнала.

Содержание

Принцип действия [править]

Иллюстрация трансформации параллельного контура в дипольную антенну. Синие линии — силовые линии электрического поля, красные — магнитного

Упрощенно принцип действия антенны состоит в следующем. Как правило, конструкция антенны содержит металлические (токопроводящие) элементы, соединенные электрически (непосредственно или через питающую линию — фидер) с радиопередатчиком или с радиоприемником. В режиме передачи переменный электрический ток, создаваемый источником (например, радиопередатчиком), протекающий по токопроводящим элементам такой антенны, в соответствии с законом Ампера порождает вокруг себя переменное магнитное поле. Это меняющееся во времени магнитное поле в свою очередь, в соответствии с законом Фарадея, создает вокруг себя меняющееся во времени электрическое поле. Это переменное электрическое поле создает вокруг себя переменное магнитное поле и так далее — возникает взаимосвязанное переменное электромагнитное поле, образующее электромагнитную волну, распространяющуюся от антенны в пространство. В режиме приема переменное электромагнитное поле падающей на антенну волны наводит токи на токопроводящих элементах конструкции антенны, которые поступают в нагрузку (фидер, радиоприемник).

Характеристики антенн [править]

Электромагнитное излучение, создаваемое антенной, обладает свойствами направленности и поляризации. Антенна как двухполюсник обладает входным сопротивлением (импедансом). Лишь часть энергии источника антенна преобразует в электромагнитную волну, остальная расходуется в виде тепловых потерь. Для количественной оценки перечисленных и ряда других свойств антенна описывается набором электрических характеристик и параметров, в частности:

Пример диаграммы направленности антенны и параметры: ширина ДН, КНД, УБЛ, коэффициент подавления обратного излучения

К характеристикам антенн также можно отнести следующие:

Ряд характеристик антенн как взаимных устройств (пассивных линейных многополюсников) в режиме передачи и в режиме приема совпадает, в том числе: ДН (КНД, КУ, УБЛ), входной импеданс. Например, ДН антенны в режиме приема и в режиме передачи совпадают.

К конструктивным характеристикам и параметрам антенн относятся, в частности:

  • масса, координаты центра масс, момент инерции
  • габаритные размеры, максимальный радиус разворота
  • парусность (ветровая нагрузка)
  • объект установки, способ крепления
  • примененные материалы

Основные типы антенн [править]

Телевизионные директорные антенны метрового и дециметрового диапазонов горизонтальной поляризации
Уголковые антенны на первом искусственном спутнике Земли разработаны профессором РТФ МЭИ Марковым Г.Т.
Волноводно-щелевая ФАР в составе головки самонаведения противокорабельной ракеты Х-35Э. МАКС-2005

Содержание этого раздела является, скорее, не классификацией, а простым перечислением типов антенн со ссылками на их более подробное описание.


Фрактальная антенна

Примеры выдающихся конструкций [править]

  • Антенна АДУ-1000
  • Антенна РТ-70
  • Антенна загоризонтной РЛС "Дуга"
  • Антенна станции зондирования ионосферы HAARP
  • Антенна радиообсерватории Аресибо

Средства защиты от внешних воздействий [править]

  • Радом
  • Краска
  • Противообледенительные системы
  • Защита от птиц

Интересные сведения [править]

  • Электрические параметры антенны (ДН, входное сопротивление) не изменятся, если изменить все ее размеры и длину волны в одинаковое число раз (принцип электродинамического подобия).
  • Амплитудно-фазовое распределение (распределение комплексной амплитуды тока как функции координат по апертуре антенны) и диаграмма направленности антенны в дальней зоне как функция угловых координат (пространственных частот) связаны преобразованием Фурье. При нахождении формы ДН удобно использовать теоремы относительно преобразования Фурье.
  • Размеры антенн с синтезированной апертурой могут составлять десятки и сотни километров.
  • Параметры пассивных антенн в линейных негиротропных средах не зависят от того, работает ли антенна на прием или на передачу (теорема взаимности).

Программы для анализа параметров и синтеза антенн [править]

Разработка (синтез) хорошей антенны является неоднозначной, нетривиальной и подчас нелёгкой задачей. Ведь антенна не только должна обеспечить требуемую диаграмму направленности; ее конструкция должна быть ещё и прочной, недорогой, технологичной, стойкой к воздействию окружающей среды, ремонтопригодной, а в последнее время, ещё и экологичной с точек зрения потенциального вреда от излучения и затрат на утилизацию. Напротив, задача анализа (определения электромагнитных параметров антенны известной конструкции) в последнее время в большинстве случаев может быть успешно решена. Для этого создано и продолжает разрабатываться программное обеспечение ЭВМ, использующее численные методы решения задач электродинамики для анализа электрических параметров антенн. Многие из таких программ являются достаточно сложными в освоении коммерческими САПР, что сильно ограничивает их применение радиолюбителями и DIY-сообществом.

См. также [править]

Примечания [править]

  1. ↑ ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения.
  2. ↑ Антенна — статья из Физической энциклопедии
  3. ↑ Наипростейшая антенна
  4. ↑ Позволяют уменьшить (свести к минимуму) влияние облучателя (затенение) на характеристики антенны
  5. ↑ Антенны с синтезированной апертурой
  6. ↑ Зачастую применяется на борту космических спутников, так как позволяет работать с круговой поляризацией
  7. ↑ Антенны, выполненные по печатной технологии на подложке с высоким значением диэлектрической проницаемости (>10), что существенно уменьшает габариты антенны
  8. ↑ Обладают широкой полосой
  9. ↑ Зачастую нестабилен фазовый центр
  10. ↑ Вид антенн с сингулярными функциями, описывающими их характеристики
  11. ↑ Реализуют сложные нелинейные алгоритмы обработки сигнала непосредственно в полотне АР, что серьёзно улучшает характеристики всей радиосистемы в целом
  12. ↑ И. Гончаренко. EH-антенна. В кн.: Антенны КВ и УКВ. Часть 2. Основы и практика
  13. ↑ Дмитрий Сафин Реализована оптическая «наноантенна» (21 августа 2010). — Компьюлента. Проверено 27 ноября 2012.

Галерея [править]

  • Комнатная телевизионная антенна диапазонов метровых волн (вибратор с регулируемой длиной плеч) и дециметровых волн (рамка у основания антенны)

  • Панельные секторные антенны на мачте базовой станции сотовой связи

  • Параболическая антенна телевизионного канала "Himalaya TV" для передачи данных на спутник. Катманду, Непал

  • Директорная антенна "волновой канал" мобильной связной армейской радиостанции, Дрезден, Германия, 1955

  • Решетка из четырех турникетных вибраторов панельного типа для нижнего диапазона метровых волн телевизионной станции, Германия.

  • Антенный сайт. На переднем плане - петлевой симметричный вибратор

  • Трехдиапазонная совмещенная антенна типа волновой канал любительской радиостанции

  • Антенна-мачта радиостанции диапазона средних волн, Чапел-Хилл, Северная Каролина

Литература [править]

Ссылки [править]

wikt: Антенна в Викисловаре?
commons: Антенна на Викискладе?
 Просмотр этого шаблона Радиоприёмник
Основные
части		 Антенна • Фидер • Согласующее устройство • Усилитель • Фильтр • Смеситель • Гетеродин (синтезатор частот • фазовая автоподстройка частоты)  • Детектор • Стереодекодер • Автоматическая регулировка усиления
Разновидности Детекторный • Прямого усиления (регенеративный • рефлексный • нейтродин • кристадин)  • Прямого преобразования • Супергетеродин • Цифровое радио (SDR • DRM • RDS) • трансивер
Источник — «http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Антенна&oldid=54365285»