Антенны

1.Краткая историческая справка.

В 1874 году профессор Н. А. Умов ввёл понятие о потоке энергии, а в 1880 г. это понятие было применено англичанам Пойтингом к исследованию электромагнитных волн. Вектором Пойтинга (П) называют вектор, указывающийющий направление распространения электромагнитной волны и равный по величине плотности потока мощности этой волны.

Направление вектора П определяют по правилу:

Если вращать правый винт по кратчайшему пути от вектора электрического поля Е к вектору магнитного поля Н, то поступательное движение винта укажет направление электромагнитной волны.

2.Антенны диапазона ДВ и СВ.

Если излучающая антенна создаёт электромагнитные волны у которых вектор Е перпендикулярен к Земле, а вектор Н параллелен, то такая антенна называется антенной с вертикальной поляризацией, а волна называется вертикально поляризованной.

Если вектор Е параллелен Земле, а вектор Н перпендикулярен то антенна соответственно наз. антенной с горизонтальной поляризацией.

Для волн ДВ и СВ земная поверхность представляет хороший проводник, по этому вблизи Земли не может быть горизонтального электрического поля. Т. е. невозможно применять сигналы. По этому в диапазоне ДВ и СВ применяют только вертикально поляризованные ЭМВ.

Для эффективности работы длина антенны должна быть соизмерима с λ. Так для частоты 300 КГц. λ = 1 км. Следовательно антенна должна иметь высоту 0,5 км. (λ/2), что очень трудно реализовать практически. Однако благодаря принципу зеркальности удаётся в двое уменьшить длину антенны.

Принцип зеркальности состоит в том что, любой электрический заряд над проводящей поверхностью создаёт ниже поверхности электрическое поле равное нулю.

(В противном случаи появился бы ток в проводнике). Но это равносильно тому, что зеркально проводящий поверхности расположен равный заря противоположного знака. При чем перемещение заряда над Землей равносильно перемещению его зеркального заряда изображения.

Благодаря принципу зеркальности четверть волновой вертикальный излучатель над Землей аналогичен полу волновому, но диаграмма направленности в вертикальной плоскости на половину усечена.

Если нет возможности установить антенну требуемой высоты, то для сохранения ее резонансной длины, верхнюю часть ее загибают и получается Г – образная антенна, либо последовательно с антенной включают катушку компенсирующею емкостную составляющею входного сопротивления антенны, которая короче чем λ/4 (добротность катушки обычно хуже чем, антенны по этому Г – образная антенна эффективнее чем антенны с удлинённой катушкой).

Для приеме в диапазоне ДВ и СВ применяют рамочные либо магнитные антенны размеры которых гораздо меньше длины волны. Рамки могут быть круглой либо квадратной формы. ЭДС в рамке наводится магнитно силовыми линиями пронзающею рамку. Чем больше площадь рамки, тем больше наводимое ЭДС. Т. к. большое количество магнитных силовых линий попадают в площадь рамки.

Если плоскость рамки перпендикулярна направлению волны (на передатчик), то ЭДС наводится не будет. Т.е. можно сказать что рамка обладает диаграммой направленности. Если рамочная антенна имеет несколько витков, то ее эффективность возрастает пропорционально количеству витков.

Размеры рамки можно значительно уменьшить, сохранив ее эффективность, если ввести в плоскость рамки материал с магнитопронецаемостью µ > 1.

Благодаря этому магнитные силовые линии поля стягиваются к рамке (к веществу с меньшим магнитным сопротивлением) и увеличивается ЭДС наводимая в рамке. В качестве магнитного материала для рамочных магнитных антенн применяют ферриты имеющие µ 100 ÷ 1000 единиц.

Благодаря направленным свойствам рамочная и магнитная антенны позволяет избавится от помех несовпадающих с направлением приёма (а также от местных помех с горизонтальной поляризацией).

Поляризация волны определяется расположением вектора электрического поля Е относительно направлению распространения волны и так называемой плоскости отсчета. Различают линейно (плоско) и эллиптические (поляризационные) волны; существуют также волны с круговой поляризацией, но они являются частным случаем эллиптических поляризованных волн.

Для снижения уровня помех применяют рамочную антенну представляющую собой прямоугольную или круглую катушку.

Характеристика рамочной антенны:

Действующая длина рамочных антенн на ДВ и СВ волнах обычно мала (сотые доли метра) и эффективность ее намного меньше вертикального провода той же длины, что и рамки (добротность Q таких рамок в приделах 200 ÷ 300) что равносильно увеличению во столько же раз действующей длины.

В качестве встроенных антенн широко применяются магнитные (ферритовые) антенны, представляющие собой устройство в виде катушки провода, расположенного на стержневом сердечнике из высокочастотного магнитного материала (обычно феррита) с большой магнитной проницаемостью.

Выбор марки феррита определяется назначением антенны и диапазонами частот. С укорочением длины волны необходимо выбрать материал сердечника антенны с меньшей магнитной проницаемостью.

ДВ (µ = 2000 ÷ 1000)

СВ (µ = 1000 ÷ 600)

КВ (µ = 400 ÷ 100)

УКВ (µ = 50 ÷ 10)

Электрические свойства антенной катушки определяют ее индуктивностью L и добротностью Q.