Классификация, основные параметры и эквиваленты радиоприемных антенн

Открытые ненастроенные антенны радиовещательных и профессиональных радиоприемных антенн. Современные профессиональные радиоприемные устройства имеют сложные антенно-фидерные устройства, включающие антенну или группу антенн, устройства согласования, симметрирования, фазирования, многократного использования антенн и соединительные (фидерные) линии. В технике радиоприема применяются антенны: направленные и ненаправленные, настроенные и ненастроенные, внутренние (встроенные) и внешние, электрические и магнитные [20].

Режим настроенной антенны соответствует случаю равенства резонанса антенной цепи и частоты сигнала. Данный тип антенны применяется при работе радиоприемного устройства на одной частоте, в относительно узком диапазоне частот или случае подстройки антенны на частоту принимаемого сигнала.

Режим ненастроенной антенны соответствует неравенству резонанса антенной цепи и частоты сигнала. Этот режим используется для работы радиоприемного устройства в широком диапазоне частот, в границах которого резонансная частота антенной цепи не совпадает с частотами принимаемых сигналов. Сопротивление антенны в широком диапазоне частот имеет сложную зависимость, так как антенна имеет распределенные параметры.

При проектировании входной цепи радиоприемного устройства используется эквивалентная модель антенны в виде упрощенного представления ее в виде эквивалента антенны. В узком диапазоне частот эквивалент антенны представляется простой цепью с сосредоточенными параметрами (рис. 4.2, а) [21]. На рис. 4.2, б представлена эквивалентная схема, используемая при испытаниях радиовещательных приемников (ГОСТ 9783-71). Для диапазона ДВ и СВ эквивалент антенны упрощен (рис. 4.2, в). Эквивалент антенны в КВ и УКВ в узком диапазоне (рис. 4.2, г и д). Эквивалент антенны для рамочной или ферритовой антенны имеет вид (рис. 4.2, е).

Комплексное сопротивление эквивалента антенны (рис. 4.2, б), используемого на рабочей частоте настройки для радиовещательных приемников для активной и реактивной составляющих, имеет вид [20]

; (4.2)

, (4.3)

где кГц;

– частота настройки радиоприемного устройства в кГц.

Рис. 4.2 - Эквиваленты антенн радиоприемных устройств

В диапазонах длинных и коротких волн эквивалент антенны может быть упрощен за счет пренебрежения значениями индуктивности или емкостей. Упрощенные эквиваленты антенн представлены на рис. 4.2, а, в, г – е.

Радиовещательные приемные устройства работают с открытыми комнатными антеннами, действующая высота которых не превышает пяти метров (рис. 4.3, а). Радиоприемные устройства, установленные на движущихся средствах (автомобилях, поездах), используют антенну в виде вертикального штыря длиной 1,5 м (рис. 4.3, б) [20].

Рис. 4.3 - Эквиваленты комнатной (а) и автомобильной (б) антенны для диапазона длинных и средних волн

Значение э.д.с. Е _А эквивалентного генератора зависит от напряженности электрической составляющей поля, наводимого возле антенны, определяется выражением

(4.4)

где h _Д – действующая высота антенны.

Величина действующей высоты открытой антенны, если длина волны l _С в три и более раз больше длины волны l _0А антенны, определяется выражением

, (4.5)

где h – геометрическая высота антенны, м;

l – полная геометрическая длина антенны, м.

Для симметричного вибратора действующая высота равна половине геометрической длины вибратора

h _Д = l. (4.6)

Для симметричного полуволнового вибратора действующая высота определяется

. (4.7)

Для вертикальной антенны, у которой отсутствует горизонтальная часть, действующая высота равна половине геометрической высоты [20].

Действующая высота заземленной антенны типа «наклонный луч» определяется выражением

, (4.8)

где a – угол, образуемый антенной с вертикалью к поверхности Земли.

Диапазонные направленные коротковолновые антенны профессиональных приемников. К этой категории относятся антенны бегущей волны, ромбические, полуромбические V-образные наклонные, многовибраторные синфазные антенны. Особенностью этих антенн является их высокая диаграмма направленности и несущественное изменение в широком диапазоне частот активного и реактивного сопротивления антенны. Как правило, в границах рабочего, входное сопротивление антенны является активным, так как эти антенны нагружаются на чисто активное сопротивление, равное их волновому сопротивлению. Это условие необходимо для обеспечения в антенне режима бегущей волны. В зависимости от конструктивного исполнения входное сопротивление антенны бегущей волны имеет значение 200 – 400 Ом, ромбической – от 400 – 600 Ом, полуромбической – от 400 – 500 Ом, наклонной V-образной антенны ­- 300 Ом. Антенны соединяются с приемниками согласованными симметричными фидерными линиями с волновым сопротивлением r _Ф, равным входному сопротивлению антенны. Эквивалентом антенно-фидерной системы в этом случае будет активное сопротивление r _Ф, с которым должен быть согласован вход первого каскада приемника.

Настроенные коротковолновые и ультракоротковолновые антенны профессиональных и радиовещательных приемников. Настроенные коротковолновые и ультракоротковолновые антенны предназначены для работы на фиксированной частоте. Простейшим типом настроенной антенны является вертикальный или горизонтальный симметричный полуволновой вибратор (диполь). Конструктивно симметричный полуволновой вибратор представляет собой отрезок провода или металлической трубки соответствующей длины с разрывом в центре. Диполь обладает направленным действием. Характеристика направленности диполя в плоскости, проходящей через ось, имеет в полярных координатах вид восьмерки с максимумами приема в направлениях, перпендикулярных оси диполя, и с минимумами приема вдоль оси. Входное сопротивление симметричного полуволнового вибратора чисто активно и равно 70 – 80 Ом (расчетное сопротивление 73,3 Ом). Вибратор соединяется с радиоприемным устройством коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 73 Ом. Наряду с симметричным полуволновым вибратором в диапазоне ультракоротких и метровых волн применяются настроенные петлевые и шунтовые вибраторы, имеющие чисто активное сопротивление R _А от 300 – 400 Ом. Эти вибраторы соединяются с радиоприемным устройством симметричными коаксиальными кабелями с волновым сопротивлением, равным сопротивлению R _А вибратора. Значение r _Ф и будет эквивалентом антенно-фидерной системы этих антенн.

Для различных климатических условий параметры эквивалентной модели могут изменяться. Для радиовещательных приемников эта величина может достигать 50 процентов. При реализации сильной связи входной цепи с антенной это вызывает значительное изменение емкости антенны.