Толковый словарь Ушакова:
АНТЕ́ННА [эна], антенны, ·жен. (от ·лат. antenna — рея на корабле).
1. Воздушный провод, подвешиваемый на мачты для улавливания радиоволн (тех.).
2. То же, что усик в 3 ·знач. (зоол.).
Большой энциклопедический словарь:
АНТЕННА (от лат. antenna — мачта, рей) — в радио — устройство, предназначенное (обычно в сочетании с радиопередатчиком или радиоприемником) для излучения или (и) приема радиоволн. Одна из основных характеристик антенны — диаграмма направленности (ДН) — определяющая характер распределения в пространстве мощности электромагнитного поля, излучаемого (принимаемого) антенной. Различают антенны ненаправленные (широконаправленные) и направленные (напр., антенны с остронаправленной ДН, называемой лучом). С помощью антенн можно принимать очень слабые радиосигналы, осуществлять направленные передачу и прием сигналов, определять местоположение источников радиоволн и т. д. Разновидности антенн: вибраторные (проволочные) — щелевые, рупорные, зеркальные, линзовые, антенные решетки и др.
Большая советская энциклопедия:
Антенна
Устройство для излучения и приёма радиоволн. Передающая А. преобразует энергию электромагнитных колебаний высокой частоты, сосредоточенную в выходных колебательных цепях радиопередатчика, в энергию излучаемых радиоволн. Преобразование основано на том, что, как известно, переменный электрический ток является источником электромагнитных волн. Это свойство переменного электрического тока впервые установлено Г. Герцем в 80-х гг. 19 в. на основе работ Дж. Максвелла (подробнее см. Излучение и приём радиоволн). Приёмная А. выполняет обратную функцию — преобразование энергии распространяющихся радиоволн в энергию, сосредоточенную во входных колебательных цепях приёмника. Формы, размеры и конструкции А. разнообразны и зависят от длины излучаемых или принимаемых волн и назначения А. Применяются А. в виде отрезка провода, комбинаций из таких отрезков, отражающих металлических зеркал различной конфигурации, полостей с металлическими стенками, в которых вырезаны щели, спиралей из металлических проводов и др.
Основные характеристики и параметры А. У большинства передающих А. интенсивность излучения зависит от направления или, как говорят, А. обладает направленностью излучения. Это свойство А. графически изображается диаграммой направленности, показывающей зависимость от направления напряжённости электрического поля излученной волны (измеренной на большом и одинаковом расстоянии от А.). Направленность излучения А. приводит к повышению напряжённости поля волны в направлении максимального излучения и таким образом создаёт эффект, эквивалентный эффекту, вызываемому увеличением излучаемой мощности. Для количественной оценки эквивалентного выигрыша в излучаемой мощности введено понятие коэффициента направленного действия (КНД), показывающего, во сколько раз нужно увеличить мощность излучения при замене данной реальной А. гипотетической ненаправленной А. (изотропным излучателем (См. Изотропный излучатель)), чтобы напряжённость электромагнитного поля осталась неизменной. Не вся подводимая к А. мощность излучается. Часть мощности теряется в проводах и изоляторах А., а также в окружающей А. среде (земле, поддерживающих А. конструкциях и др.). Отношение излучаемой мощности ко всей подводимой называется кпд А. Произведение КНД на кпд называется коэффициентом 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 максимального приёма больше среднего (по всем направлениям) значения мощности, при условии, что напряжённость поля не зависит от направления прихода волны. КНД приёмной А. характеризует её пространственную 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 электрического вибратора (рис. 1, а), опубликованной Г. Герцем в 1889. Под элементарным электрическим вибратором подразумевают проводник, длиной во много раз меньшей длины излучаемой волны , 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 которого и Заземлением включается передатчик или приёмник (рис. 2, а). Заземление обычно выполняется в виде системы радиально расположенных проводов, которые закапывают в землю на небольшую глубину. Эти провода соединены общим проводом с одной из клемм передатчика или приёмника. Диаграмма направленности вертикального несимметричного вибратора, длина которого мала по сравнению с , имеет в вертикальной плоскости (при высокой электрической 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 1/4 под сопротивлением излучения обычно подразумевают отношение излученной 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 максимальная напряжённость электрического поля, возникающая у поверхности провода А. при заданной подводимой мощности. Т. к. максимальная напряжённость поля, во избежание ионизации окружающего воздуха и пробоя изоляторов, поддерживающих А., не должна превосходить определённого значения, то чем больше Rизл, тем больше максимальная мощность, которую можно подвести к А. Rизл увеличивается с ростом отношения l/, 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 нескольких параллельно соединённых проводов (снижение волнового сопротивления (См. Волновое сопротивление) А.).
А. длинных волн. В области длинных волн (См. Длинные волны) совершенствование А. шло по линии увеличения их геометрической 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 нескольких параллельных проводов с целью снижения волнового сопротивления. КНД длинноволновых А. — 3. По мере укорочения облегчается строительство А. высотой, соизмеримой с . 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 металлической 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 . Когда это отношение равно 0,63, КНД имеет максимальное 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 (См. Волны), излучаемых активным вибратором и пассивным рефлектором, получается диаграмма направленности, характерная форма которой в горизонтальной плоскости показана на рис. 4, б. 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 радиовещательном диапазоне 200—550 м широко применяют так называемые 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 (См. Средние волны), помимо несимметричных вибраторов, пользуются рамочной антенной (См. Рамочная антенна) (рис. 5) и так называемыми магнитными антеннами (См. Магнитная антенна), 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 помехозащищенности при приёме на длинных и средних волнах может быть достигнуто применением антенны Бевереджа, представляющей собой длинный горизонтальный провод, подвешенный на высоте нескольких 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 нескольких 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 максимальное излучение под некоторым углом к горизонтальной плоскости. Круглосуточная и круглогодичная связь на коротких волнах требует частой смены . 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 преимущественно диапазонные А., работающие в широком диапазоне волн без каких-либо перестроек. Одной из простейших диапазонных А. является симметричный горизонтальный вибратор, известный под названием Надененко диполя (См. Надененко диполь) (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 Надененко (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 максимальная 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 которой, 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 специальных устройств, согласующих её входное сопротивление с волновым сопротивлением питающего фидера, вибраторы часто выполняются в виде диполей Надененко. Для устранения необходимости перестройки рефлектора при смене его иногда выполняют в виде густой сетки из горизонтальных проводов (апериодический 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
D = k·4S/2,
где S — площадь полотна А. (м2), — длина рабочей волны (м), k — коэффициент, учитывающий влияние земли, расстояние между вибраторами, длину плеч вибраторов и др. Для синфазных коротковолновых А. k равно 2—3. КНД синфазных коротковолновых А. достигает нескольких 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 , лежит в пределах от 20 до 200, а кпд — 0,5—0,8. Недостаток ромбической А. — сравнительно высокий уровень боковых лепестков. На приёмных коротковолновых радиоцентрах, помимо А. из симметричных вибраторов и ромбических 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 помехозащищенность 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 советских учёных Г. З. Айзенберга, Б. В. Брауде, И. Г. Кляцкина, В. Д. Кузнецова, Г. А. Лаврова, А. Л. Минца, А. М. Моделя, С. И. Надененко, М. С. Неймана, Л. К. Олифина, А. А. Пистолькорса, В. В. Татаринова, М. В. Шулейкина и других и зарубежных учёных: англичанина Г. Хоуэ, француза Л. Бриллюэна, американцев П. Картера и Г. Брауна, шведа Э. Халлена и др.
А. метровых и дециметровых волн. На метровых и дециметровых волнах для теле- и радиопередач применяют многоэтажные (до 30 этажей) турникетные (рис. 10), панельные, щелевые А. и другие 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 нескольких 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., которые обычно устанавливаются на крышах домов или высоких опорах. В больших (многоквартирных) домах применяют коллективную А., состоящую из собственно А., усилителя высокой частоты и системы распределительных фидеров, подводящих энергию высокой частоты с выхода усилителя к входам телевизоров. В качестве собственно А. в системе коллективного приёма применяют А. типа «волновой канал» и др. Число телевизоров, обслуживаемых одной коллективной А., доходит до нескольких сотен. Существенный вклад в разработку передающих и приёмных телевизионных А. внесли советские учёные Б. В. Брауде, В. Д. Кузнецов и др., зарубежные учёные: американец Н. Линденблад и др. На метровых волнах для связи в пределах прямой видимости применяют симметричный и несимметричный вибраторы, Бевереджа А. и др.; для ионосферной связи — синфазную многовибраторную решётку, А. типа «волновой канал», ромбическую А. и др.; для Метеорной радиосвязи (См. Метеорная радиосвязь) — преимущественно А. типа «волновой канал».
А. сверхвысоких частот (свч). На СВЧ, охватывающих дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны, для радиорелейных линий связи, радиолокации, космических линий связи, радиоастрономии и др. широко применяют синфазные поверхностные А. По принципу действия такие А. подобны синфазной многовибраторной решётке и отличаются только тем, что они состоят не из дискретных излучающих элементов (вибраторов), а представляют собой сплошную плоскую поверхность, на которой возбуждено синфазное электромагнитное поле. Синфазная поверхность, так же как и синфазная решётка, имеет максимальное излучение в направлении, перпендикулярном к поверхности, и диаграмму направленности, суживающуюся по мере увеличения площади поверхности. КНД таких А. определяется по приведённой выше формуле. Коэффициент k (см. формулу) в данном случае называют коэффициентом использования поверхности. В диапазоне СВЧ не принято учитывать влияние земли при определении КНД А. Вследствие этого при идеально плоской, синфазно и равномерно возбуждённой поверхности коэффициент k равен 1. В реальных А. из-за неравномерности возбуждения, отступления от синфазности и утечки части энергии мимо основной излучающей поверхности коэффициент k равен 0,4—0,8. Как следует из формулы, при заданной площади излучающей синфазной поверхности А. КНД увеличивается обратно пропорционально квадрату длины волны. Это обстоятельство привело к тому, что в области СВЧ применяют А. с большими КНД, доходящими до сотен тысяч и миллионов. Для создания синфазно возбуждённой поверхности широко заимствуют технические приёмы из области оптики и электроакустики. Простейшей поверхностной А. является Рупорная антенна (рис. 12) в виде металлического радиоволновода с плавно увеличивающимся сечением. У выхода рупора при достаточно малом угле раствора плоская поверхность, проходящая через его кромки, получается почти синфазно возбуждённой. Коэффициент использования поверхности такой А. равен 0,5—0,8, а КНД обычно лежит в пределах 10—100. Рупорная А. также широко применяется как облучатель зеркальных и линзовых А.
Применяемая на СВЧ Линзовая антенна (рис. 13) по принципу действия идентична оптической линзе и состоит из собственно линзы и облучателя, установленного в её фокусе F. Линза трансформирует сферический или цилиндрический фронт волны облучателя в плоский. Таким образом на выходе линзы получается плоская поверхность, возбуждённая синфазным электромагнитным полем. Частный случай линзовой А. — рупорно-линзовая А., состоящая из рупора с большим углом раствора (60—70°) и вставленной на его выходе линзы, трансформирующей сферический или цилиндрический фронт волны в рупоре в плоский. При смещении облучателя линзы из фокуса в плоскости, проходящей через фокус и перпендикулярной оси линзы, фронт волны на её выходе поворачивается на определённый угол. Соответственно поворачивается направление максимального излучения. Это свойство линзовой А. используется в Радиолокаторах при сканировании диаграммы направленности («качании» направления максимального излучения). В обычных линзовых А. угол поворота направления максимального излучения ограничен вследствие того, что с его увеличением снижается коэффициент использования поверхности. Исключение представляют апланатические линзовые А., отличающиеся тем, что в пределах широкого сектора поворот направления максимального излучения (смещением облучателя) не сопровождается существенным снижением коэффициента использования поверхности. Высококачественные линзовые А. имеют коэффициент использования поверхности 0,5—0,6.
Исключительно большое распространение в области СВЧ получили зеркальные антенны, состоящие из металлического зеркала с профилем параболоида и облучателя. Последний устанавливается в фокусе F параболоида (рис. 14). Параболическое зеркало трансформирует сферический фронт волны облучателя в плоский фронт в раскрыве (на плоской поверхности, ограниченной кромкой зеркала). Тем самым образуется плоская поверхность, возбуждённая синфазным электромагнитным полем. В качестве облучателя применяются слабо направленные А. (рупоры, вибраторы с небольшим рефлектором, спирали и др.). Так же, как и в линзовой А., смещение облучателя из фокуса в плоскости, перпендикулярной оси А., сопровождается поворотом направления максимального излучения. Это свойство также используется в радиолокаторах при сканировании диаграммы направленности. В обычной параболической А. (рис. 14) облучатель находится в поле волн, отражённых от зеркала, что вызывает искажение диаграммы направленности и уменьшение КНД. Такой же отрицательный эффект вызывают конструктивные элементы, поддерживающие облучатель. Во избежание этого часто применяют параболические А. с вынесенным облучателем; в качестве отражателя используется «вырезка» из параболоида вращения, в фокусе F которой устанавливается облучатель (рис. 15). При этом поток электромагнитной энергии, отражённый от зеркала, проходит мимо облучателя и поддерживающих его конструктивных элементов. В радиорелейной связи широкое применение получила рупорно-параболическая А. (рис. 16), являющаяся одним из вариантов зеркальной А. с вынесенным облучателем. В этой А. облучающий рупор и параболическое зеркало составляют единое целое, что практически устраняет утечку энергии за края зеркала. В 60-х гг. 20 в. в радиорелейной связи, космической радиосвязи, радиоастрономии и др. получили широкое распространение двухзеркальные А. (рис. 17), состоящие из основного параболического зеркала, вспомогательного малого зеркала и облучателя. Электромагнитная энергия подводится к облучателю, устанавливаемому у вершины параболоида, и излучается на малое зеркало, после отражения от которого направляется на основное зеркало. Применение вспомогательного зеркала облегчает получение оптимального распределения электромагнитного поля в раскрыве основного зеркала, что обеспечивает максимальное КНД и позволяет уменьшить длину линии, подводящей энергию к облучателю. Существенный вклад в разработку теории и техники двухзеркальной А. сделан советским учёным Л. Д. Бахрахом. Коэффициент использования поверхности хорошо выполненных зеркальных А. равен 0,5—0,7.
Кроме металлических зеркал с профилем параболоида, применяются зеркала с профилем параболического цилиндра, сферы (сферическая А.) и др. Характерная особенность сферической А. — возможность управления направлением максимального излучения в широком секторе углов без существенного уменьшения КНД. Советскими учёными С. Э. Хайкиным и Н. Л. Кайдановским предложена оригинальная зеркальная А. для применения в качестве радиотелескопа. Такой радиотелескоп сооружен в Пулковской обсерватории. Он состоит из передвижного облучателя и набора плоских перемещающихся зеркал, располагаемых по ломаной линии, аппроксимирующей параболу. Путём передвижения облучателя и перестановки зеркал можно в широких пределах управлять направлением максимального излучения.
Одна из характерных А. СВЧ диапазона — щелевая А. в виде замкнутого полого металлического короба с прорезанными в нём щелями. Внутрь короба вводится электромагнитная энергия, излучаемая через щели (щелевые вибраторы) во внешнее пространство. Большое распространение получила синфазная антенная решётка из таких вибраторов. Часто она выполняется в виде Радиоволновода прямоугольного или круглого сечения (рис. 18), в одной из стенок которого прорезаются щели длиной 1/2, размещаемые таким образом, что они возбуждаются синфазно. КНД таких А. приближённо равен утроенному числу щелей. Щелевые вибраторы не выступают над металлической поверхностью. Поэтому они широко используются в тех случаях, когда это свойство является важным, например на летательных аппаратах.
Большой вклад в развитие теории щелевых А. внесли советские учёные М. С. Нейман, А. А. Пистолькорс, Я. Н. Фельд и др.
Наряду с синфазной А. в диапазоне СВЧ применяют А. бегущей волны, состоящую из системы излучателей, возбуждённых по закону бегущей волны, и имеющую максимальное излучение в направлении её распространения. К А. такого типа относятся Спиральная антенна, А. типа «волновой канал», Диэлектрическая антенна, А. поверхностной волны (импедансная А.) и др. Импедансная А. обычно состоит из ребристой поверхности и возбудителя. В А., показанной на рис. 19, возбудителем служит рупор. При высоте рёбер меньше 1/4 вдоль ребристой поверхности образуется бегущая волна, распространяющаяся со скоростью меньше скорости света. Такая А., как и щелевая, легко может быть сделана невыступающей. КНД А. бегущей волны, применяемых на СВЧ, обычно не превышает 100. В развитии теории и техники импедансных А. существ, роль сыграли работы советских учёных Л. Д. Бахраха, Л. Д. Дерюгина, М. А. Миллера, В. И. Таланова, О. Н. Терешина и др., американского учёного Г. Больяна и др.
В 50—60-е гг. 20 в. в диапазонах коротких, метровых и сантиметровых волн получили распространение Частотно-независимые антенны. Эти А. отличаются от А. других типов тем, что они в широком диапазоне (10—20-кратном и более) имеют почти неизменные характеристики (форму диаграммы направленности, КНД, входное сопротивление и др.). Одним из распространённых типов частотно-независимой А. является логопериодическая А., вариант которой показан на рис. 20. Подводимая к А. электромагнитная энергия возбуждает большие токи только в 3—5 вибраторах, имеющих длину, близкую к половине длины рабочей волны. Эта группа вибраторов образует так называемую «активную область» А. С изменением длины рабочей волны соответственно перемещается «активная область» А. Таким образом, отношение линейных размеров этой части А. к длине рабочей волны не изменяется с изменением частоты. Это и является причиной слабой зависимости электрических характеристик А. от частоты. КНД логопериодических А. равно 30—50.
Перспективы развития А. В 60-е гг. 20 в. наметился ряд перспективных направлений развития теории и техники А. Наиболее важные из них: 1) создание антенных решёток из большого числа излучающих элементов (электрических вибраторов, рупоров и др.), каждый из которых подведён к отдельному выходному блоку передатчика, имеющему регулируемый фазовращатель. Управляя соотношением фаз полей в отдельных излучающих элементах, можно быстро менять направление максимального излучения, а также форму диаграммы направленности А. Идентичным образом создаются приёмные антенные решётки из большого числа слабонаправленных А., подключаемых к отдельным входным блокам приёмника. 2) Создание А., основанных на методе апертурного синтеза, заключающегося, в частности, в перемещении одной или нескольких небольших по размерам А. с последовательной фиксацией в запоминающем устройстве амплитуды и фазы принятых сигналов. Соответствующим суммированием этих сигналов можно получить такой же эффект, как от большей А. с линейными размерами, равными длинам путей перемещения малых А. 3) Создание экономичных, легко устанавливаемых А. (зеркальных А., антенн-башен и антенн-мачт и др.) на основе использования металлизированных плёнок, с применением пневматики для придания А. необходимой конфигурации. 4) Широкое внедрение строгих методов анализа и синтеза (проектирование по заданным характеристикам) А. на основе применения электронных вычислительных машин. 5) Развитие статистических методов анализа А.
Лит.: Пистолькорс А. А., Антенны, М., 1947; Айзенберг Г. З., Антенны ультракоротких волн, М., 1957; Марков Г. Т., Антенны, М., 1960; Драбкин А. Л., Зузенко В. Л., Антенно-фидерные устройства, М., 1961; Айзенберг Г. З., Коротковолновые антенны, М., 1962.
Г. З. Айзенберг, О. Н. Терешин.
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 аитенны-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; б — 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; Em — максимальная напряжённость поля.
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.
Параболическая антенна Серпуховского радиотелескопа.
Двухзеркальная параболическая антенна.
Слабонаправленная логопериодическая антенна спирального типа.
Радиотелескоп Пулковской обсерватории.
Рупорно-параболические антенны радиорелейной линии связи.
Телевизионная щелевая антенна.
Большой словарь иностранных слов:
[эна], антенны, ж. [от латин. antenna – рея на корабле]. 1. Воздушный провод, подвешиваемый на мачты для улавливания радиоволн (тех.). 2. То же, что усик в 3 знач. (зоол.).
Малый академический словарь:
антенна
-ы, ж.
Часть радиоустановки, служащая для излучения и приема радиоволн.
Передающая антенна. Приемная антенна. Телевизионная антенна (для передачи и приема телевизионных сигналов).
[От лат. antenna — мачта]
Орфографический словарь Лопатина:
орф.
антенна, -ы
Толковый словарь Ожегова:
АНТЕННА [тэ], ы, ж. Часть радио- и телевизионной установки, служащая для излучения радиоволн при передаче или для улавливания их при приёме. Телевизионная а.
| прил. антенный, ая, ое.
Физический энциклопедический словарь:
(от лат. antenna — мачта, рей), устройство для излучения или приёма радиоволн. А. оптимально преобразует подводимые к ней эл.-магн. колебания в излучаемые эл.-магн. волны (передающая А.) или, наоборот, преобразует падающие на неё эл.-магн. волны в эл.-магн. колебания, к-рые затем воздействуют на приёмник (приёмная А.).
Появление А. относится к кон. 19 в. В 1887 нем. физик Г. Герц, использовав дипольную А. (Герца диполь)
Рис. 1. Вибратор Герца.
Рис. 2. Антенна Попова.
получил эл.-магн. волны с длиной волны l=0,6—10 м, тем самым подтвердив выводы теории Максвелла (см. МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ, ЭЛЕКТРОДИНАМИКА). В 1895—96 А. С. Попов и независимо от него итал. инженер Г. Маркони создали А., впервые использовавшиеся для практич. целей. Антенна Попова, в отличие от симметричного вибратора Герца, была несимметричной, вторым проводником служила Земля (рис. 2). Первоначально функции передатчика (приёмника), линии передачи и собственно А. были совмещены в одном узле, но в дальнейшем А. выделились в самостоят. устройства.Излучение радиоволн. Простейшие излучатели. Излучение эл.-магн. волн связано с процессом излучения осциллирующими электрич. зарядами. В классич. представлении поле такого осциллятора аналогично полю элем. электрич. диполя длиной l
Т. о., поле в ближней зоне диполя (зоне индукции) служит для формирования бегущих составляющих полей, ответственных за излучение. На рис. 3 приведена картина последовательного «отпочковывания» силовых линий электрич. поля Е, создаваемых колеблющимся электрич. диполем. В 1-й четверти периода Т колебания (t=T/4) возникает квазистатич. часть поля (рис. 3, а), к-рая при t=T/2 обращается в 0, но от поля «отрываются»
Рис. 3. а — электрич. силовые линии около электрич. диполя (при условии постоянства заряда); б — г — силовые линии, отделившиеся от диполя: б — через 1/2, периода (T/2) после подсоединения генератора (заряд на диполе отсутствует); в — через 3/2Т (масштаб изменён); г — через 7/4T (масштаб изменён).
замкнутые сами на себя силовые линии поля Е и «сцепленные» с ними кольцевые ортогональные магн. линии (рис. 3, б). Вместе они образуют автономную полуволновую тороидальную (в силу аксиальной симметрии) ячейку сферически расходящейся волны, уносящей эл.-магн. энергию (рис. 3, в, г.)
Реальный вибратор можно представить как два отрезка проводника (рис. 4),
подсоединённых к генератору эл.-магн. колебаний с помощью двухпроводной линии передачи так, что фактически излучение происходит через место разрыва вибратора, где П?0. Однако на больших расстояниях от разрыва квазистатич. часть поля и формируемое ею излучение совпадают с полем сплошного перем. тока с амплитудой I0, равномерно распределённого по всей линии длиной l, затягивающей разрыв. Полная ср. мощность, излучаемая отрезком проводника с током (короткая А.), равна:
Здесь Z0=120p=376,6 Ом — волновое сопротивление вакуума, k — волн. число.
Мощность РS можно представить как мощность, поглощаемую в нек-ром активном сопротивлении RS, наз. сопротивлением излучения: РS= 1/2RSI20, где
Сопротивление излучения — одна из составляющих комплексного входного сопротивления A.: Zвх=RS+Rn+Za, где Rn— активное сопротивление джоулевых потерь в А., Za— реактивный импеданс, обусловленный запасённой энергией. Для повышения эффективности работы А. обычно стремятся к «согласованию» линии передачи с А., т. е. к равенству волн. сопротивления линии и Zвх Согласование, а также уменьшение джоулевых потерь в А. увеличивает её кпд: h=РS/Рподв, где Рподв — мощность, подводимая к А. В случае магн. диполя картина формирования полей такая же, как и для электрич. диполя с заменой Е на Н и Н на -Е. Элем. излучатель в этом случае имеет вид замкнутого проводника с током, обтекающим площадку размером s
Магн. диполь реализуется в виде рамки с током (рамочная А.); стержня из проводника с высокой магн. проницаемостью, на к-рый намотана катушка (магнитная А.); щели, прорезанной в экране, обтекаемой перем. током (щелевая антенна, рис. 5). Замкнутые и незамкнутые проводники с током, возбуждаемые непосредственно генератором или эквивалентным ему источником эдс, широко используются и как самостоятельные
Рис. 5. Сопоставление полей электрического (а) и магнитных диполей — катушки с сердечником (б) и щелевого излучателя (в, г): 1 — проводник с током; 2 — стержень с высокой магн. проницаемостью; ,3 — металлич. экран со щелью; 4 — проводники от генератора; 6 — силовые линии электрич. поля; 6 — линии магн. поля.
А., и как элементы сложных антенных систем практически во всех диапазонах радиоволн (см. ниже).
Диаграмма направленности. Важная функция А. состоит в формировании излучения с определ. хар-ками, гл. обр. с заданной диаграммой направленности — угл. распределением амплитуды поля излучения. Кроме амплитудной диаграммы, часто используют диаграмму направленности по мощности — угл. распределение плотности потока энергии излучения А. в дальней зоне. Обе эти диаграммы направленности у сложных А. имеют лепестковую структуру, обусловленную интерференцией волн, излучаемых и рассеиваемых разл. элементами А. Если синфазно складываются
Рис. 6. Слева — диаграмма направленности; справа — ее сечение.
поля всех элементов, то соответствующий им максимум наз. главным. Диаграмму направленности изображают в виде объёмной, рельефной картины, контурной карты с линиями равных уровней либо с помощью отд. плоских сечений, чаще двух ортогональных сечений, проходящих через направление гл. максимума и векторы Е и Н (рис. 6).
Т. к. осн. часть мощности, излучаемой или принимаемой А., локализуется в гл. лепестке, направленность излучения А. характеризуют шириной гл. лепестка на уровне половинной мощности Dq0,5 или нулевом уровне: Dq0-2Dq0,5. Величина Dtq0,5 определяет угловое разрешение А. и может быть приближённо оценена по ф-ле (в радианах): Dq0,5-l/D, D — размер А. в данном сечении диаграммы направленности. Это соотношение совпадает с Рэлея критерием, используемым в оптике для оценки разрешающей способности оптич. систем. В т. н. сверхнаправленных А. это ограничение преодолевают за счёт создания резко осциллирующего фазового распределения (неустойчивого к малейшим флуктуациям).
При уменьшении D/l диаграмма направленности А. расширяется, однако даже у предельно малой А. диаграмма не явл. полностью изотропной. Напр., диаграмма направленности электрич. и магн. диполей имеет вид тороида, ось к-рого совпадает с осью диполя (рис. 7). Различают диаграммы направленности: игольчатые (остронаправленные в двух гл. плоскостях); веерные (остронаправленные в одной гл. плоскости); спец. формы в одной или двух гл. плоскостях, напр. типа cosecj (j — угол места) или П-образная (с максимально крутыми скатами гл. лепестка и подавленными боковыми лепестками); слабонаправленные (с Dq0,5 порядка неск. десятков градусов в гл. плоскостях); «всенаправленные» в одной плоскости в виде тела вращения вокруг оси, перпендикулярной направлению гл. максимума .
Рис. 7. Диаграммы направленности электрич. и магн. диполей.
Подбором излучателей (дипольных и мультипольных) можно создать А. с любой диаграммой направленности, однако обычно предпочитают находить оптим. компромисс между точностью воспроизведения диаграммы и простотой изготовления и регулировки А., её стоимостью, кпд и т. п. Выбор излучателей, а следовательно, и конструкции А. существенно зависит от диапазона длин волн.
Рис. 8. Схема ДВ передающей антенны: 1 — горизонт. часть; 2 — снижение; 3 — изоляторы; 4 — мачты с оттяжками; 5 — передатчик; 6 — заземление.
Так, на коротких, средних и длинных радиоволнах (l=10 — 75 м и l=2•102—2•104 м) в ряде случаев естественным и технологичным оказывается использование А., близких к электрич. диполям-вибраторам с l?l (рис. 8, 9) или к их сочетаниям в виде т. н. антенных полей и решёток с размерами l>l.
Рис. 9. Схема антенны — мачты Айзенберга.
При этом приходится учитывать, что зоны индукции в этом случае могут простираться на многие км, а на хар-ки излучения А. существ. влияние оказывают ионосфера и Земля (см. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН).
Структура поля системы излучателей зависит от их взаимного расположения, общей конфигурации системы, фазовых и амплитудных соотношений между токами в излучателях, наличия и расположения неизлучающих (пассивных) элементов и т. д. Однако общим явл. то обстоятельство, что на расстоянии от А., равном неск. l (в волн. зоне), быстро спадающие поля индукции становятся несущественными, а поле излучения определяется суперпозицией полей, возбуждаемых излучателями.
Рассмотрим для простоты А., питаемые синфазно. На расстоянии неск. l от поверхности синфазной фазированной антенной решётки (рис. 10)
формируется синфазное распределение поля на поверхности диаметром D>l. Эта поверхность наз. излучающим раскрывом или апертурой А. Аналогичная картина имеет место и для А. так называемого оптич. типа, в к-рых элем. вибратор с l
Дальнейшая эволюция, к-рую претерпевает поле «волн. пучка», создаваемого широким синфазным раскрывом, условно показана на рис. 12 в предположении достаточной угл. ‘узости’ диаграммы направленности (угл. спектр плоских волн, на к-рые можно разложить поле излучения, характеризуется волн. векторами k, мало отклоняющимися от направления, перпендикулярного раскрыву). На близких расстояниях (практически в пределах l10 —20 — целое число) синфазность фронта ещё не нарушается, и волна ведёт себя почти как плоская.
Рис. 11. Схема однозеркальной параболич. антенны.
Это — зона геометрической оптики или т. н. прожекторного луча, в к-ром сосредоточена практически вся мощность, излучаемая А. (для оптич. прожектора почти вся атмосфера находится в области геом. оптики, т. к. l=5 •10-5 см, D-50 см, D2/20l=25 км).
Затем в интервале расстояний гr-D2/nl (10>n>1) происходит существ. нарушение синфазности, сопровождаемое осцилляциями амплитуд поля, в т. ч. в направлении распространения. Это — зона дифракции Френеля (см. ДИФРАКЦИЯ ВОЛН, ДИФРАКЦИЯ СВЕТА). И наконец, при r>D2/l (условно принято при r>2D2/l) волн. фронт становится сферическим, поле убывает как 1/r, и осцилляции амплитуд в направлении распространения практически исчезают. Это — дальняя зона А., где уже можно оперировать с понятием диаграммы направленности (зависимости амплитуды поля только от угл. координат).
Другие характеристики антенны.
Кроме диаграмм направленности по амплитуде и мощности, часто пользуются поляризационными и фазовыми диаграммами направленности. Поляризац. диаграмма — зависимость поляризации поля (ориентации вектора Е) от направления в дальней зоне А. Различают линейную и эллиптическую (в частности, круговую) поляризации. Угл. зависимость фазы поля А.— фазовая диаграмма, в отличие от амплитудной зависит от расположения начала координат на А. Если можно найти такое положение начала координат, относительно к-рого фаза постоянна (не зависит от угла) или скачком меняется на ±p при переходе от одного лепестка диаграммы к другому, то такое начало координат наз. фазовым центром А. Обладающую фазовым центром А. можно считать источником сферич. волн. В большинстве случаев А. не имеют фазового центра. Поэтому часто вводят условный фазовый центр — центр кривизны поверхности (или линии) равных фаз в гл. направлении.
Параметрами А. также явл.: коэфф. направленного действия Д, коэфф. усиления G=Дh (h — кпд А.), коэфф. рассеяния b (доля мощности, излучаемой вне гл. лепестка диаграмм направленности), а также диапазонность (полоса частот). Коэфф. направленного действия Д характеризует выигрыш по мощности в данном направлении (обычно в направлении максимума) вследствие направленности А. Он равен отношению мощности, излучаемой в ед. телесного угла (q, j) в направлении максимума (Дмакс) диаграммы направленности, к ср. мощности, излучаемой А. по всем направлениям. Для апертурных А. Дмакс-k•4p/Dq0,5Dj0,5, где k=0,6-0,7 — коэфф. использования А., учитывающий, что часть мощности (b) уходит в боковые лепестки, а апертура А. облучается неравномерно.
Хар-ки А. зависят от частоты. Диапазон частот Dw, в к-ром хар-ки А. можно считать неизменёнными, наз. её полосой частот. У нек-рых А. параметры незначительно меняются в широком диапазоне частот. Напр., ромбическая антенна и логопериодич. А. весьма широкополосны.
Приёмные антенны характеризуются теми же параметрами, что и передающие. Взаимности принцип связывает хар-ки передающих и приёмных А. Одно из следствий теоремы взаимности — совпадение диаграмм направленности А. при её работе в режимах передачи и приёма. Для приёмных А. диаграмма направленности — зависимость напряжения, тока или мощности на клеммах А. от угла прихода (q, j) на А. плоской волны. Приёмную А. характеризуют дополнит. параметры: эфф. площадь sэфф (для линейных А.— действующая длина или высота), шумовая темп-pa Та, помехозащищённость. Бели бы вся мощность, попадающая на раскрыв А., поглощалась ею, то эфф. поверхность А.sэфф равнялась бы геом. площади sгеом её раскрыва. Поскольку, однако, часть мощности рассеивается, а часть теряется (джоулевы потери), то sэфф
На приёмную А. всегда, кроме «полезного» сигнала, воздействуют шумы. Шумовая температура приёмной А. Тa вводится соотношением: (k/2p)Ta Dw=Рвх, где Dw — полоса частот приёмника, Рвх — мощность на входе приёмника. Величина Та обусловлена как собств. шумами самой А.: Tша=(l-h)Т0 (Т0 — темп-pa материала А.), так и внеш. радиоизлучением Земли Tза, атмосферы Tатма и косм. пр-ва TкосмаT3а= (0,6-0,8)T0bh, где Т0 — темп-pa почвы, b — доля мощности, излучаемой в направлении на Землю. При b»0,2 и T0=300 К величина Tза=(30—40)К. Для миллиметровых волн Татма»Т0, а в сантиметровом и метровом диапазонах Та меняется в безоблачную погоду от единиц до десятков К при направлении соотв. в зенит и на горизонт; во время облачности и осадков Га существенно увеличивается. Темп-pa Tакосм, связанная с распределением косм. радиоизлучения, растёт от 1 — 2К на сантиметровых волнах до десятков тысяч К на метровых и декаметровых волнах. Существенно повышается Tкосма при попадании в диаграмму направленности А. радиоизлучения Солнца и мощности дискретных косм. источников.
Существенной для высокочувствительных приёмных А. явл. помехозащищённость, достигаемая как за счёт снижения общего уровня боковых лепестков, так и за счёт создания т. н.
Рис. 13а. Антенна типа «волновой канал».
Рис. 136. Логопериодическая антенна.
адаптивных А., параметры к-рых автоматически изменяются в зависимости от условий работы и ‘помеховой’ обстановки.
Типы антенн. Огромный диапазон длин волн, излучаемых или принимаемых А. (от десятков км до долей мм). и многообразие областей использования А. (связь, радиолокация, радиоастрономия, геология, медицина и др.) обусловили большое число типов и конструкций А. На длинных, средних и коротких волнах используются в осн. проволочные и вибраторные А. и их совокупности, в частности фазированные антенные решётки (рис. 10) и «антенные поля», А. типа волновой канал (рис. 13а),логопериодич. А. (рис. 13б), ромбич. А. и т. п. Плоская синфазная фазированная антенная решётка относится к поперечным А., излучающим в направлении, перпендикулярном плоскости расположения вибраторов. В этом направлении волны, излучаемые вибраторами, питаемыми токами с одинаковыми амплитудами и фазами, складываются синфазно, и туда излучается макс. энергия. Если разность фаз токов в соседних вибраторах постепенно увеличивать вдоль к.-л. направления в плоскости решётки (что эквивалентно созданию бегущей волны тока), то направление максимума диаграммы направленности будет поворачиваться. Этим пользуются для т. н. качания (сканирования) антенного луча в пр-ве. Другая разновидность вибраторных А.— продольные (линейные) А., максимально излучающие в плоскости расположения вибраторов (ромбич. А., логопериодич. А., А. типа волновой канал).
В ДВ и СВ А. обе ф-ции А.— создание поля излучения и формирование диаграммы направленности, выполняют одни и те же элементы — вибраторы. В А. СВЧ диапазона поле излучения по-прежнему создают вибраторы, но диаграмма направленности формируется в результате суперпозиции не только непосредственно полей вибраторов, но и полей, рассеянных на разл. структурах — зеркале, линзе, щели, отверстии рупора и т. д. В А. СВЧ диапазона можно выделить (условно) ряд типов: рупорные А., линзовые А., щелевые А., диэлектрич. А., зеркальные А., А. поверхностных волн, фазированные антенные решётки, А. с искусств. апертурой, интерферометры, системы апертурного синтеза. Каждый из этих типов содержит множество разновидностей.
Весьма существенна форма диаграммы направленности. Напр., в кач-ве бортовых А. летат. аппаратов используются слабонаправленные А. с широкой диаграммой. В А. радиолокац. систем, предназначенных для обзора пр-ва и вращающихся (вокруг вертик. оси), диаграмма узкая в горизонт. плоскости и широкая в вертикальной, либо состоящая из множества узких лучей, сканирующих в пр-ве. Радиоастр. А. и А. косм. связи должны обладать чрезвычайно высокой направленностью для точного определения координат объекта, что требует увеличения отношения D/l, и, следовательно, при данной К увеличения размеров А. Однако беспредельное наращивание размеров А. бесполезно, т. к. формирование узкой диаграммы и реализация большой эфф. площади приёма предъявляют жёсткие требования к точности изготовления и сохранения во времени поверхности А. Дисперсия А отклонений поверхности от заданной должна быть на порядок
Рис. 14а. Радиотелескоп с антенной переменного профиля РАТАН-600.
Рис. 14б. Антенна 100-м радиотелескопа в Бонне (ФРГ).
меньше X. Напр., А. 100 м полноповоротного радиотелескопа в Бонне (рис. 14б) для эфф. работы на волне l=3 см (l/D-3•10-4) имеет погрешность изготовления и сохранения поверхности зеркала D/D-10-5 в условиях ветровых, тепловых и весовых деформаций. Для обеспечения этого используют т. н. гомологич. принцип конструирования, когда при движении зеркала с помощью управляемого ЭВМ перераспределения нагрузок сохраняется заданная форма поверхности, но со смещённым фокусом, в к-рый автоматически перемещается облучатель. Другими наиб. радикальными способами повышения разрешающей способности приёмной А. явл. расчленение А. на отд. регулируемые элементы. Это имеет место в А. перем. профиля (см. РАДИОТЕЛЕСКОП), перископич. А. (см. ЗЕРКАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ), в фазиров. антенных решётках и при разнесении А., используемых в кач-ве элементов интерферометрич. систем и систем апертурного синтеза (см. ниже).
К особому классу относятся т. н. малошумящие А., примером к-рых может служить рупорно-параболич. А. (рис. 15). Расположенный в фокусе излучатель-рупор облучает часть параболоида, и энергия излучается в пр-во через апертуру, ограниченную металлич. зеркалом и конусом, так что энергия облучателя попадает только на зеркало. Уровень боковых и задних лепестков диаграммы направленности такой А. весьма мал, а шумовая темп-pa порядка неск. К.
Характерная особенность совр. антенной техники — использование А. с обработкой сигнала (цифровой, аналоговой, пространственно-временной, методами когерентной и некогерентной оптики и т. д.). Если излучение принимается А., в к-рой токи от отд. излучателей или участков суммируются в одном тракте, то обработка такого суммарного сигнала связана с потерей информации. В то же время в фазированных антенных решётках можно обрабатывать отдельно каждый принятый элементами или их совокупностью сигнал и затем подвергать получ. сигналы дополнит. обработке.
А. с обработкой сигнала являются радиоастр. системы апертурного синтеза. Принцип апертурного синтеза заключается в использовании ряда А., последовательно во времени или стационарно занимающих определ. положения. Их сигналы суммируются и перемножаются с разл. взаимными фазовыми соотношениями. В результате соответствующей обработки на ЭВМ получается информация, эквивалентная такой, как при использовании сплошной апертуры, значительно превосходящей апертуры отдельных А. При машинной обработке можно осуществлять сканирование луча в пределах достаточно широкого лепестка отдельной А. и др. преобразования диаграммы.
Наиболее крупная система апертурного синтеза, расположенная в Шарлотсвилле (США), состоит из 27 подвижных полноповоротных 25-м параболич. А., перемещаемых по рельсовым путям на расстоянии до 21 км
Рис. 15. Схема рупорно-параболической антенны.
в трёх направлениях, ориентированных в виде буквы Y. Разрешение этой системы на волне l=11 см порядка 1". Перспективны глобальные наземные и косм. системы апертурного синтеза, объединённые через искусств. спутники Земли. Чувствительность и разрешение этих систем позволяют исследовать самые отдалённые объекты Вселенной.
Словарь синонимов русского языка:
сущ.
автоантенна
антенка
антенночка
аппарат
внешка
галактика
диполь
имя
наноантенна
радиоантенна
спецантенна
срецантенна
тарелка
телеантенна
усик
флаг-антенна
электроантенна
Техника. Современная энциклопедия:
антенна
Устройство для излучения и(или) приёма радиоволн. Передающая антенна преобразует электромагнитную энергию, генерируемую радиопередатчиком, в энергию излучаемых радиоволн. Свойство переменного электрического тока, протекающего по проводнику, создавать в окружающем пространстве электромагнитные волны установлено немецким физиком Г. Герцем в 1880-х гг.; он же создал (1888) первую передающую антенну – т. н. вибратор Герца – в виде медного стержня с металлическими шарами на концах, в разрыв посередине стержня подключался источник электромагнитных колебаний.
Приёмная антенна преобразует энергию радиоволн в электромагнитные колебания во входных цепях (контурах) радиоприёмника. Российский физик А. С. Попов во время опытов со своим радиоприёмником впервые использовал приёмную антенну – вертикальный металлический провод, нижний конец которого присоединялся к приёмнику, что заметно увеличивало расстояние уверенного приёма. Форма, размеры и конструкции антенн весьма разнообразны и зависят от длины излучаемых и принимаемых радиоволн и от назначения антенны. Применяются антенны в виде отрезка провода, комбинаций из таких отрезков, отражающих металлических зеркал, рупоров, спиралей и рамок из металлических проволок, полостей с металлическими стенками, в которых вырезаны щели (т. н. щелевые антенны) и др.
Параболическая антенна спутниковой связи
Конструкция антенны и её размеры определяются назначением антенны и длиной излучаемых и принимаемых радиоволн. Одной из важнейших характеристик антенны является её диаграмма направленности. Она показывает, в каком направлении передающая антенна излучает максимум энергии или с какого направления принимаемые радиоволны создают максимальную ЭДС на входе приёмника. Диаграмма направленности определяется конструкцией антенны и имеет разный вид у антенн различного назначения. Напр., телевизионные передающие антенны имеют круговую диаграмму направленности, а антенна радиолокационной станции – в виде узкого лепестка луча. Антенна радиовещательного приёмника должна одинаково хорошо принимать радиоволны с любой стороны, а антенна телевизора должна быть всегда строго направлена на передающий телецентр. Дальность приёма радиоволн во многом зависит от высоты расположения антенны: чем выше антенна, тем увереннее приём. Поскольку приёмные антенны поднять высоко бывает просто невозможно (напр., антенны автомобильного, карманного приёмника, телевизора на даче), стремятся поднять повыше передающие антенны. Очень часто передающие антенны размещают на вершинах специальных башен и вышек, на крышах высотных домов и даже на искусственных спутниках Земли.
Грамматический словарь Зализняка:
Антенна, антенны, антенны, антенн, антенне, антеннам, антенну, антенны, антенной, антенною, антеннами, антенне, антеннах
© «СловоТолк.Ру» — толковые и энциклопедические словари, 2007-2020