В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

При выборе конструкции приемной антенны учитывают поляризацию приходящих радиоволн. Волны с круговой поляризацией следует принимать на антенну с круговой поляризацией либо на антенну с линейной поляризацией (хотя в этом случае будет частичное ослабление сигнала). Волны с горизонтальной поляризацией принимают на антенну с горизонтально расположенными вибраторами, а с вертикальной поляризацией — на антенну с вертикально расположенными вибраторами.

Телевизионные передачи в нашей стране ведутся в основном горизонтально-поляризованными волнами. Радиовещательные передачи на ДВ, СВ и КВ ведутся с помощью вертикально-поляризованных волн, а на УКВ с частотной модуляцией — с помощью горизонтально-поляризованных. Для любительской связи используются как горизонтально, так и вертикально-поляризованные волны.

Чтобы термин «поляризация радиоволны» стал более понятен, обратимся к аналогии в оптическом диапазоне. В фотомагазинах продаются поляризационные светофильтры, которые надеваются на объектив фотоаппарата для устранения бликов. Так как свет является неполяризованным, то светофильтр, ослабляя его примерно в два раза, пропускает на выход приблизительно линейно-поляризованную волну. Если второй такой же светофильтр надеть на объектив фотоаппарата и расположить его так, чтобы его линии поляризации были параллельны таковым же в первом светофильтре, то оба светофильтра станут оптически прозрачными. При повороте одного из светофильтров на 90° система светофильтров становится непрозрачной для световых лучей. При углах, промежуточных между 0° и 90°, имеет место частичная прозрачность фильтров.

Поскольку в радиолюбительской практике антенны чаще всего используются в качестве приемных, характеристики и параметры антенн будут поясняться в предположении, что они работают в режиме приема.

Направленность — зависимость э.д.с. «е» на зажимах антенны от направления прихода сигнала. Направленные свойства характеризуются диаграммой направленности (рис. 10.2).

Рис. 10.2. Диаграмма направленности антенны в полярных координатах ( а) и прямоугольных координатах ( б)

Основными параметрами диаграммы направленности являются угол раствора (ширина) главного лепестка 1 и коэффициент защитного действия. Ширина или угол раствора j основного лепестка диаграммы направленности — угол, в пределах которого э.д.с. « е » на зажимах антенны (или напряжение на нагрузке) спадает до уровня 0,707 (1/√2) от максимального значения, а мощность в нагрузке — до уровня 0,5 от максимального значения. Например, ширина основного лепестка диаграммы направленности, показанной на рис. 10.2, составляет 50°. Как правило, чем меньше ширина основного лепестка, тем лучше направленные свойства антенны и меньше ее восприимчивость к посторонним радиосигналам (помехам), приходящим с боковых направлений. Помехозащищенность (коэффициент защитного действия) тем выше, чем меньше уровень боковых 3 и заднего 2 лепестков.

Любая антенна является в той или иной мере направленной. Полностью ненаправленных антенн, имеющих пространственную диаграмму направленности в виде сферы, в природе не существует. Однако в антенной технике пользуются понятием о такой воображаемой антенне, называемой изотропной. Она является удобным эталоном, с которым можно сравнивать реальные антенны по их направленным свойствам.

Входное сопротивление антенны Z вх— отношение напряжения к току на зажимах антенны. В общем случае Z вхсодержит активную R вхи реактивную Х вх(емкостную или индуктивную) составляющие.

Z вх= √( R 2 вх+ X 2 вх)

Чем меньше Х вхи чем ближе R вхк волновому сопротивлению линии, соединяющей антенну с приемником (фидерной линии), тем лучше антенна согласована с фидерной линии и тем больше энергии радиосигнала передается из антенны в линию. Входное сопротивление является чисто активным на частоте, соответствующей резонансу антенны.

Коэффициент направленного действия антенны D характеризует выигрыш по мощности в нагрузке благодаря направленным свойствам антенны и представляет собой отношение мощности, которую выделяет антенна без потерь на согласованной нагрузке, к мощности, выделяемой на той же нагрузке, согласованной с ней воображаемой ненаправленной (изотропной) антенной при одной и той же напряженности поля в точке приема. При этом предполагается, что максимум диаграммы направленности антенны ориентирован точно на источник излучения сигнала.

Коэффициент усиления антенны по мощности К характеризует реальный выигрыш по мощности в согласованной нагрузке, даваемый антенной, по сравнению с изотропным излучателем с учетом направленных свойств антенны и потерь в ней:

K= D∙ η a

где η a— коэффициент полезного действия антенны.

Для антенн УКВ η a= 1 и К = D , т. е. коэффициент усиления антенн этого диапазона по мощности относительно изотропного излучателя численно равен их коэффициенту направленного действия.

Действующая высота антенны h Д— параметр, позволяющий рассчитать э.д.с. « е » на зажимах простейших антенн — полуволнового вибратора, четвертьволнового штыря и т. д. в предположении, что максимум диаграммы направленности ориентирован точно на источник излучения. Измеряется в метрах и представляет собой коэффициент пропорциональности между э.д.с. «е» и напряженностью поля Е : е = Е∙ h Д. Действующую высоту антенны не следует путать с высотой ее подвеса.

Среди электрических антенн, подключенных к радиоприемнику с высококачественным заземлением, действующая высота может достигать 80 % их высоты подвеса над поверхностью земли. У комнатных и автомобильных антенн h Д ~= 1…1,5 м. Электрические антенны портативных приемников, работающих без заземления, имеют h Д=< 0,2…0,3 м.

Рабочая полоса частот антенны ( f max— f min) — полоса частот, в пределах которой параметры антенны не выходят за пределы допусков, определяемых ее назначением.

10.3.1. Г- и Т-образные антенны

Прием радиовещательных передач на ДВ, СВ и КВ можно вести с помощью антенны в виде вертикального или наклонного провода (рис. 10.3, а ). Для увеличения действующей высоты верхний конец антенны должен обладать емкостью относительно земли, для чего к верхнему концу антенны подключают горизонтальный провод. Антенны с увеличенной действующей высотой (Г- и Т-образная) показаны на рис. 10.3, б, в . Действующая высота этих антенн составляет 0,7…0,8 их высоты подъема.