Параболическая отражающая антенна

Диполи

а) Полуволновой диполь б) Четвертьволновая антенна Рис. 18. Простейшие антенны

Двумя наиболее простыми примерами антенн являются полуволновой ди­поль (также называемый вибратором Герца, см. рис. 11, а) и четвертьволновая вертикальная антенна (антенна Маркони, см. рис. 18, б). Полуволновой диполь состоит из двух прямых коллинеарных проводников равной длины, разделенных небольшой щелью, на которую подается сигнал. Максимальная эффективность передачи сигнала достигается при длине антенны, равной половине длины вол­ны . Вертикальная четвертьволновая антенна () наиболее часто используется в ав­томобильных или портативных радиолах.

Полуволновой диполь характеризуется ненаправленной диаграммой излучения в одном измерении трехмерного пространства. В двух других плоскостях диаграмма по форме напоминает цифру "8". Для излучения направленных сигналов могут использоваться более сложные типы антенн.

Вертикальная и горизонтальная диаграмма направленности антенны типа диполя Герца

Пример трехмерной диаграммы направленности антенны типа диполя Герца

 

Рис. 19.

Имеются разнообразные антенны УКВ. Существенно отличаются друг от друга антенны метровых, дециметровых и сантиметровых волн. Кроме того, существует различие в конструкции телевизионных, радиовещательных, радиолокационных и других антенн УКВ. Например, телевизионные передающие антенны должны обеспечить широкую полосу пропускания порядка 6 МГц и ненаправленное излучение при максимальной дальности связи и горизонтальной поляризации. Это требует подъема передающей телевизионной антенны на высоту, достигающую нескольких сот метров.

Объемная диаграмма направленности в свободном пространстве

Радиовещательные антенны в станциях с частотной модуляцией также должны быть ненаправленными и иметь хорошую частотную характеристику, но в более узкой полосе, чем телевизионные. И телевизионные, и радиовещательные антенны УКВ работают на метровых волнах.

В связи с тем, что дальность связи на УКВ сравнительно небольшая, направление приема, как правило, заранее известно не только в случае профессиональной связи, но и при радиовещании. Поэтому приемные антенны УКВ целесообразно делать направленными.

Рис. 20. Линзовые антенны

Параболические отражающие антенны используются широко, в частности, для спутниковой связи, а также в наземных системах СВЧ-связи. В школьном курсе геометрии парабола определяется как геометрическое место точек, равноудаленных от некоторой фиксированной прямой линии и фиксированной точки, которая не принадлежит этой линии. Упомянутая фиксированная точка называется фокусом; фиксированную линию называют директрисой (рис. 20, а). В результате обращения параболы вокруг собственной оси получается поверхность, именуемая параболоидом. Поперечное сечение параболоида, проведенное параллельно его оси, является параболой, тогда как при сечении, которое перпендикулярно данной оси, образуется окружность.

Рис. 21. Параболическая отражающая антенна

Подобные поверхности используют­ся при создании прожекторов, оптических телескопов и радиотелескопов, а также СВЧ-антенн. Столь широкое их применение объясняется следующим свойством: если источник электромагнитной энергии (или звука) поместить в фокус параболоида и если поверхность параболоида является отражающей, тогда волны будут отражаться параллельно оси параболоида. На рис. 21, б представ­лен вид подобного эффекта в поперечном сечении. Теоретически при образовании луча, параллельного оси параболоида, дисперсия отсутствует. Однако на практи­ке дисперсия будет иметь место, поскольку объем источника энергии больше од­ной точки. Верно также утверждение, обратное приведенному ранее: если при­нимаемые волны параллельны оси отражающего параболоида, результирующий сигнал будет сконцентрирован в фокусе.

На рис. 21, в представлен типичный пример диаграммы направленности пара­болической отражающей антенны. В табл. 5 приводятся параметры ширины луча для антенн различных размеров при частоте сигнала 12 ГГц. Следует отметить, что чем больше диаметр антенны, тем более сфокусированным будет луч.

Табл. 5. Ширина луча для параболических отражающих антенн различного диаметра при частоте сигнала f = 12 ГГц

Диаметр антенны, м	Ширина луча, градусы
0.5	3.5
0.75	2.33
1.0	1.75
1.5	1.166
2.0	0.875
2.5	0.7
5.0	0.35