Приемные антенны ДВ и СВ диапазонов

В качестве приемных антенн ДВ и СВ диапазонов широко используется рамочная антенна. Она обладает в плоскости Н слабо направленными свойствами, а в плоскости Е является всенаправленной. В простейшем случае рамочная антенна представляет собой виток провода круглой или прямоугольной формы.

Предположим, что рамка расположена в вертикальной плоскости и пересекается вертикально поляризованной волной. При этом ЭДС индуцируется только в вертикальных частях, а в горизонтальных она равняется 0. Если плоскость рамки перпендикулярна направлению излучения, то в вертикальных частях наводится одинаковое ЭДС. Они направлены навстречу друг другу, следовательно, на входе приемника будет нулевой сигнал. Если плоскость рамки направлена вдоль направление излучения, то путь волны до вертикальных проводов разный. Разность наводимых в них ЭДС наибольшая. Эта разность тем больше, чем больше размеры рамки, число витков и чем короче волна. На входе приемника при этом наибольший сигнал.

Рамочные антенны используются в самолетном оборудовании, как антенны радиокомпаса. В наземных радиостанциях она используется в радиопеленгации.

Рамочные антенны радиостанций 1 и 2 поворачиваются до тех пор, пока в приемных радиостанций не пропадет отраженный сигнал. По углу поворота рамки определяются углы j₁ и j₂. Пересечение на карте линий АС и ВС дает пеленг цели. Пеленгация может быть активной и пассивной. При активной пеленгации применяется сигнал собственного передатчика отраженного от цели, при пассивной пеленгации определяется по излучению цели.

Магнитная антенна является разновидностью рамочных антенн. Магнитная антенна выполняется в виде катушки на ферритовом сердечнике. Введение ферритового сердечника увеличивает направленные свойства рамочной антенны, увеличивает действующую длину рамочной антенны.

Многовибраторные антенны

Служат для связи на расстоянии свыше 1000 км, обладают хорошими направленными свойствами, применяются в диапазоне декаметровых волн. Применяются в радиостанциях расположенных на земле. Рассмотрим два горизонтальных симметричных вибратора длиной l/2. Они расположены на расстоянии l/2 друг от друга. Питаются вибраторы синфазно. Направленные свойства антенны объясняются интерференцией радиоволн излучаемых вибраторами.

Минимум излучения получается в направлении А1 А2, т.к. в эти точки А1 и А2 волны приходят с разными фазами за счет пути l/2. Направление перпендикулярно линии А1 А2 получается максимум излучения

В направлении линии перпендикулярны линиям А1 А2 поля излучений складываются. Если увеличить число вибраторов в вертикальной плоскости, то суммарная диаграмма направленности будет иметь главный более узкий лепесток, т.е. направленные свойства антенны возрастают.

На практике кроме главного лепестка образуются боковые лепестки. Вибраторы могут питаться как синфазно, так и токами, изменяющимися по заданному закону по амплитуде и фазе. Такая система вибраторов называется решеткой. Если вибраторы расположены в одной плоскости, то решетка плоская. В направлении перпендикулярном плоскости решетки излучение максимальное и в n раз больше напряженности поля одного вибратора. Чем больше вибраторов в вертикальной плоскости, тем уже диаграмма направленности в вертикальной плоскости.

Антенна, в которой вибраторы питаются синфазно, называется синфазной. Эти антенны также называют многовибраторными. Многовибраторные антенны могут быть построены в несколько этажей. Расстояние между вибраторами на этаже - l/2; расстояние между этажами - l/2. Синфазность питания обеспечивается перекрещиванием питающих проводов.

Максимум излучения направлен перпендикулярно плоскости решетки. Недостатком многовибраторных антенн является двунаправленность излучения. Чтобы бороться с этим недостатком, сзади антенны на расстоянии l/2 помещается отражающая поверхность, сплошная или сетчатая, которая отражает радиоволны в направлении главного лепестка.

Рупорная антенна.

Применяется в сантиметровом диапазоне (в качестве антенны)

Рупорные антенны могут быть пирамидальными - в которых волновод расширяется вдоль обеих стенок, сектореальными - в которых расширяется одна стенка волновода и коническими - которые сопрягаются с круглым волноводом.

Если излучать из открытого конца волновода, то в волноводе получается режим стоячих волн, так как волновое сопротивление воздуха равно 377 Ом, оно не равно волновому сопротивлению волновода.

Рупор согласовывает волновое сопротивление волновода и воздуха.

В волноводе, возбуждающем рупор, используются основные типы волн: в прямоугольном волноводе Н10 , в круглом Е11.

Если в секториальном рупоре увеличивать размер R, то площадь раскрыва увеличивается. Коэффициент использования плоскости раскрыва – уменьшается.

Диаграмма направленности зависит от длины рупора, угла раскрыва и частоты излучаемых колебаний. С увеличением длины рупора l и угла раскрыва g диаграмма направленности получается более острой.

Достоинства антенны: простота устройства и малые боковые лепестки, широкий диапазон излучаемых волн. Так как волновод работает в режиме бегущих волн, то он пропускает всю мощность, излучаемую передатчиком => антенна обладает высоким КПД. Так же как и в любом волноводе, антенна пропускает волны критической длины.

В основном рупорные антенны применяются в качестве излучателей в рефлекторной антенне, а также в качестве элементов антенной решетки.

Щелевая антенна

Называются также дифракционными. Представляют собой систему узких щелей, прорезанных в волноводе или объёмном резонаторе. Если в бесконечно большой проводящей поверхности прорезать узкую щель l/2 длиной, то если к этой щели подвести питание она будет излучать. Она будет аналогична короткозамкнутой двухпроводной линии, на конце которой узлы напряжения и пучности тока. Магнитное поле щели перпендикулярно токам смещения, т.е. направлено вдоль щели. По параметрам щелевая антенна эквивалентна симметричному вибратору. Отличие состоит в том, что горизонтальная щель излучает вертикально поляризованные волны.

Условием излучения электромагнитной энергии щелями, прорезанными в волноводе, является пересечение линий токов перпендикулярными щелями. Щели можно прорезать и в узкой и в широкой стенке, в тех сечениях, где расположены максимумы токов. Чтобы щели питались синфазно, максимумы токи в этих щелях должны наблюдаться одновременно.

Вдоль узкой стенки, щели прорезаются на расстоянии lволноводное. Вдоль узкой стенки могут быть прорезаны только продольные щели. Вдоль широкой стенки могут быть прорезаны как продольные, так и поперечные щели. Щели возбуждаются электромагнитной волной, распространяющейся в волноводе. Вдоль широкой стенки текут как продольные, так и поперечные токи. Если щели возбуждаются продольными токами, то для того чтобы они возбуждались синфазно, они должны быть прорезаны на расстоянии lволн. Если щель возбуждается поперечными токами, щели прорезаются по разным сторонам от середины широкой стенки на равных расстояниях (lв/2).

Щель аналогична симметричному вибратору. Разной является только поляризация.

Диэлектрическая антенна (ДА)

ДА представляет собой диэлектрический стержень, сужающийся к концу, который возбуждается с помощью подсоединенной к нему коаксиальной линии. Чтобы излучение было в одну сторону на ДА одевается гильза (металлический стакан)

Принцип направленного излучения диэлектрической антенны основан на явлении отражения электромагнитной энергии от границы раздела двух сред, диэлектрические проницаемости которых различны. В качестве такой антенны применяются стержни из полистирола на волнах 20 – 30 см. Возбуждаются колебания внутренним проводом коаксиального кабеля. Энергия, отраженная от границы раздела двух сред, двигается в направлении острого конца. Энергия частично за счет лучей, падающих под углом 90⁰, переходит в свободное пространство. Для лучшей направленности излучения и уменьшения излучения через боковые стенки, стержень делают конусообразным, а конец его закругленным. Увеличение длины стержня и его поперечного сечения увеличивает направленные свойства.