Антенна — устройство для излучения и приёма радиоволн[1].
Как правило, антенна работает совместно с радиопередатчиком или радиоприемником. Антенна в режиме передачи преобразует энергию поступающего от радиопередатчика электромагнитного колебания в распространяющуюся в пространстве электромагнитную волну. Антенна в режиме приема преобразует энергию падающей на антенну электромагнитной волны в электромагнитное колебание, поступающее в радиоприемник. Таким образом, антенна преобразует переменный электрический ток радиочастотного диапазона в электромагнитное излучение и наоборот.
Первые антенны были созданы в 1888 году Генрихом Герцем в ходе его экспериментов по доказательству существования электромагнитной волны (Вибратор Герца).[2] Форма, размеры и конструкция созданных впоследствии антенн чрезвычайно разнообразны и зависят от рабочей длины волны и назначения антенны. Нашли широкое применение антенны, выполненные в виде отрезка провода, системы проводников, металлического рупора, металлических и диэлектрических волноводов, волноводов с металлическими стенками с системой прорезанных щелей, а также многие другие типы. Для улучшения направленных свойств первичный излучатель может снабжаться рефлекторами — отражающими зеркалами различной конфигурации и системами зеркал, а также линзами. Излучающая часть антенн, как правило, изготавливается с применением проводящих электрический ток материалов, но может изготовляться из изоляционных (диэлектрик) материалов, могут применяться полупроводники и метаматериалы.
С точки зрения теории электрических цепей антенна представляет собой двухполюсник (или многополюсник), и мощность источника, выделяемая на активной составляющей полного входного сопротивления антенны расходуется на создание электромагнитного излучения. В системах автоматического регулирования антенна рассматривается как дискриминатор — датчик угла рассогласования между направлением на источник сигнала или отражатель и ориентацией носителя (например, антенна с суммарно-разностной диаграммой направленности в составе радиолокационной головки самонаведения). В системах пространственно-временной обработки сигнала антенна (антенная решетка) рассматривается как средство дискретизации электромагнитного поля по пространству. В особый класс принято выделить антенны с обработкой сигнала. В частности, одним из таких устройств являются антенны с виртуальной (синтезированной) апертурой, применяемые в авиационной и космической технике для задач картографирования и увеличения разрешающей способности за счёт использования когерентного накопления и обработки сигнала.
Содержание |
Упрощенно принцип действия антенны состоит в следующем. Как правило, конструкция антенны содержит металлические (токопроводящие) элементы, соединенные электрически (непосредственно или через питающую линию — фидер) с радиопередатчиком или с радиоприемником. В режиме передачи переменный электрический ток, создаваемый источником (например, радиопередатчиком), протекающий по токопроводящим элементам такой антенны, в соответствии с законом Ампера порождает вокруг себя переменное магнитное поле. Это меняющееся во времени магнитное поле в свою очередь, в соответствии с законом Фарадея, создает вокруг себя меняющееся во времени электрическое поле. Это переменное электрическое поле создает вокруг себя переменное магнитное поле и так далее — возникает взаимосвязанное переменное электромагнитное поле, образующее электромагнитную волну, распространяющуюся от антенны в пространство. В режиме приема переменное электромагнитное поле падающей на антенну волны наводит токи на токопроводящих элементах конструкции антенны, которые поступают в нагрузку (фидер, радиоприемник).
Электромагнитное излучение, создаваемое антенной, обладает свойствами направленности и поляризации. Антенна как двухполюсник обладает входным сопротивлением (импедансом). Лишь часть энергии источника антенна преобразует в электромагнитную волну, остальная расходуется в виде тепловых потерь. Для количественной оценки перечисленных и ряда других свойств антенна описывается набором электрических характеристик и параметров, в частности:
К характеристикам антенн также можно отнести следующие:
Ряд характеристик антенн как взаимных устройств (пассивных линейных многополюсников) в режиме передачи и в режиме приема приема совпадает, в том числе: ДН (КНД, КУ, УБЛ), входной импеданс. Например, ДН антенны в режиме приема и в режиме передачи совпадают.
К конструктивным характеристикам и параметрам антенн относятся, в частности:
Разработка (синтез) хорошей антенны является неоднозначной, нетривиальной и подчас нелёгкой задачей. Ведь антенна не только должна обеспечить требуемую диаграмму направленности; ее конструкция должна быть ещё и прочной, недорогой, технологичной, стойкой к воздействию окружающей среды, ремонтопригодной, а в последнее время, ещё и экологичной с точек зрения потенциального вреда от излучения и затрат на утилизацию. Напротив, задача анализа (определения электромагнитных параметров антенны известной конструкции) в последнее время в большинстве случаев может быть успешно решена. Для этого создано и продолжает разрабатываться программное обеспечение ЭВМ, использующее численные методы решения задач электродинамики для анализа электрических параметров антенн. Многие из таких программ являются достаточно сложными в освоении коммерческими САПР, что сильно ограничивает их применение радиолюбителями и DIY-сообществом.
Комнатная телевизионная антенна диапазонов метровых волн (вибратор с регулируемой длиной плеч) и дециметровых волн (рамка у основания антенны)
Панельные секторные антенны на мачте базовой станции сотовой связи
Параболическая антенна телевизионного канала "Himalaya TV" для передачи данных на спутник. Катманду, Непал
Решетка из четырех турникетных вибраторов панельного типа для нижнего диапазона метровых волн телевизионной станции, Германия.
Антенный сайт. На переднем плане - петлевой симметричный вибратор
Трехдиапазонная совмещенная антенна типа волновой канал любительской радиостанции
Антенна-мачта радиостанции диапазона средних волн, Чапел-Хилл, Северная Каролина
| Антенна в Викисловаре? | |
| Это заготовка статьи о телекоммуникациях. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
| Это заготовка статьи о радиостанции. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
АБВ.
