Антенна
Антенна — устройство для излучения и приёма радиоволн.
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). 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.
Принцип действия
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).
Характеристики антенн
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:
- характеристика направленности
- диаграмма направленности (ДН)
- коэффициент направленного действия (КНД)
- коэффициент усиления (КУ)
- ширина ДН по заданному уровню
- уровень боковых лепестков (УБЛ)
- фазовая диаграмма
- резонансная частота, рабочая полоса частот
- поляризационная диаграмма
- номинальное входное сопротивление антенны, тип линии питания
- входной импеданс и коэффициент стоячей волны (КСВ) в линии питания
- коэффициент полезного действия (КПД)
- Коэффициент использования поверхности (КИП) апертуры антенны
- шумовая температура антенны (ТА)
- максимальная допустимая мощность на входе
К характеристикам антенн также можно отнести следующие:
- эффективная площадь рассеяния (ЭПР)
- эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ)
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:
- масса, координаты центра масс, момент инерции
- габаритные размеры, максимальный радиус разворота
- парусность (ветровая нагрузка)
- объект установки, способ крепления
- примененные материалы
Основные типы антенн
- Вибраторная антенна
- Симметричный вибратор (диполь)
- Несимметричный вибратор
- Антенна Ground Plane
- Укороченная штыревая антенна
- Колинеарная антенна
- "Коаксиальная" антенна
- J-образная антенна
- Антенна зенитного излучения
- Вертикальная антенна верхнего питания
- Шунтовой вибратор
- Петлевой вибратор ("Петлевой вибратор Пистолькорса")
- Широкополосный "Диполь Надененко"
- Турникетная антенна
- Директорная антенна
- Волновой канал (антенна Уда-Яги)
- Антенна СГ (синфазная горизонтальная)
- Щелевая антенна
- Щелевой вибратор
- Волноводно-щелевая антенна
- Апертурная антенна - антенна, излучение у которой происходит через раскрыв (плоское отверстие - апертуру). Используются в СВЧ-диапазоне.
- Рупорная антенна
- Зеркальная антенна
- Прямофокусная зеркальная антенна
- Офсетная зеркальная антенна
- Антенна Кассегрена
- Антенна Грегори
- Зеркальная антенна с косекансной диаграммой направленности
- Зонтичная антенна
- Рупорно-параболические антенны
- Перископическая антенна
- Линзовая антенна
- Антенна с синтезированной апертурой.
- Антенна бегущей волны
- Спиральная антенна
- Диэлектрическая стержневая антенна
- Импедансные антенны
- Антенна вытекающей волны
- Антенна Бевереджа
- V-образная антенна
- Ромбическая антенна
- Антенна БС
- Антенны диапазона СВЧ
- Микрополосковая антенна
- Патч-антенны
- Сингулярная антенна
- Чип-антенна (антненна, монтируемая по технологии SMD)
- Сверхширокополосные антенны
- Антенна на принципе электродинамического подобия
- Дискоконусная антенна
- Излучатель типа "бабочка"
- Логопериодическая антенна (Логарифмическая периодическая антенна)
- Фрактальная антенна
- Т-рупор
- Антенна Вивальди
- Антенна на принципе электродинамического подобия
- Фазированная антенная решётка
- Пассивные ФАР
- Активные ФАР - с нелинейными преобразованиями сигнала в полотне решётки
- Цифровая антенная решётка - активная ФАР с применением алгоритмов цифровой обработки сигнала непосредственно в полотне
- Антенны с линейными размерами << λ)
- Магнитная антенна
- CFA-антенна
- EH-антенна
- Распределённые антенны
- Частично излучающий кабель (коаксиальный кабель с намеренно ухудшенной экранировкой)
- Антенны для средств RFID
- Ректенна
- Псевдо-антенны (антенны с мифическими техническими характеристиками)
- Ртутная антенна
- Концептуальные антенны
- Гравитационная антенна