Диэлектрические антенны. Ультракороткие волны применяются в радиолокации, для передачи радиовещательных программ с частотной модуляцией в телевидении

Антенны УКВ

Общие сведения

Ультракороткие волны применяются в радиолокации, для передачи радиовещательных программ с частотной модуляцией в телевидении, для многоканальной радиосвязи и для других целей. Основанием для такого широкого применения диапазона УКВ является возможность осуществления в этом диапазоне широкополосной модуляции, остронаправленного излучения и приема.

Конструкция антенны УКВ зависит оттого, в какой части диапазона работает антенна. Конструкция зависит также, для какого вида аппаратуры антенна предназначена. Например, телевизионные передающие антенны должны обеспечивать широкую полосу пропускания порядка 6 Мги и ненаправленное излучение. Для максимальной дальности связи требуется поднять передающую телевизионную антенну на высоту до нескольких сот метров.

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 и дециметровых волнах при горизонтальной поляризации.

Антенны УКВ делятся по расположению в них элементов излучения на линейные и поверхностные. К линейным антеннам УКВ относятся одиночные полуволновые вибраторы (простейшие, петлевые) и решетки из этих вибраторов (синфазные антенны). В поверхностных антеннах излучение и прием осуществляются большими поверхностями, по которым протекают токи СВЧ. Здесь имеются в виду рупорные, параболические, линзовые и другие антенны.

Антенна типа «волновой канал»

Эта антенна, называемая также директорной, состоит из активного полуволнового вибратора (1), соединенного с передатчиком или приемником, и ряда пассивных вибраторов (2,3,4,5). Все они расположены в одной горизонтальной плоскости. Пассивный вибратор (2), называемый рефлектором, находится по одну сторону, а другие вибраторы (3,4,5…), называемые директорами, — по другую сторону от активного вибратора. Эта система вибраторов обеспечивает направленное излучение от рефлектора к директорам.

Пассивные вибраторы прикрепляют к стреле без изоляторов, даже если стрела металлическая, так как стрела симметрична относительно плеч вибраторов и она не влияет на процесс излучения и приема электромагнитных волн.

В месте расположения любого вибратора поле создается его собственным током и волной, идущей от рефлектора к директорам. Поэтому нужно, чтобы в каждом последующем вибраторе ток отставал по фазе на такой же угол, на какой отстает волна, распространяющаясямежду этими вибраторами в пространстве. Тогда каждый вибратор усиливает волну по мере ее движения в главном направлении, т. е. директорная антенна представляет собой решетку линейных электрических вибраторов, возбуждаемых по принципу антенн бегущих волн.

Антенны «волновой канал» широко применяются в качестве приёмных телевизионных, в качестве приёмных и передающих в системах беспроводной передачи данных, в прочих системах связи, в радиолокации. Широкому их распространению способствуют высокое усиление, хорошая направленность, компактность, простота, небольшая масса. Антенну применяют на диапазонах, начиная с коротких волн, в диапазонах метровых и дециметровых волн и на более высоких частотах, на СВЧ-диапазонах.

Диэлектрические антенны

Диэлектрические антенны представляют собой один или несколько конусообразных стержней, изготовленных из диэлектрика с малыми потерями. В качестве такого диэлектрика широко применяют полистирол, имеющий относительную диэлектрическую проницаемость ε = 2,5 и угол потерь 10^-2­ — 5 *10^-3.

Стержень (1) возбуждается штырем (2), являющимся продолжением внутреннего провода коаксиальной линии (3), питающей антенны. Наружный провод фидера соединяется с металлическим патроном (4) , который отражает волны, возбуждаемые штырем, и этим обеспечивает их распространение только по другую сторону штыря. В некоторых конструкциях одну половину стержня срезают, а другую помещают на металлическое основание, которым по методу зеркальных изображений восполняется недостающая половина стержня.

Известно, что в диэлектрическом стержне соответствующего сечения распространяются электромагнитные волны, которые по структуре полей можно отнести к волнам типа НЕ₁₁. Электрическое поле волны НЕ₁₁ преимущественно поперечное. Значит во всем объеме стержня имеются поперечные токи смещения. Как и токи проводимости, они способны вызвать излучение волн. Если добиться полного излучения электромагнитной энергии с поверхности стержня (чтобы от его открытого конца энергия не отражалась), то имеющиеся в стержне поперечные токи смещения образуют антенну бегущей волны с осевым излучением.

Диэлектрические антенны применяются в сантиметровом и примыкающей к нему коротковолновой части дециметрового диапазонов длин волн и являются сравнительно широкополосными (относительная полоса 40... 50%) антеннами

Спиральные антенны

Спиральная антенна представляет собой свернутый в спираль провод (1), который питается через коаксиальный фидер (2). Внутренний провод фидера соединяется со спиралью, а внешняя оболочка фидера — с металлическим диском (3).

Свойства спиральной антенны в значительной мере определяются формой и размерами спирали. По форме спираль может быть не только цилиндрической, но и конической, плоской или иметь вид ломаной линии. Цилиндрическая спиральная антенна характеризуется следующими геометрическими размерами:

a – радиус спирали

s – шаг спирали

l_A – длина спирали по ее оси

p – число витков спирали

Характерной особенностью спиральных антенн является их высокое входное сопротивление, позволяющее в ряде случаев без использования дополнительных согласующих трансформаторов привести его к 50 Ом для передачи по обычному коаксиальному кабелю. Применяется, как правило, для приёма и передачи на высоких частотах.