Коммуникации | Радио. Приёмные антенны. Свойства

Основные свойства и параметры приёмных антенн

В технике радиоприёма применяют разнообразные типы приёмных антенн, и в зависимости от целевого назначения радиоприёмника и от его диапазона частот используется тот или иной тип антенны. Так, например, для коротковолновых приёмников магистральных линий связи используются направленные антенны: антенны бегущей волны, ромбические антенны, плоские синфазные антенны и т.д. Для радиопеленгаторов часто применяются приёмные рамки и комбинации их с открытыми антеннами. Для профессиональных приёмников длинных, средних и промежуточных волн часто используются антенны простейшего типа в виде одиночного провода. Такие простейшие антенны широко используются также для радиовещательных приёмников. Для радиолокационных приёмников ультракоротковолнового диапазона преимущественно применяются: направленные директорные антенны, представляющие собой комбинацию активного вибратора с рефлектором и директорами: рупорные антенны, имеющие вид рупора, из которого излучаются электромагнитная энергия; щелевые антенны; диэлектрические антенны и т.д.

При расчёте и проектировании радиоприёмных устройств необходимо знать основные свойства и параметры приёмных антенн. Эти свойства устанавливаются в теории приёмных антенн. Эти свойства устанавливаются в теории приёмных антенн, основоположником которой являлся член-корреспондент Академии наук СССР А.А. Пистолькорс. Теория приёмных антенн основывается на применении принципа взаимности, при помощи которого можно определить все основные свойства приёмной антенны, если известны свойства этой антенны при использовании её как передающей. Справедливость принципа взаимности, известного из теории пассивных линейных четырёхполюсников, для передающих и приёмных антенн была доказана М.П. Свешниковой (1927 г.), а применение этого принципа к теории приёмных антенн предложено проф. М.С. Нейманом (1935 г.).

Основные показатели приёмной антенны

Основными показателями приёмной антенны являются сопротивление, коэффициент полезного действия, коэффициент направленного действия, характеристика направленности, коэффициент усиления, действующая высота и действующая площадь.

Сопротивление приёмной антенны Z_a=R_a+jX_A

состоящее, в общем случае, из активной и реактивной составляющих, представляет собой сопротивление той же антенны при использовании её в качестве передающей.

Коэффициентом полезного действия приёмной антенны называется отношение излучаемой ею мощности к полной расходуемой ею мощности при использовании её как передающей антенны. Аналитически коэффициент полезного действия (к.п.д.) выражается так:

η_A= P_∑ / (P_∑ + P_п) = R_∑ / (R_∑ + R_п)

Где

P_∑ – мощность излучения;
P_п – мощность потерь;
P_∑ – сопротивление излучения;
R_п – сопротивление потерь.

Коэффициент направленного действия (к.н.д.) приёмной антенны, введённый впервые А.А. Пистолькорсом в 1929 г., также может быть определён при использовании её в качестве передающей. Он представляет собой величину, показывающую, во сколько раз нужно увеличить излучаемую мощность при переходе от направленной к совершенно ненаправленной антенне для того, чтобы в какой либо удалённой точке создать электромагнитное поле с той же напряжённостью. Под совершенно ненаправленной антенной разумеется антенна, одинаково излучающая энергию во всех направлениях в пространстве.

Для данной антенны коэффициент направленного действия D зависит от направления в пространстве, характеризуемого двумя углами, например азимутом φ и углом места ψ. При определённых значениях этих углов коэффициент направленного действия достигает наибольшей величины, которую будем обозначать через D_m.

Помимо коэффициента направленного действия, свойство антенны неодинаково излучать энергию в различных направлениях отображают её характеристиками направленности.

Характеристикой направленности антенны называется зависимость создаваемой ею напряжённости поля в точках, находящихся на одинаковых от неё расстояниях, от углов φ и ψ, характеризующих направление радиуса-вектора, соединяющего точку расположения антенны с точкой, в которой определяется напряжённость поля. Полагая один из указанных углов постоянным, получают характеристику направленности антенны в той или иной плоскости, например, в горизонтальной или вертикальной. Характеристики направленности обычно изображаются в полярных координатах. Иногда же пользуются и прямоугольными координатами.

Коэффициент усиления приёмной антенны характеризует её как в отношении потерь при преобразовании энергии, так и в отношении правильного распределения этой энергии в пространстве, при использовании антенны в качестве передающей. Коэффициент усиления представляет собой величину, показывающую, во сколько раз нужно увеличить подводимую к антенне мощность при переходе от реальной направленной антенны к идеальной ненаправленной антенне с коэффициентом полезного действия, равным единице, для того, чтобы в какой либо удалённой от антенны точке создать электромагнитное поле с такой же напряжённостью.

Коэффициент усиления G антенны равен произведению её к.н.д. на к.п.д., т.е.

G = D η_A

А наибольшее значение этого коэффициента, соответствующее направлению главного излучения, будет

G_m = D_m η_A

Действующей высотой h_д приёмной антенны называется отношение э.д.с. Е_Amax, наводимой в ней плоскополяризованной электромагнитной волной с напряжённостью электрического поля E, к этой напряжённости поля. Чем больше действующая высота, тем больше э.д.с. наводится в антенне одним и тем же электромагнитным полем.

Рассмотренные здесь показатели приёмной антенны, вообще говоря, зависят от рабочей частоты приходящей электромагнитной волны. В частности, например, активное и реактивное сопротивления (R_A и X_A) антенны и её действующая высота (h_д) являются функциями частоты. Для расчёта приёмного устройства необходимо знать эти зависимости R_A(f), X_A(f) и h_д(f), которые показывают, как изменяются свойства антенны при изменении рабочей частоты.

© greenmile

По материалам:
Сифоров В.И. Радиоприёмные устройства. 5-е изд., переработанное. – М: Военное издательство Министерства обороны Союза ССР, 1954. – 804 с.

В начало

Коммуникации | Радио. Приёмные антенны. Свойства