Физическая энциклопедия - антенна

(от лат. antenna мачта, рей), устройство для излучения или приёма радиоволн. А. оптимально преобразует подводимые к ней эл.-магн. колебания в излучаемые эл.-магн. волны (передающая А.) или, наоборот, преобразует падающие на неё эл.-магн. волны в эл.-магн. колебания, к-рые затем воздействуют на приёмник (приёмная А.). Появление А. относится к кон. 19 в. В 1887 нем. физик Г. Герц, использовав дипольную А. (Герца диполь) Рис. 1. Вибратор Герца. Рис. 2. Антенна Попова. получил эл.-магн. волны с длиной волны l=0,6-10 м, тем самым подтвердив выводы теории Максвелла (см.

МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ, ЭЛЕКТРОДИНАМИКА). В 1895-96 А. С. Попов и независимо от него итал. инженер Г. Маркони создали А., впервые использовавшиеся для практич. целей. Антенна Попова, в отличие от симметричного вибратора Герца, была несимметричной, вторым проводником служила Земля (рис. 2). Первоначально функции передатчика (приёмника), линии передачи и собственно А.

были совмещены в одном узле, но в дальнейшем А. выделились в самостоят. устройства.Излучение радиоволн. Простейшие излучатели. Излучение эл.-магн. волн связано с процессом излучения осциллирующими электрич. зарядами. В классич. представлении поле такого осциллятора аналогично полю элем.

электрич. диполя длиной l1) происходит существ. нарушение синфазности, сопровождаемое осцилляциями амплитуд поля, в т. ч. в направлении распространения. Это зона дифракции Френеля (см. ДИФРАКЦИЯ ВОЛН, ДИФРАКЦИЯ СВЕТА). И наконец, при r>D2/l (условно принято при r>2D2/l) волн. фронт становится сферическим, поле убывает как 1/r, и осцилляции амплитуд в направлении распространения практически исчезают.

Это дальняя зона А., где уже можно оперировать с понятием диаграммы направленности (зависимости амплитуды поля только от угл. координат). Другие характеристики антенны. Кроме диаграмм направленности по амплитуде и мощности, часто пользуются поляризационными и фазовыми диаграммами направленности. Поляризац. диаграмма зависимость поляризации поля (ориентации вектора Е) от направления в дальней зоне А.

Различают линейную и эллиптическую (в частности, круговую) поляризации. Угл. зависимость фазы поля А.фазовая диаграмма, в отличие от амплитудной зависит от расположения начала координат на А. Если можно найти такое положение начала координат, относительно к-рого фаза постоянна (не зависит от угла) или скачком меняется на В±p при переходе от одного лепестка диаграммы к другому, то такое начало координат наз. фазовым центром А. Обладающую фазовым центром А. можно считать источником сферич. волн. В большинстве случаев А. не имеют фазового центра. Поэтому часто вводят условный фазовый центр центр кривизны поверхности (или линии) равных фаз в гл. направлении. Параметрами А. также явл.: коэфф. направленного действия Д, коэфф. усиления G=Дh (h кпд А.), коэфф. рассеяния b (доля мощности, излучаемой вне гл. лепестка диаграмм направленности), а также диапазонность (полоса частот). Коэфф. направленного действия Д характеризует выигрыш по мощности в данном направлении (обычно в направлении максимума) вследствие направленности А. Он равен отношению мощности, излучаемой в ед.

телесного угла (q, j) в направлении максимума (Дмакс) диаграммы направленности, к ср. мощности, излучаемой А. по всем направлениям. Для апертурных А. Дмакс-k•4p/Dq0,5Dj0,5, где k=0,6-0,7 коэфф. использования А., учитывающий, что часть мощности (b) уходит в боковые лепестки, а апертура А. облучается неравномерно.

Хар-ки А. зависят от частоты. Диапазон частот Dw, в к-ром хар-ки А. можно считать неизменёнными, наз. её полосой частот. У нек-рых А. параметры незначительно меняются в широком диапазоне частот. Напр., ромбическая антенна и логопериодич. А. весьма широкополосны. Приёмные антенны характеризуются теми же параметрами, что и передающие.

Взаимности принцип связывает хар-ки передающих и приёмных А. Одно из следствий теоремы взаимности совпадение диаграмм направленности А. при её работе в режимах передачи и приёма. Для приёмных А. диаграмма направленности зависимость напряжения, тока или мощности на клеммах А. от угла прихода (q, j) на А. плоской волны. Приёмную А.

характеризуют дополнит. параметры: эфф. площадь sэфф (для линейных А.действующая длина или высота), шумовая темп-pa Та, помехозащищённость. Бели бы вся мощность, попадающая на раскрыв А., поглощалась ею, то эфф. поверхность А.sэфф равнялась бы геом. площади sгеом её раскрыва. Поскольку, однако, часть мощности рассеивается, а часть теряется (джоулевы потери), то sэфф .