Антенна — приёмопередающее устройство радиосвязи¶
Антенна — устройство (технический объект), предназначенное для излучения и приёма электромагнитных волн радиочастотного диапазона. Представляет собой конструкцию из проводников (чаще всего металлических), формирующую направленное или ненаправленное излучение, либо преобразующую электромагнитное поле в электрический сигнал. Антенны являются неотъемлемой частью радиотехнических систем: радиовещательных и телевизионных приёмников, радиосвязи, радаров, мобильных телефонов, спутниковых систем навигации.
¶Происхождение термина
Слово «антенна» происходит от латинского antenna — рангоут, древко паруса. В русском языке слово закрепилось в радиотехническом значении в конце XIX — начале XX века, когда получило развитие радио. Изначально в русском языке для обозначения излучающей конструкции использовался термин «рецептор» и «волновод», но по мере развития радиосвязи утвердилось слово «антенна», заимствованное через немецкий язык. В современном русском языке пишется слитно: «антенна», с двумя буквами «н» и без ударения на первый слог (ударение ставится на второй: анте́нна).
¶Классификация
Антенны классифицируются по нескольким признакам.
¶По назначению
- Приёмные — принимают электромагнитные волны из внешнего пространства и преобразуют их в электрические сигналы.
- Передающие — излучают электромагнитные волны в окружающее пространство.
- Приёмопередающие — совмещают обе функции, переключаясь между ними (например, в радарах и мобильных телефонах).
¶По типу излучателя
- Линейные — состоят из прямолинейных проводников (диполь, монополь, рамочная антенна).
- Поверхностные — излучение происходит за счёт токов на поверхности (параболическая, рупорная).
- Апертурные — имеют ограниченную площадь излучения (линзовая, щелевая).
- Волноводные — работают на основе волноводов.
¶По диаграмме направленности
- Ненаправленные (омнидирекциональные) — излучают примерно равномерно во всех направлениях горизонтальной плоскости (вертикальный штырь, диполь).
- Направленные — концентрируют излучение в определённом направлении (пантенна, параболическая, Yagi-Uda).
¶По диапазону рабочих частот
- Длинноволновые (ДВ) — 3–30 кГц.
- Средневолновые (СВ) — 300–3000 кГц.
- Коротковолновые (КВ) — 3–30 МГц.
- Ультракоротковолновые (УКВ) — 30–3000 МГц (включая дециметровые и сантиметровые диапазоны).
¶Основные типы антенн
¶Диполь Герца
Простейшая симметричная антенна, состоящая из двух коллинеарных проводников общей длиной около половины рабочей длины волны. Названа в честь немецкого физика Генриха Герца, впервые экспериментально подтвердившего существование электромагнитных волн в 1887–1888 годах. Диполь является базовой конструкций, от которой «отталкиваются» при проектировании большинства других типов антенн.
¶Вибратор
Обобщённое название класса линейных антенн, работающих на основе стоячих волн тока. Помимо полуволнового диполя, к вибраторам относятся рамочные антенны и спиральные конструкции.
¶Штыревая антенна
Вертикальный монополь, работающий по отношению к земной поверхности, которая играет роль «зеркала». Наиболее распространённый тип приёмной антенны в радиовещании («телевизионная антенна» на крыше), а также в автомобильной и мобильной связи.
¶Параболическая антенна
Зеркальная антенна параболической формы, фокусирующая излучение от источника, расположенного в фокусе параболоида. Применяется в спутниковой связи, радиолокации, радиоастрономии. Диаметр зеркал может составлять от десятков сантиметров до десятков метров (например, радиотелескоп РТ-70 в Крыму с зеркалом диаметром 70 м).
¶Антенна Яги-Уда
Направленная антенна, разработанная в 1926 году японскими учёными Хидэки Яги и Дзюнтаро Уда. Состоит из активного вибратора, рефлектора и одного или нескольких директоров. Широко применялась в телевизионных приёмниках в СССР и России в виде характерных «рыбьих скелетов» на крышах домов.
¶Основные характеристики
- Коэффициент усиления — мера способности антенны концентрировать излучение в определённом направлении, измеряется в дБ или дБи.
- Диаграмма направленности — графическое представление распределения излучаемой мощности по направлениям.
- Входное сопротивление — сопротивление, которое антенна «показывает» передающему или приёмному устройству; должно быть согласовано с сопротивлением фидера (обычно 50 или 75 Ом).
- Коэффициент полезного действия (КПД) — отношение излучаемой мощности к подводимой.
- Рабочий диапазон — диапазон частот, на котором антенна сохраняет приемлемые параметры.
¶Применение
Антенны используются повсеместно: в радиовещании и телевещании, мобильной связи (внутри смартфона размещается миниатюрная антенна), Wi-Fi-роутерах, GPS-приёмниках, автомобильных радиоприёмниках, авиационной и морской навигации, радиолокации, радиоастрономии, военной технике. В космической связи применяются крупногабаритные параболические антенны наземных станций.
¶Интересные факты
- Антенна Яги-Уда, несмотря на японское происхождение, получила широкое распространение именно в СССР, где массово производилась для телевизоров «Рекорд», «Электроника» и других.
- В СССР существовало массовое увлечение радиолюбительством, и конструирование антенн для приёма КВ-вещания было распространённым хобби.
- Первую в мире антенну-мачту построил Александр Попов в 1895 году для своего радиоприёмника, продемонстрированного 7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества.
Источники:
- Большая советская энциклопедия, статья «Антенны»
- Справочник по радиотехнике, под ред. В. И. Сифорова
- Справочник по расчёту и конструированию антенн, под ред. Д. И. Третьякова
- Электромагнитные волны и антенны, учебник для вузов