Русская Википедия:Антенна

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Шаблон:Другие значения

Файл:Radiotelescope MGTU.PNG
Антенна радиотелескопа РТ 7.5. Диаметр зеркала 7,5 м, рабочий диапазон длин волн 1—4 мм
Файл:Dipole xmting antenna animation 4 408x318x150ms.gif
Дипольная антенна, излучающая радиоволны. Условно показаны петли электрического поля
Файл:Dipole receiving antenna animation 6 800x394x150ms.gif
Электрическое поле (E) приходящей волны возбуждает в приёмной антенне переменный ток, протекающий через входное сопротивление приёмника

Анте́нна (Шаблон:Lang-lat — мачта[1], рея) — преобразователь (обычно линейный) волновых полей[2]; в традиционном понимании — устройство, предназначенное для излучения или приёма радиоволн[3][1].

Передающая антенна преобразует направляемые электромагнитные волны, движущиеся от радиопередатчика по фидерной линии к входу антенны, в свободные расходящиеся в пространстве электромагнитные волны. Приёмная антенна преобразует падающие на неё свободные волны в направляемые волны фидера, подводящие принятую энергию к входу радиоприёмника[4]Шаблон:Rp.

Первая передающая антенна была создана Генрихом Герцем в 1886—1888 годах в ходе его экспериментов по доказательству существования электромагнитных волн (вибратор Герца, дипольная антенна).

Конструкция и размеры 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 отражающими элементами (рефлекторами), а также линзами.

Излучающая часть антенн, как правило, изготавливается из проводящих электрический ток материалов, но могут применяться изоляционные материалы (диэлектрики), а также полупроводники и метаматериалы.

Терминология

Происхождение слова «антенна» по отношению к аппаратуре беспроводной связи приписывают итальянцу Г. Маркони. Летом 1895 года Маркони начал опыты со своими приборами в поместье отца и вскоре стал экспериментировать с длинной проволокой, подвешенной к шесту[5]. По-итальянски шест для палатки известен как l’antenna centrale, а шест с проводом был назван просто l’antenna. До этого излучающий передающий и приёмный элементы беспроводного устройства были известны просто как «терминалы» (выводы). Благодаря приобретённой известности Маркони его использование слова «антенна» распространилось среди исследователей и энтузиастов беспроводной связи, а затем и среди широкой публики[6][7].

Условная дата официального происхождения радиотехнического термина «антенна» — 30 января 1898 года. Это дата публикации статьи Люсьена Пуанкаре, подтверждающей приоритет Маркони в использовании термина «антенна» для нужд беспроводной телеграфии. Утверждение советских авторов, что термин «антенна» был предложен А. Блонделем в его письме к А. С. Попову (от 20 ноября 1898 года[8]Шаблон:Rp), ошибочно[6][9]. Попов и после 1898 года не применял термин «антенна», а ряд физиков в конце XIX века, в том числе Блондель, не называли антенной вибратор Герца[10][8]Шаблон:Rp[6]Шаблон:Ref+.

Термин «антенна» в широком смысле может относиться ко всему сооружению, включая опорную конструкцию, корпус (если есть) и т. д., в дополнение к фактическим токонесущим радиочастотным компонентам. Приёмная антенна может включать в себя не только пассивные металлические приёмные элементы, но и встроенный предусилитель или смеситель, особенно в диапазоне микроволновых частот и выше.

История

Шаблон:Также Устройства, с помощью которых возможен приём электромагнитных колебаний, появились в середине XVIII века. В радиотехническом смысле металлический провод молниеотвода, изобретённого в 1751 году Б. Франклином, можно вполне корректно рассматривать как заземлённую приёмную антенну. Длинным проводом, поднятым над землёй пользовались в своих экспериментах Г. Рихман (1752) и Л. Гальвани (1791)[11]Шаблон:Rp.

В 1876 году Т. Эдисон использовал несимметричную шаровидную антенну в сконструированном им приёмнике электромагнитных колебаний[11]Шаблон:Rp. Предложенный Эдисоном в 1885—1886 годах способ беспроводной телеграфной связи между кораблями при помощи электрических волн предусматривал установку на береговых станциях вертикальной антенны, а на кораблях — Г-образной[12].

Первая передающая антенна — так называемый вибратор Герца, или симметричный вибратор — была создана Г. Герцем в 1886—1888 годах в ходе его экспериментов по обнаружению электромагнитных волн[13]. Для обнаружения волн Герц использовал простейший приёмник в виде металлической рамки с малым искровым промежутком. Другим вариантом приёмника был также вибратор, но с малым искровым промежутком[14].

Антенну в приёмнике (а также в передатчике[15]) в виде отрезка проволоки использовал в своих экспериментах Э. Бранли в 1890—1891 годах[11]Шаблон:Rp.

Передающую и приёмную антенны в виде вертикального провода использовал Я. Наркевич-Иодко, который в начале 1890-х годов «произвёл в Вене весьма интересные передачи с катушкой Румкорфа, соединённой с землёй и с антенной, и с приёмником, образованным из антенны и телефона, также заземлённого (правда, может быть, без ясного представления о роли электромагнитных волн в этих опытах)»[16]Шаблон:Rp.

В 1893 году вертикальные антенны в передатчике и приёмнике применял Н. Тесла при демонстрации своего устройства для получения электромагнитных колебаний и передаче электрической энергии приёмнику через пространство[11]Шаблон:Rp.

В советской[17], а затем в российской литературе[18] идея создания и использования приёмной антенны в виде вертикального провода часто приписывалась А. С. Попову (1895). Однако сам Попов, описывая в 1899 году поднятые на мачте провод передатчика и провод приёмника Маркони, отмечал[19]Шаблон:Rp: Шаблон:Начало цитатыУпотребление мачты на станции отправления и на станции приёма для передачи сигналов помощью электрических колебаний не было, впрочем, новостью: в 1893 г. в Америке была сделана подобная попытка передачи сигналов известным электротехником Николаем Тесла. На станции отправления на высокой мачте был поднят изолированный проводник, снабжённый на верхнем конце некоторой ёмкостью в виде металлического листа; нижний конец этой проволоки соединялся с полюсом трансформатора Тесла высокого напряжения и большой частоты. Другой полюс трансформатора был соединён с землёю. Разряды трансформатора были слышны на станции приёма в телефоне, соединённом с высоко поднятым проводом и землёй.Шаблон:Конец цитаты

В примечании к его высказыванию от составителей сборника документов говорится: «А. С. Попов никогда не ставил себе в заслугу использование антенн, хотя много работал над их конструкцией»[19]Шаблон:Rp.

Исследователи относят начало применения в аппаратуре Маркони длинного провода для передатчика и приёмника к осени 1896 года[20], а по некоторым источникам — к лету 1895 года[21].

Принцип действия

Файл:Dipolentstehung.gif
От колебательного контура к дипольной антенне. Силовые линии электрического (синие) и магнитного (красные) полей

Упрощённо принцип действия антенны состоит в следующем. Как правило, конструкция антенны содержит металлические (токопроводящие) элементы, соединённые электрически (непосредственно или через линию питания — фидер) с радиопередатчиком или с радиоприёмником. В режиме передачи переменный электрический ток, создаваемый источником (например, радиопередатчиком), протекающий по токопроводящим элементам такой антенны, в соответствии с законом Ампера порождает в пространстве вокруг себя переменное магнитное поле. Это меняющееся во времени магнитное поле, в свою очередь, не только воздействует на породивший его электрический ток в соответствии с законом Фарадея, но и создаёт вокруг себя меняющееся во времени вихревое электрическое поле. Это переменное электрическое поле создаёт вокруг себя переменное магнитное поле и так далее — возникает взаимосвязанное переменное электромагнитное поле, образующее электромагнитную волну, распространяющуюся от антенны в пространство. Энергия источника электрического тока преобразуется антенной в энергию электромагнитной волны и переносится электромагнитной волной в пространстве. В режиме приёма переменное электромагнитное поле падающей на антенну волны наводит токи на токопроводящих элементах конструкции антенны, которые поступают в нагрузку (фидер, радиоприёмник). Наведённые токи порождают напряжения на входном импедансе приёмника.

Характеристики антенн

Электромагнитное излучение, создаваемое антенной, обладает свойствами направленности и поляризации. Антенна как двухполюсник обладает входным сопротивлением (импедансом). Реальная антенна преобразует в электромагнитную волну лишь часть энергии источника; остальная энергия расходуется в виде тепловых потерь. Для количественной оценки перечисленных и ряда других свойств антенна описывается набором радиотехнических и конструктивных характеристик и параметров, в частности:

Файл:15el-yagi-dn800.PNG
Параметры и пример диаграммы направленности (ДН) антенны:
КНД — коэффициент направленного действия,
КУ — коэффициент усиления,
УБЛ — уровень боковых лепестков,
F/B — коэффициент подавления обратного излучения

Ряд электрических характеристик антенн как взаимных устройств (пассивных линейных многополюсников) в режиме передачи и в режиме приёма совпадает, в том числе: ДН (КНД, КУ, УБЛ) и входной импеданс. Например, диаграммы направленности антенны в режиме приёма и в режиме передачи совпадают.

Основные типы антенн

Шаблон:ЛП

Файл:Главная антенна питерской телебашни.jpg
Мощная антенна телебашни (высота над землёй 326 метров, снято суперзумом)
Файл:Антенно-мачтовое сооружение.jpg
Антенно-мачтовое сооружение с установленными на нём антеннами
Файл:Antenna.jpg
Телевизионные антенны типа «волновой канал» метрового и дециметрового диапазонов
Файл:Антенна Дельта Н-1381 на мачте.jpg
Телевизионная антенна на мачте. Такая установка весьма характерна в сельской местности
Файл:Sputnik asm.jpg
Вибраторные уголковые антенны на первом искусственном спутнике Земли разработаны профессором РТФ МЭИ Г. Т. Марковым. Две антенны[4]Шаблон:Rp располагаются крест-накрест, каждая состоит из двух плеч-штырей длиной по 2,4 м и по 2,9 м, угол между плечами в паре — 70°. Такая антенна на рабочих длинах волн 15 и 7,5 м обеспечивала близкую к равномерной характеристику направленности (требовалось в связи с тем, что спутник был неориентирован) и хорошие входные импедансы с учетом влияния металлического корпуса спутника.
Файл:Seeker Kh-35E maks2005.jpg
Волноводно-щелевая ФАР в составе головки самонаведения противокорабельной ракеты Х-35Э. МАКС-2005

Содержание этого раздела является скорее не классификацией, а простым перечислением типов антенн со ссылками на их более подробное описание.

Файл:Рамочная комнатная антенна.JPG
Телевизионная комнатная антенна дециметрового диапазона в виде рамки
  • Телескопическая антенна[22]

Примеры выдающихся конструкций

  • Антенна АДУ-1000
  • Антенна РТ-70
  • Антенна загоризонтной РЛС «Дуга»
  • Антенна станции зондирования ионосферы HAARP
  • Антенна радиообсерватории Аресибо
  • Антенна радиотелескопа Грин-Бэнк
  • Антенна СДВ-радиостанции «Голиаф»

Средства защиты от внешних воздействий

Интересные сведения

  • Электрические параметры антенны (ДН, входное сопротивление) не изменятся, если изменить все её размеры и длину волны в одинаковое число раз (принцип электродинамического подобия).
  • Амплитудно-фазовое распределение (распределение комплексной амплитуды тока как функции координат по апертуре антенны) и диаграмма направленности антенны в дальней зоне как функция угловых координат (пространственных частот) связаны преобразованием Фурье. При нахождении формы ДН удобно использовать теоремы связанные с преобразованием Фурье.
  • Эффективные размеры антенн с синтезированной апертурой могут составлять десятки и сотни километров.
  • Параметры пассивных антенн в линейных негиротропных средах не зависят от того, работает ли антенна на приём или на передачу, что вытекает из теоремы взаимности.

Программы для анализа параметров и синтеза антенн

Разработка хорошей антенны является неоднозначной, нетривиальной и часто сложной задачей. Поэтому при проектировании антенн идут на компромисс, так как антенна должна не только обеспечить требуемую диаграмму направленности и заданные электрические параметры, её конструкция должна быть ещё и прочной, недорогой, технологичной, стойкой к воздействию окружающей среды, ремонтопригодной, а в последнее время — часто выдвигается требование экологичности — минимизации возможного вреда от излучения и затрат на утилизацию.

С другой стороны, задача анализа (определения электромагнитных параметров антенны известной конструкции) с появлением компьютеров в большинстве случаев может быть успешно решена. Для этого создано и продолжает разрабатываться программное обеспечение ЭВМ, использующее численные методы решения задач электродинамики для анализа электрических параметров антенн. Многие из таких программ являются достаточно сложными в освоении коммерческими САПР, что существенно ограничивает их применение радиолюбителями и DIY-сообществом. Вот некоторые из них:

Специализирующиеся производители

Галерея

См. также

Примечания

Комментарии

Шаблон:Примечания

Источники

Шаблон:Примечания

Литература

Ссылки

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ 1,0 1,1 Словарь иностранных слов и выражений / Автор-составитель Е. С. Зенович.— М.: Олимп; ООО «Фирма «Издательство АСТ», 1998. — 608 с. ISBN 5-7390-0457-8 (Олимп) ISBN 5-237-00161-0 (АСТ)
  2. ↑ Антенна / Шаблон:Cite web
  3. ↑ Шаблон:Cite web
  4. ↑ 4,0 4,1 Марков Г. Т., Сазонов Д. М. Антенны. — М.: Энергия, 1975.
  5. ↑ Шаблон:Cite web
    Шаблон:Cite book
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 Слюсар В. И. Антенна: история радиотехнического термина Шаблон:Wayback // Первая миля. — 2011. — № 6. — С. 52—64.
  7. ↑ Шаблон:Cite conference
  8. ↑ 8,0 8,1 Золотинкина Л. И., Партала М. А., Урвалов В. А. Летопись жизни и деятельности Александра Степановича Попова Шаблон:Wayback / Под ред. акад. РАН Ю. В. Гуляева. — СПб.: Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина), 2008. — 560 с.
  9. ↑ Шаблон:Cite conference
  10. ↑ Бренев И. В. Начало радиотехники в России / Под ред. С. И. Зилитенкевича. — М.: Сов. Радио, 1970. — 256 с. — С. 79.
  11. ↑ 11,0 11,1 11,2 11,3 Шаблон:Книга
  12. ↑ Самохин В. П., Тихомирова Е. А. На заре радиосвязи Шаблон:Wayback // Наука и образование: электронное научно-техническое издание, 2017, вып. 6.
  13. ↑ Шаблон:БРЭ
  14. ↑ Шаблон:Cite web
  15. ↑ 177. Доклад Комиссии, избранной Физическим отделом Русского физико-химического общества по вопросу о научном значении работ А. С. Попова с приложением писем Э. Бранли и О. Лоджа. 1908 // Шаблон:Книга
  16. ↑ 62. Из журнала заседаний Французского физического общества в Париже в связи с работами А. С. Попова. Декабрь 1898 г. // Шаблон:Книга
  17. ↑ Шаблон:БСЭ3
  18. ↑ Шаблон:БРЭ
  19. ↑ 19,0 19,1 71. Доклад А. С. Попова «Телеграфирование без проводов» на соединённом заседании VI отдела Русского технического общества и Первого Всероссийского электротехнического съезда. 29 декабря 1899 г. // Шаблон:Книга
  20. ↑ Шаблон:Cite web
  21. ↑ Charles Süsskind. Popov and the beginnings of radiotelegraphy. Proc. IRE. — 1962. — V. 50. — P. 2036—2047.
  22. ↑ Шаблон:Cite web
  23. ↑ Шаблон:Cite web
  24. ↑ Айзенберг Г. З., Белоусов С. П., Жубенко Э. М. и др. Коротковолновые антенны / Под ред. Г. З. Айзенберга. — М: Радио и связь, 1985.
  25. ↑ Шаблон:Cite web
  26. ↑ Tianxiang Nan, et al., «Acoustically actuated ultra-compact NEMS magnetoelectric antennas», Nature Communications, 8, 296, pp. 1 — 8, 22 August 2017. [1] Шаблон:Wayback
  27. ↑ Шаблон:Cite web
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Антенна&oldid=9000700