антенны

РАДИОТЕХНИКА

главная

AHTEHHЫ

Антенна - это устройство приема или передачи, которое преобразует энергию высокочастотных колебаний передатчика в энергию электромагнитного поля радиоволн при передаче сигнала, и, наоборот, преобразует энергию электромагнитного поля радиоволн в энергию электрического тока во входных цепях приемника, при приеме сигнала. Что же представляет собой радиоволны? Радиоволны - это электрические и магнитные поля, меняющиеся во времени. Скорость распространения радиоволн в свободном пространстве составляет 300000 км/с. Исходя из этого, можно определить длину радиоволны (м).

                      λ=300/f,

                       где f - частота (мГц)

В зависимости от длины радиоволны, они подразделяются на мириаметровые, километровые, гектометровые, декаметровые, метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и децимиллиметровые.

название	частоты	примечание
мириаметровые	от 3 до 30 кГц	ОНЧ
километровые	от 30 до 300 кГц	НЧ
гектометровые	от 300 кГц до 3 МГц	СЧ
декаметровые	от 3 до 30 МГц	ВЧ
метровые	от 30 до 300 МГц	ОВЧ
дециметровые	от 300 до 3000 МГц	УВЧ
сантиметровые	от 3 ГГц до 30 ГГц	СВЧ
миллиметровые	от 30 до 300 ГГц	КВЧ
децимиллиметровые	от 300 до 3000 ГГц

Важное значение в приеме и передачи сигнала имеет поляризация радиоволн. Если передающая станция передает сигнал с вертикальной поляризацией, то и приемная сторона должна иметь антенну с вертикальной поляризацией. Существует, как я уже сказал, радиоволны с вертикальной, горизонтальной и круговой поляризацией. Круговая, в свою очередь, бывает правосторонней и левосторонней. Применение поляризации, обусловлено тем, что некоторые передающие станции ведут вещание на очень близких частотах с соседними станциями, что приводит к большому уровню помех. И, чтобы избежать этого, применяют различную поляризацию радиоволн. Так антенна "волновой канал" в обычной установке принимает сигнал с горизонтальной поляризацией, но стоит ее перевернуть на 90º, и она станет принимать сигнал с вертикальной поляризацией. Важное значение имеет способ подключения радиочастотного кабеля к антенне. Если сигнал с горизонтальной поляризацией, кабель отводим от антенны - вертикально, перпендикулярно плоскости, чтобы он, как можно меньше принимал сигнал. С вертикальной поляризацией немного сложнее, радиочастотный кабель нужно отвести от антенны горизонтально, хотя бы на некотором расстоянии. Это обусловлено тем, что сигнал принятой антенной и самим кабелем имеет различную фазу. А это отобразится на качестве принимаемого сигнала.

ДИФРАКЦИЯ, РЕФРАКЦИЯ И ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ РАДИОВОЛН

  Дифракция радиоволн – явление, при котором радиоволны способны огибать препятствия. Чем больше длинна волны по сравнению с препятствием, тем лучше она его преодолеет. Например, гектометровые и километровые волны способны огибать горы, холмы и многоэтажные дома. В то же время волны микроволнового диапазона не способны огибать эти препятствия и создают за ними зону радиотени. Благодаря этому явлению, волны огибают неровности земной поверхности, распространяясь в виде поверхностной волны на очень большие расстояния.
  Рефракция радиоволн - явление преломления радиоволн в атмосфере вследствие уменьшения плотности воздуха с высотой, которая приводит к увеличению дальности распространения поверхностной радиоволны. При некоторых особых состояниях атмосферы, когда плотность воздуха уменьшается с высотой быстрее, чем в нормальной атмосфере, может образоваться атмосферный волновод (суперрефракция), по которому поверхностная волна распространяется несколько дальше, чем при нормальной рефракции.
  Интерференция радиоволн - явление взаимного наложения радиоволн, приходящих в точку приема по различным путям. Если амплитуды сигналов, приходящих по различным путям, одинаковы, то при совпадении фазы результирующий сигнал удваивается, а при противоположных фазах - равен нулю. На практике мы часто слышали в приемнике замирание сигнала на некоторое время, и наблюдали повторные контуры на телевизионном изображении. Все это проявление интерференции радиоволн.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ И ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ВОЛНЫ

  В зависимости от длины радиоволны, связь может осуществляться при помощи поверхностных и пространственных радиоволн.
  Поверхностная волна распространяется вдоль поверхности земли, и благодаря явлению дифракции она способна огибать кривизну земли и распространятся на приличные расстояния. Чем ниже частота сигнала (чем больше длина волны) тем больше дальность распространения сигнала.
  Пространственная волна распространяется при помощи отражения от ионосферы земли.

Поверхностные волны характеризуются критической частотой ионосферы (Fкр) - это наибольшая частота радиосигнала, при котором он, излученный вертикально, еще отражается от ионосферы. При частоте F>Fкр сигнал будет отражаться от ионосферы, а при F меньше Fкр отражаться уже не будет и свободно пройдет сквозь ионосферу. Если же пространственная волна падает на слой ионосферы не под прямым углом, а наклонно, то отражение радиоволны будет происходить на частоте, превышающую критическую. Наибольшая частота, при которой сигнал при фиксированным угле ее падения на ионосферу (β) еще может от нее отражаться, называется максимально применимой частотой МПЧ (Fм), и определяется:

           Fм = Fкр/sinβ

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

  Мириаметровые и километровые волны обладают ярко выраженной способностью к дифракции, и обеспечивает надежную связь на огромных расстояниях. На расстоянии до 400 км распространение волны происходит с помощью поверхностной волны, до 3000 км - с помощью поверхностной и пространственной волны, свыше 3000 км только с помощью пространственной волны. Применяются в основном для радиовещания и радионавигации. Основной источник помех - атмосферные разряды (молния).
  Гектометровые волны обладают несколько меньшей способностью к дифракции. Днем гектометровые волны распространяются только в виде поверхностной волны на расстояние до 300...500 км над сушей и до 800...1000 км над морем. Ночью же распространение происходит и при помощи поверхностной и при помощи пространственной волны. Используется в основном для служебной и радиолюбительской радиосвязи.
  Декаметровые (короткие) волны используется в основном для любительской и профессиональной радиосвязи на расстояние несколько тысяч и десятков тысяч километров. Радиосвязь осуществляется только при помощи пространственных волн, так как поверхностные волны имеют слабую способность к дифракции, т. е. не способны огибать кривизну земного шара. Днем применяются, так называемые "дневные" волны (от 10 до 20 м), а ночью, когда ионизация воздуха становится более слабой, "ночные" волны (от35 до 70 м). Связь на декаметровых волнах часто нарушается из-за глубоких замираний сигнала. Это вызвано различными факторами, одним из которых является изменение разности фаз сигналов, пришедших в точку приема по разным путям. Такое замирание длится несколько секунд. Следующие факторы - это поворот плоскости поляризации вследствие двойного преломления сигнала в ионосфере, повышенное затухание в ионосфере в период максимума солнечной активности вплоть до полного поглощения пространственной волны. Такое замирание сигнала длится около часа. Ну и нарушение связи на несколько дней проявляется при корпускулярном излучении солнца (северное сияние). Меры борьбы с такими замираниями это прием сигнала на разнесенные антенны и на разнесенных частотах, применение глубокой АРУ (автоматическая регулировка усиления), а при корпускулярном излучении солнца - переход на более низкие частоты передачи. Качество дальней связи может также ухудшаться из-за того, что в точку приема помимо основного сигнала приходит второй сигнал с большим временным сдвигом (до 0,1 с), который прошел более длинный путь по дуге Земли.
  Волны микроволновых диапазонов распространяются только при помощи поверхностной волны, так как в этих диапазонах пространственные волны от ионосферы не отражаются. И поскольку дифракция поверхностной волны не проявляется, распространение волны происходит только в пределах прямой видимости, дальность которой (R, км) определяется формулой:

                       R=4,1(√H1+√H2),

                        где H1, H2 - высота приемной и передающей антенны, м.

На метровых волнах иногда наблюдаются случаи дальнего и сверхдальнего приема, это когда волна отражается от областей ионосферы с повышенной ионизацией. Но это проявляется очень редко.
На дециметровых волнах дифракция полностью отсутствует, поэтому дальность приема не превышает дальности прямой видимости. Но иногда наблюдается случаи дальнего и сверхдальнего приема, который связывают с образованием атмосферных волноводов над тропическими морями при аномальном состоянии атмосферы (суперрефракция). Дальность распространения метровых и дециметровых волн практически не зависят от метеусловий. Это один из важнейших факторов, который определил телевизионное вещание на этом диапазоне.
Сантиметровые и миллиметровые волны также распространяются в пределах прямой видимости, но дальность их зависит от метеусловий. Поглощение радиоволн во влажном воздухе составляет порядка 0,2 дБ/км. На частоте 24 ГГц наблюдается резонансное поглощение в водяном паре 0,2 дБ/км, на частоте 60 ГГц - в кислороде 13 дБ/км. В зависимости от интенсивности дождя, поглощение и рассеяние происходит от 0,1 до 10 дБ/км. Микроволновые диапазоны используются в телевещании, для профессиональной и любительской связи, УКВ-ЧМ вещания, а так же в системах спутниковой связи.

полезные ссылки