Мини-лекции. Антенны. Введение

   Уважаемые читатели, Вы знаете что такое: детектор, «деревянная антенна», металлический изолятор? А почему это зеркало зеркальное? Что такое радио FM? Вы слышали про такое как: гармоники, обратная связь, супергетеродин? Из какой «оперы» такие названия как: максимум максиморум, DSB, SSB, ПАЛСЕКАМ? Что чернее чёрного? И почему это кино, которое Вы смотрите по телевидению, короче на 4%? А Вы знаете как подключить два-три телевизора к одной антенне? А почему одни спутники «висят» над землёй, а другие движутся? Если Вы затрудняетесь с ответом или впервые слышите обо всём этом, или Вам просто интересно, то все мои мини-лекции для Вас!

Все мини-лекции в большей или меньшей степени связаны между собой. И содержание предыдущей лекции так или иначе раскрывает содержание последующей! Насколько возможно, постараюсь Вас не нагружать подробностями. Думаю, что Вы узнаете что-то новое для себя, полезное и посмотрите на всё другими глазами!?

Когда Александр Степанович Попов с Петром Николаевичем Рыбкином случайно обнаружили, что подключенный провод к грозоотметчику значительно увеличивает дальность связи, они и не предполагали о важности открытия сравнимого с их изобретением! Антенны и по сей день играют важную роль в радиотехнике. Антенна в переводе с латинского усик, усики насекомого. Правда со временем усики так изменились, что стали походить всё более на оптические приборы чем на усики. И это в общем-то не удивительно, — свет ведь это те же электромагнитные волны, несколько иной природы рождения. На рис.1 показана обычная антенна для приёма радиовещательных станций, на длинноволновом диапазоне, средневолновом и коротковолновом. Такие антенны были модные в старые, добрые времена. История радиовещание начиналась с длинных волн! Стало быть и антенны должны были соответствовать! На рис.2 показан главный атрибут наружных (уличных) антенн, — грозопереключатель. Он предназначен для отвода зарядов скопившихся в антенне или возникающих при грозовых разрядах. Конечно от прямого попадания молнии... Конечно, лучше об этом не думать! Постепенно путём экспериментов было установлено, что наилучший эффект антенна даёт если её длина соизмерима с длиной волны! Открытие породило целую науку и кучу книг разных авторов усердно переписывающих друг у друга... Одна из них, — мой учебник: А. Л. Драбкин, В. Л. Зузенко, А. Г. Кислов «Антенно-фидерные устройства» Про фидерные устройства мы ещё поговорим, отдельно в лекции «Длинные линии», а пока только об антеннах.

Долго ли, коротко ли но пришло время когда обнаружилось, что антенны оказывается, не со всех сторон одинаково принимают сигналы (или передают)... И после ряда опытов было установлено, что у антенны существует определённая, так называемая, диаграмма направленности рис.4. Как она строится? На рис.3 показана так называемая полярная система координат. Если антенна большая и поворачивать её невозможно, то поступают следующим образом. Антенна , подключенная к передатчику непрерывно излучает электромагнитные волны. Человек с измерительным приёмником обходит антенну на большом (по сравнению с длиной волны) расстоянии по окружности и под определённым углом измеряет силу сигнала. Всё это отображается на диаграмме рис.4. Где видно на каком направлении относительно антенны, какой величины сигнал. На рис.4 почти на всех направлениях сила сигнала одинаковая. Так излучают сигналы передающие телевизионные антенны. На рис.4, справа диаграмма направленной (по красной стрелке) антенны. На рис.5 полуволновой вибратор (диполь) и рядом полуволновой петлевой вибратор. Справа их диаграмма направленности. Как видите диаграмма имеет вид восьмёрки. Излучение вперёд и назад. Хорошо это или плохо? Конечно если антенна располагается горизонтально то плохо если нам нужно принимать (передавать) с одной стороны. А хорошо если нам наоборот работать нужно вкруговую (со всех сторон) тогда антенну ставят вертикально. Если построить диаграмму в сферических координатах, то диаграмма вибратора будет иметь вид бублика! Если Вы будете когда-нибудь шататься по городу обратите внимание на крыши домов и вы наверняка увидите вертикально стоящие антенны-вибраторы. А на автомобилях: скорой помощи, пожарных, полиции... на крышах торчат штырьки. это и есть антенны. Их задача как раз и излучать во все стороны.

Чем сложнее антенна тем интереснее её диаграмма. И как пример на рис.6, сложная директорная антенна. Как она устроена? Слева-направо: рефлектор, вибратор (диполь) и 8 директоров. Ну так назвали их!? На рис.7 примерно её диаграмма. Кроме основного лепестка диаграммы есть ещё и побочные лепестки: один задний и четыре боковых, справа два и слева (относительно главного). Кроме главного показателя-диаграммы направленности антенны существует и ещё один,  — поляризация антенн. Для нас с Вами в основном тех антенн, что связаны с телевидением. Посмотрите на рис.8,9,10. На рис.8 сразу три телевизионные антенны. По размерам директоров понятно, что самая верхняя антенна рассчитана на коротковолновые каналы, а самая нижняя на длинноволновые. Но это ещё не всё, вибраторы и директора расположены горизонтально, у них горизонтальная поляризация. Вектор электрической состовлящей параллелен поверхности земли. И наоборот, на рис.9 — вертикальная. На рис.10 комбинированная, — вся решётка расположена горизонтально, а вибратор (а и b) вертикально. Такие антенны применяются в местности где существуют телевизионные передающие антенны разной поляризации.

На рис.12,13. показаны так называемые магнитные антенны, а на рис.11 схематическое изображение и диаграмма направленности такой магнитной антенны. Почему же магнитной? Потому, что она реагирует на магнитную составляющую радиоволны. В принципе, нам-то какая разница? Ведь электрическая и магнитная составляющие несут одинаковую информацию. На рис.11 видно направление максимального излучения и приёма происходит в плоскости рамки. На рис.12 антенна с усилителем (вспомните военные фильмы и машины пеленгаторы с такими антеннами!), а на рис.13 антенна уже на ферритовом стержне и тоже магнитная. И наконец о «деревянной» антенне или точнее диэлектрической. Она на рис.14. Это так называемая антенна повехностных волн. Исполнение таких антенн различное...

Упомяну об ещё одном показателе антенн, — это их входное сопротивление. Чему? Токам высокой частоты! Току на частоту которого они и настроены. Они же, антенны, — резонансные системы, те же колебательные контура.

Нельзя не упомянуть об антеннах которые всё более и более используются нами! Это зеркальные антенны, те самые спутниковые тарелки. Ну они не только спутниковые... Если Вы ездили на поездах то могли видеть как на некоторых станциях (вблизи) стоят металлические мачты, а наверху расположены невзрачные тарелки. Это вышки релейных станций. Вышки устанавливаются примерно через сорок-шестьдесят километров друг от друга. Аппаратура (и антенны стало быть) работает на длинах волн [5-60 см] Почему не короче? Вопрос не ко мне! Хотя я так думаю, с целью уменьшения погодных условий на связь. Так почему же антенны зеркальные? Вообще-то зеркальное отражение это тогда, когда неровности этой самой поверхности не превышают длины волны! А в некоторых источниках упоминается четверть волны. Думаю это ближе к истине!? А если длины волн от 5 см и более, то неровности могут быть довольно приличные... И уж привычного нам зеркального блеска Вы точно не увидите! Более жёсткие требования к точности изготовления тарелок у спутниковых антенн (приёмных) не только к зеркальной поверхности вообще но и к кривизне в частности. Так ещё, к определённой, заданной форме поверхности.

Продолжение темы в следующей мини-лекции «Длинные линии»  http://www.proza.ru/2016/03/03/613