НАЗНАЧЕНИЕ АНТЕННАнтенны - РТ устройства предназначенные для
излучения и приема электромагнитных волн.
ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
ПРИЁМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
антенна антенна
ВОЛН
Передат
чик
фидер
фидер
Приём
ник

КЛАССИФИКАЦИЯ АНТЕНН

ПО ДИАПАЗОННОМУ ПРИЗНАКУ

ПО ХАРАКТЕРУ ИЗЛУЧАЮ-ЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ПО ВИДУ РАДИОТЕХНИ-ЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

АНТЕННЫ ДЛИННЫХ И СРЕДНИХ ВОЛН

АНТЕННЫ КОРОТКИХ ВОЛН

АНТЕННЫ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН

ОСОБЕННОСТИ АНТЕНН ДЛИННЫХ И СРЕДНИХ ВОЛН

ОСОБЕННОСТИ КОРОТКО-ВОЛНОВЫХ АНТЕНН

АНТЕННЫ КВ-диапазона

АНТЕННЫ КВ-диапазона

ОСОБЕННОСТИ АНТЕНН УКВ-ДИАПАЗОНА

Хотите настроить Т2 у себя в квартире или в загородном доме? Для этого необходимо приобрести соответствующее оборудование. Супер антенна – далеко необязательно условие, мощность определяется в соответствии с расстоянием вашего дома до ближайшей телевизионной вышки.

Сейчас изучим самые мощные телеантенны для цифрового телевидения, которые пригодятся пользователям, находящимся вдали от передатчиков сигнала.

Виды антенн для цифрового ТВ

Что нужно для уверенного и качественного приема цифрового сигнала? Конечно же, антенна, но какая? Неважно, где именно расположен ваш дома, к вопросу выбора оборудования следует отнестись максимально ответственно, ведь именно от этого будет зависеть сложность настройки телеканалов.

Комнатные модели – вариант для пользователей, находящихся в непосредственной близости с телевизионными вышками. Существует несколько разновидностей цифровых антенн:

• активные – оснащены дополнительным усилителем сигнала и работают от сети 220В. Такой вариант нужен, если вы находитесь в зоне неуверенного приема;
• пассивные – не содержат дополнительных устройств, принимают сигнал только за счет своей площади и формы. Используются в зоне уверенного приема цифры.

Специальные цифровые телеантенны – маркетинговый ход, поскольку их в принципе не существует, как и кабелей, усилителей предназначенных для Т2. Это выдумка производителей, которая позволяет эффективней продавать обычную продукцию.

Иными словами, при подключении «цифры» вы будете использовать самую обычную антенну, как и в случае с аналоговым ТВ. Также покупается стандартный усилитель и коаксиальный кабель. Все это оборудование подойдет для нового стандарта.

Естественно, что учитывать технические характеристики телеантенны все равно нужно. Например, если вы находитесь вдалеке от передатчика сигнала, тогда обязательно покупайте активную широкополосную модель, чтобы все каналы показывали качественно.

Чтобы добиться наилучшего результата, купите многодиректорную модель, расположите ее на максимальной высоте и направьте ее точно в сторону к ТВ вышке. Практика подтверждает, что длинные телеантенны с внушительным количеством перекладин показывают наиболее эффективный результат.

Параметры телесигнала

Уровень отображает мощности телевизионного сигнала в цифровом формате. Этот показатель определяется не пользователем. Чтобы провести расчет, откройте главное меню ресивера, а затем воспользуйтесь соответствующей опцией.

Качество – наиболее важный показатель. Чтобы избежать всевозможных помех и сбоев, придется хорошенько поработать. В результате качество покажет, насколько телевизионный сигнал пригоден для декодирования без каких-либо ошибок. Ресивер в автоматическом режиме рассчитает значение рассматриваемого параметра, после чего выведет всю необходимую информацию на экран.

Когда частота необходимого мультиплекса настроена, на экране телевизора будет отображаться уровень и качество сигнала. Чтобы улучшить прием, достаточно просто повернуть антенну или же изменить месторасположение устройства. Так и проводится настройка антенны – нужно просто крутить ее и следить за изменением четкости изображения.

Природные факторы, в особенности сильный ветер, существенно влияют на качество сигнала. Поэтому если вам удалось подобрать оптимальное расположение для телеантенны, постарайтесь зафиксировать устройство, чтобы в дальнейшем она не меняла направленность и качество сигнала, оставалось на максимально высоком уровне.

Тестирование телевизионных антенн показывает, что желательно их размещать вдали от металлических конструкций и как можно выше. Как добиться приема максимально качественного сигнала и каких ошибок следует избегать?

Разумеется, что сначала необходимо подобрать оптимальное место для антенны. Ее направленность должна соответствовать точке нахождения телевизионной вышки. Высокие заграждения, холмы, деревья – все это потенциальные преграды, негативно отражающиеся на качестве сигнала.

В том случае, если вы живете в частном доме, и у вас металлическая крыша, расположите антенну как можно дальше, в противном случае сигнал будет постоянно блокироваться, что негативно отражается на качестве телевещания.

Чтобы не усугубить ситуацию, правильно протяните кабель:

• ни в коем случае не стоит использовать кабель, которому больше 5-10 лет;
• не приобретайте самый дешевый шнур, у которого отсутствует оплетка;
• нельзя делать острые заломы и чрезмерно сильно укорачивать купленный кабель;
• не нужно скручивать оставшийся провод в бухту.

Если в дальнейшем отдельные куски кабеля будут соединены специальным коаксиальным разъемом, то это все равно негативно отразится на качестве сигнала.

Самые мощные комнатные антенны

Комнатные антенны функционируют в нескольких диапазонах – метровый или дециметровый, обеспечивая прием сигнала на дистанции до 30 километров. Безусловно, комнатные антенны характеризуются наличием определенных ограничений качества телевизионных волн, поэтому для получения нормальной картинки необходимо тщательно настраивать каждый канал.

Впрочем, комнатные антенны для приема цифрового телевидения имеют свои преимущества. Во-первых, следует выделить компактные размеры. Во-вторых, приятно радует относительно невысокая стоимость. Безоговорочным лидером на рынке телеантенн является компания Рэмо.

Рэмо BAS-5310USB Horizon

Если вы еще не сделали выбор антенны для DVB-T2, то самое время обратить внимание на эту модель, ведь именно она возглавляет наш рейтинг. Оригинальный внешний вид – весомое, но отнюдь не единственное преимущество устройства.

Компактные размеры и наличие удобного крепления позволят расположить ее на телевизоре. При условии, что настройка проведена правильно, будет принимать волны разных каналов в диапазоне 21-69. Усилитель встроенный, что положительно отражается на качестве принимаемого сигнала.

Если изучить отзывы отечественных потребителей, то можно найти массу положительных комментариев. Чаще всего пользователи отмечают высокое качество приема и удобное подключение через USB разъем. Антенна способна работать с отраженным сигналом.

Прочный корпус изготовлен из качественного материала, поэтому защита аппаратных деталей от механических повреждений продумана до мелочей. С подключением трудностей возникнуть не должно. Вес составляет всего лишь 230 г. Оборудование оснащено адаптером питания мощностью на 5 Вольт, который также есть в комплекте. Если говорить о недостатках, то он всего лишь один – короткий шнур блока питания.

Harper ADVB-2120

Второе устройство достается модели от популярного производителя Harper. Неудивительно, ведь она обладает колоссальным количеством положительных отзывов от российских потребителей. Во-первых, следует выделить тот факт, что устройство улавливает частоты в обширном диапазоне – 87,5-862 МГц. Во-вторых, настраивать можно не только «цифру», но и аналоговое ТВ.

Тяжело не заметить оригинальный дизайн, что также немаловажно. Ведь это комнатная телеантенна, а значит, она будет всегда находиться на виду. Усилитель питается непосредственно от телевизора или приставки, поскольку лишен отдельного сетевого адаптера. Безусловно, это становится причиной ограничений на использование оборудования. Зато устройство может похвастаться компактными размерами.

Эргономика Harper ADVB-2120 тоже на высоте – при необходимости телеантенну можно разместить на плоской поверхности. Форма замкнутого кольца позволяет без особых трудностей подвесить устройство на кронштейн или крючок. Если учитывать все перечисленные ранее технические преимущества, а также относительно небольшую стоимость, становится понятно, почему данная модель включена в список лучших.

ТВ антенна HARPER ADVB-2120

Прием сигнала: Аналоговое ТВ, Цифровое DVB-T/T2, FM-радио

Тип установки: комнатная

Коэффициент усиления: 30 дБ

Частотный диапазон VHF: 88 – 230 МГц

Частотный диапазон: 470 – 862 МГц

Выходное сопротивление: 75 Ом

Усилитель: Да

Изменяемый угол наклона: Да

Рэмо Интер 2.0

Третье место получает модель, которая отличается впечатляющими функциональными возможностями и относительно небольшой ценой. Поэтому неудивительно, что это устройство удерживает позиции в данном сегменте.

Приемник предназначен для подключения 20 цифровых, 10 аналоговых каналов. Интуитивно понятная система управления позволяет задать необходимый уровень усиления сигнала для достижения максимально возможного качества.

К числу основных сильных сторон покупатели также относят гармоничный дизайн и максимально простой процесс монтажа. Корпус устройства разборный, сборка занимает буквально несколько минут. Отдельное внимание следует уделить кабелю адаптера питания – он имеет хорошую изоляцию. Также провод блока и телеантенна примерно одинакового размера, поэтому их можно с легкостью расположить в удобном месте.

Если говорить о недостатках, то их всего два. Качество пластмассы, из которой изготовлен комплекс оборудования, оставляет желать лучшего. Второй минус – проблемы с приемом сигнала, он отнюдь не всегда стабилен.

Самые мощные наружные антенны

Наружные антенны для цифрового ТВ DVB-T2 обладают максимальной мощностью, которой удается добиваться путем специальной конструкции. В результате устройство принимает сигнал, даже находясь от передатчика на расстоянии до 50 километров.

Разумеется, что в расчет также следует брать всевозможные препятствия, которые находятся на пути сигнала – естественно, они иногда блокируют телевизионные волны. Преимущественно эксперты рекомендуют покупать модели со встроенным усилителем.

ТОП уличных антенн для телевизоров будет насчитывать только две модели. Познакомимся с ними поближе.

Рэмо «Колибри-A-DX Deluxe»

Приемник располагается на специальной мачте, что способствует улучшению принятия сигнала. С целью увеличения эффекта используется усилитель, помогающий принимать телеканалы даже на внушительном расстоянии. Модель имеет крайне удачную конструкцию, благодаря которой она воспринимает сигналы даже в тех регионах, где вышка не находится в зоне прямой видимости.

В интернете можно найти огромное количество положительных комментариев. Потребители отмечают стабильный и качественный прием, а также максимально простую настройку и монтаж. Самая мощная антенна для цифрового телевидения покрыта порошковой краской, которая обеспечивает надлежащую защиту конструкции от коррозии.

В комплектацию входит 6-метровый кабель и адаптер питания усилителя. Есть определенные слабые стороны. Например, пользователи отмечают, что регулировать параметры работы усилителя очень неудобно. Надежность блока питания тоже вызывает вопросы.

Рэмо «Двина-DX»

Невзирая на относительно незначительную стоимость, в процессе эксплуатации демонстрирует впечатляющий уровень приема сигнала. Эксперты отмечают, что устройство можно использовать для приема сигнала на расстоянии до 50 километров. Чтобы увеличить качество приема волн, разработчики оснастили модель встроенным усилителем. В комплектацию также включен адаптер питания на 12 Вольт.

После изучения отзывов потребителей становится понятно, что к числу главных преимуществ телеантенны пользователи относят отличный прием волн, незначительную цену и максимальную простоту в эксплуатации. В процессе производства устройства особое внимание было уделено качеству материалов. Например, несущая штанга изготовлена из легкого, но очень прочного алюминия, а принимающие элементы покрыты порошковой краской, которая предотвращает преждевременную поломку приемника.

Мощные крепежные элементы обеспечат надежную фиксацию конструкции на кронштейне. Есть и определенные недостатки. Дело в том, что у пользователей возникают определенные трудности в процессе монтажа. Также приходится самостоятельно модернизировать сепаратор для максимальной качественной работы.

Самые мощные спутниковые антенны

Спутниковые тарелки – пожалуй, самое современное и инновационное решение. Во-первых, они отличаются максимальным диапазоном принимаемых сигналов. Во-вторых, обеспечивают качество высшего уровня. Однако стоят тарелки гораздо дороже остальных видов антенн. Рассмотрим лучшие антенны для цифрового ТВ.

Lans-65 MS6506

Главная отличительная особенность – отличный сигнал вне зависимости от погодных условий. Производится в Китае. Стоимость – 2500 рублей. Тарелка отличается от аналогов очень нестандартной конструкцией. Геометрия параболы и специальное перфорирование позволяет существенно выделиться на фоне остальных.

В результате устройство самостоятельно очищается, безусловно, это положительно сказывается на качестве принимаемой информации. Более того, перфорация способствует существенному снижению ветровой нагрузки конструкции, она становится более легкой.

В своих отзывах пользователи отмечают приятный дизайн, великолепное качество приема и интуитивно понятную систему настроек. Качественное порошковое покрытие металлических элементов обеспечивает защиту тарелки от преждевременно поломки. Усиленное крепление позволяет регулировать угол наклона. Периодически волны скачут – это главный недостаток данной модели.

АУМ СТВ-0.6 ДФ-1.1

Белорусский производитель сумел создать качественное устройство с наилучшим приемом сигнала НТВ+ и Триколор. Стоимость – 1150 рублей. Безоговорочным лидером является эта антенна-тарелка, которая идеально подходит для указанных выше провайдеров. Поэтому если вы являетесь их абонентом, можете смело покупать устройство.

Телеантенна показывает великолепный коэффициент усиления, что обеспечивает эффективную работу даже в плотно застроенных местах, это очень важно для внешнего приемника. Отличительная особенность – дизайн. Тарелка имеет форму яйца, что заметно улучшает прием.

В отзывах отечественные потребители отмечают высокое качество материала, из которого изготовлена популярная телеантенна. Стоит она дешевле китайских устройств и имеет более простую систему настроек. В случае необходимости можно спокойно поменять стандартное крепление на более длинную штангу, чтобы улучшить качество приема сигнала. Дополнительные комплектующие сделаны на скорую руку – это единственный недостаток устройства.

Обратите внимание.

Предисловие

В цикле статей "Ликбез по антеннам" планируется рассмотрение различного типа антенн, которые широко используются в беспроводной передачи данных. При описании антенн планируется разработка их электродинамической модели в распространенных программных пакетах, а также анализ их достоинств, недостатков и перспектив использования на беспроводных сетях будущего. В процессе прочтения данных статей читатели могут высказывать свои пожелания по дальнейшему рассмотрению тех или иных типов антенн. Все теоретические сведения будут приведены максимально наглядно без излишнего математического описания (насколько это возможно для теории антенн).

В цикле статей будет описан принцип работы, применение, реализация, а также составлены модели следующих типов антенн:

1. Вибраторные антенны;
2. Полосковые (patch) антенны;
3. Антенные решетки;
4. Антенны с бегущей волной (end-fire);
5. Рупорные антенны;
6. Зеркальные параболические антенны;
7. Линзовые антенны;
8. Вопросы согласования антенн с линиями питания.

Введение

Вся беспроводная передача данных основана на процессе распространения электромагнитного поля от источника в окружающее пространство. Антенна играет роль этого источника поля. Сам процесс излучения начинается с того, что под действием высокочастотных электромагнитных полей в излучающей системе (антенне) появляются сторонние токи и заряды. Токи и заряды в свою очередь подводятся от генератора по фидерному тракту (или фидера от слова "to feed" - питать).

Таким образом, в систему излучения электромагнитного поля входят: генератор колебаний, фидер и излучатель. Конечно, сам фидер и генератор непосредственно в излучении не участвуют (или точнее - не должны участвовать, если они правильно сконструированы), рисунок 1.

Рисунок 1 - Элементы системы излучения электромагнитного поля

Любая антенна обладает так называемым принципом "двойственности", который говорит о том, что любая антенна может быть как передающей (то есть преобразовывать волны линии передачи в расходящиеся волны окружающего пространства), так и приемной (осуществлять обратное преобразование).

Вне зависимости от реализации и вида антенны, она характеризуется следующими основными параметрами:

Диаграмма направленности (ДН). Это распределение напряженности (или энергии) поля в пространстве, показывает в каких направлениях и с какой мощностью излучает антенная система. Строится эта зависимость, как правило, в сферической системе координат. В зависимости от вида диаграммы (от того, насколько диаграмма "острая") различают изотропные антенны, слабонаправленные, высоконаправленные. От вида диаграммы направленности зависят такие важные характеристики антенны как коэффициент направленного действия (КНД) и коэффициент усилении (КУ). Ниже мы рассмотрим вид диаграммы направленности, а также КНД и КУ одной из самой простых антенн в разных плоскостях.

Коэффициент полезного действия антенны. Он должен быть достаточно высоким, а потери - малыми, именно по этой причине при реализации антенн используют металлические конструкции, обладающие высокой проводимостью и диэлектрики с малыми потерями.

Согласование линии передачи с нагрузкой. Так как и передающая и приемная антенны соединяются с линией питания, то ее входное сопротивление должно быть согласовано с волновым сопротивлением линии. Иначе будет возникать нежелательное возникновение отраженных волн, а наличие последних - это всегда уменьшение излучаемой мощности и источник дополнительных помех.

Вес и габариты. Ясно, что при реализации любого устройства нужно стремиться к получению его наименьших массогабаритных размеров, однако, отметим, что размеры антенны однозначно связаны с основной длиной волны, на которой работает антенна. Вообще в антенной технике не существует понятия "большая" и "маленькая" антенна. Размеры антенны принято характеризовать в длинах волн. Если а - это диаметр зеркала (например, зеркальной антенны), то ее размер можно записать так: это значит, что в диаметр зеркала укладывается 8 длин волн. Если такое зеркало работает в диапазоне 2.4 ГГц (длина волны 12,5 см), то его диаметр будет составлять 1 метр, а если это диапазон 900 МГц (длина волны 33 см) - то диаметр уже больше 2.5 метров.

Принцип работы передающей антенны

Рассмотрим принцип действия простейшего излучающего устройства. Если взять простую двухпроводную симметричную линию, то излучать в пространство она не будет, несмотря на то, что в ней текут токи высокой частоты, рисунок 2.

Рисунок 2 - Двухпроводная линия

Излучение будет отсутствовать за счет того, что токи I и I’ находятся в противофазе, что приводит их к взаимной компенсации. Для получения излучения можно развести концы двухпроводной линии, чтобы поля от токов I, I’ не могла компенсировать друг друга, рисунок 3.

Рисунок 3 - Разомкнутая двухпроводная линия

Такая антенна получила название симметричного вибратора. Распределение тока в вибраторе остается таким же, каким оно было на соответствующем участке двухпроводной линии. Для исследования поля, излученного антеннами из проводов, удобно представлять такую антенну в виде совокупности элементарных электрических вибраторов (ЭЭВ) малой длины (малой по сравнению с длиной волны). В пределах каждого такого элементарного вибратора амплитуду и фазу тока можно считать неизменными. В конечном итоге общее поле, излученное антенной, можно рассчитать как сумму полей, излученных отдельными элементарными вибраторами (в теории это называется принцип суперпозиции).

На практике ЭЭВ реализуется в виде диполя Герца. Это антенна является первым реализованным излучателем электромагнитных колебаний, рисунок 4.

Рисунок 4 - Диполь герца

Такой излучатель можно сделать, если на концах тонких проводов (длиной L, меньшей длины волны) установить проводящие тела с большой емкостью (например, металлические шары). Заряженные шары создают токи, которые значительно выше емкостных токов между проводами. Так обеспечивается равномерное распределение тока вдоль проводника. Отметим, что на практике диполь Герца практически не используется.

Характеристики антенны на примере симметричного вибратора

Ниже будет рассмотрена антенна (одна из самых простых в реализации) - симметричный вибратор. Назван он так потому, что напряженность поля (питающая проводник) подводится к его центру, а распределение тока по проводнику можно также считать симметричным. Сегодня существует большое количество программных пакетов, позволяющих производить электродинамических анализ различных устройств СВЧ и приборов оптического диапазона, среди них: FEKO, Microwave Studio, Ansys HFSS и др. Внешний вид и модель симметричного вибратора в программном пакете Ansys HFSS показана на рисунке 5.

Рисунок 5 - Симметричный вибратор

Cама антенна представляет собой развернутую двухпроводную линию, рассмотренную выше, в которой устанавливается режим стоячих волн.

В зависимости от того, какое отношение имеет длина вибратора L к длине волны λ, может формироваться различная геометрия диаграммы направленности. Для отношения 4L/λ=1 симметричный вибратор формирует диаграмму, показанную на рисунке 6:

λ=2

Та же самая диаграмма, только нормированная и в вертикальной плоскости полярной системы координат:

Очевидно, что в горизонтальной плоскости диаграмма направленности будет иметь форму шара. Для наглядности вы можете себе представить, что посмотрите на трехмерный вид рисунка 6 сверху (на плоскость Phi).

Если отношение длины вибратора и длины волны 4L/λ=2, что соответствует увеличению частоты колебаний в 2 раза, то диаграмма направленности становится более "плоской" в вертикальной плоскости и как следствие имеет более высокий коэффициент усиления (примерно в 1.5 раза):

Рисунок 6 - Трехмерная ДН симметричного вибратора длиной 4L/ λ=1

Дальнейшее увеличение частоты колебаний приводит к расщеплению диаграммы направленности:

Рисунок 7 - Расщепление диаграммы симметричного вибратора при увеличении частоты колебаний в 3 (слева) и 5 (справа) раз

Симметричный вибратор, несмотря на простоту, очень часто присутствует в качестве частей конструкции более сложных антенн. В заключении отметим, что все конструктивные реализации антенн создаются для того, чтобы создать направленность излучения в определенном направлении (или направлениях). Можно выделить два крупных класса способов реализации направленного излучения: это геометрическое воздействие на источник излучения (например, источник помещается в фокус параболоида или перед проводящим экраном) и воздействие токами, когда группа токов, сдвинутых по фазе, образуют суммарную направленную диаграмму (примером могут служить фазированные антенные решетки).

В дальнейшем будут рассмотрены различные модели антенн, перечисленных в аннотации.

Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.

Антенны - преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование - электромагнитную волну, в ВЧ колебания.

Диаграмма направленности - графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.

Антенны

Симметричный вибратор

В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.

Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.

Диаграмма направленности симметричного вибратора

В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.

В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:

Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.

Несимметричный вибратор

Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.

Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.

Наклонная V-образная

Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V

Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.

Антенна бегущей волны

Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.
Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.

Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:

Антенна волновой канал

Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор - активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.

За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:

Рамочная антенна

Направленность - двулепестковая

Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.

Как разновидность - рамочная антенна с рефлектором:

Логопериодическая антенна

Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 - это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:

Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.

Поляризация

Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный - горизонтальную.

Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.

При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.

Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.

PS:

Антенны служат для преобразования радиоволн в переменный электрический ток и наоборот. Любая радиоантенна может работать как на прием, так и на передачу сигнала. Главные характеристики этих устройств описаны ниже.

Полоса пропускания.

Антенны проектируют и строят с учетом рабочего интервала частот - полосы пропускания. У одних конструкций она может быть шире, у других уже. Для телевидения, WiFi, мобильной связи, GPS выделяются разные радиодиапазоны.

Направленность.

Антенну называют направленной, если мощность ее излучения в одну из сторон существенно больше, чем в остальные. Для того, чтобы наглядно показать, как меняется мощность в зависимости от направления, строят диаграммы направленности.

Ненаправленные антенны одинаково действуют на все 360 градусов, их диаграмма имеет круговую форму. Радиоантенна с диаграммой направленности в форме сферы называется изотропной. Теоретически доказано, что построить ее невозможно. Тем не менее изотропный излучатель используют в качестве эталона для того, чтобы сравнивать радиоантенны и показывать, насколько хороша та или иная конфигурация.

Коэффициент усиления.

Соотношение мощностей излучения исследуемой и эталонной радиоантенн характеризуется коэффициентом усиления. Реальные антенны всегда излучают в каком-то направлении меньше, в каком-то больше. Если не оговорено иное, то в характеристиках указывают пиковый коэффициент усиления.

Для коэффициента усиления принята логарифмическая единица измерения децибел (десятая часть бела). Чтобы посчитать соотношение двух мощностей в децибелах нужно подставить их в формулу L = 10*lg(P/Pi) , где L – коэффициент усиления антенны, P – мощность ее излучения, Pi - мощность изотропного излучателя при тех же условиях.

Чтобы подчеркнуть сравнение с изотропным эталоном, такие децибелы обозначают как дБи. В технических характеристиках изделий принято обозначение дБ.

Перевести децибелы в «разы» можно по формуле G = P/Pi = 10**(L/10) . Далее приведены некоторые значения (дБ - «раз»):

• 3 децибела соответствует усилению в 2 раза;
• 6 – 4;
• 7 - 5;
• 10 - 10;
• 15 - 32;
• 20 - 100;
• 30 - 1000.

Если к конструкции радиоантенны добавлен электронный усилитель, ее называют активной. Производители указывают коэффициент усиления таких изделий с учетом усилителя. Электронные усилители производят шумы, которые могут искажать сигнал, поэтому не рекомендуется применять их без необходимости.

Входное сопротивление.

Если входное сопротивление антенны не соответствует волновому сопротивлению кабеля (фидера), по которому она подключается, применяют согласующие устройства. ТВ-кабели в подавляющем большинстве стран (включая РФ) имеют волновое сопротивление 75 Ом. Кабели для WiFi, GSM, 3G, 4G, радио, GPS выпускают с волновым сопротивлением 50 Ом.

Производители изготавливают антенны с входным сопротивлением, согласующимся с волновым сопротивлением кабеля.

Характерный размер.

Для большинства радиоантенн это половина длины волны. Но есть исключения. Например, в конструкцию параболических антенн входит отражатель («тарелка»), диаметр которого может намного превышать длину волны.

Размеры радиоантенн WiFi. GPS, GSM, смонтированных на печатных платах, напротив, бывают существенно меньше половины длины волны благодаря применению материалов с большой диэлектрической проницаемостью. Существуют антенные поля площадью в несколько гектаров и антенны, чей размер измеряется в миллиметрах.

ВИДЫ И ТИПЫ АНТЕНН

Известно множество конструкций радиоантенн. Наиболее удачные из них стали массовыми.

Самые простые и, возможно, самые распространенные - диполь и четвертьволновая антенна. Первый состоит из двух проводников длиной около четверти волны каждый; второй - из одного проводника длиной около четверти волны. Четвертьволновую антенну часто называют «штырем». Диполь и «штырь» - это узкополосные радиоантенны с коэффициентом усиления 2 - 5 дБ.

Штыревая антенна одинаково излучает/принимает сигнал во всех направлениях в плоскости, перпендикулярной своей оси. Вдоль оси излучение отсутствует. Такие радиоантенны используют, если взаимное положение передающего и принимающего устройств все время меняется. Поэтому «штыри» часто можно видеть на автомобилях, портативных радиоприемниках, рациях, WiFi-роутерах.

Простота конструкции способствует применению и в случае относительно неподвижных объектов: знаменитая комнатная телевизионная антенна «усы» - не что иное, как диполь. Для того, чтобы нивелировать недостатки, связанные с узкой полосой пропускания, «усы» делают телескопическими, и их можно подстраивать на нужную длину волны.

В качестве уличных ТВ-антенн часто можно увидеть «волновой канал» - узкополосную направленную радиоантенну с коэффициентом усиления 5 - 12 дБ (в зависимости от модификации). Она изобретена в 1926 году Синтаро Уда и Хидэцугу Яги из Имперского университета Тохоку (Япония). Яги запатентовал изобретение, и для антенны стали использовать второе название - Яги.

В конструкции используется один активный элемент (диполь), соединенный с линией передачи. Его размер сопоставим с половиной длины волны. На одной штанге с диполем крепятся пассивные элементы:

• рефлектор (длиннее диполя);
• директор (короче диполя).

Основной прием (передача) «волнового канала» идет в направлении директора. Директоров может быть несколько. Добавление каждого нового элемента повышает коэффициент усиления и уменьшает угол действия (повышает направленность).

Альтернативой «волновому каналу» при приеме телевизионного сигнала служит логопериодическая антенна. Она внешне напоминает антенну Яги, но у нее другая конфигурация. Эта широкополосная радиоантенна с коэффициентом усиления 6 - 7 дБ изобретена в 1958 году Дуайтом Исбеллом и Раймондом Духамелем в Университете штата Иллинойс (США).

Логопериодическая антенна состоит из ряда активных элементов (диполей), расположенных в порядке убывания их длины. Добавление новых элементов увеличивает полосу пропускания. Пик диаграммы направленности находится со стороны более короткого диполя.

Что касается еще одной популярной конструкции - панельной антенны (патч), то она наиболее часто применяется для WiFi, GSM, 3G, 4G, GPS. Такая узкополосная направленная радиоантенна с коэффициентом усиления 5 - 10 дБ представляет собой прямоугольную (иногда эллиптическую) пластину и пластину-отражатель (экран), разделенные слоем диэлектрика.

Наибольшее распространение конструкция получила, начиная с 70-х годов 20-го века, когда панельные антенны стали массово применять на печатных платах. Длина стороны прямоугольной пластины патча сопоставима с половиной длины волны, если между пластиной и экраном находится воздух или другой материал со схожей диэлектрической проницаемостью.

Параболическую антенну можно получить из любой, поместив ее в фокус отражателя. «Тарелка» делает произвольную антенну узконаправленной, доводя коэффициент усиления до 30-40 дБ. В распоряжении ученых есть несколько гигантских отражателей с усилением 80 дБ, которые используются в составе радиотелескопов.

Полоса пропускания зависит от радиоантенны, помещенной в фокус. Спутниковая антенна - другое название, полученное из-за использования для приема спутникового ТВ.

Для того, чтобы сделать полосу пропускания шире или использовать в работе несколько диапазонов, изготавливают комбинированные конструкции - несколько в одной. Например, распространены наружные ТВ-антенны Яги для дециметровых волн, совмещенные с диполем для метровых волн.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АНТЕНН

В мире существует довольно много технологий и стандартов, предусматривающих передачу информации с помощью радиоволн. Передатчик формирует сигнал в заданной полосе несущей частоты с закодированной на ней информацией Приемник декодирует полученные колебания с выделением полезной информации. Практически любая информация может быть подготовлена и передана при помощи радиоволн.

Для передачи и получения сигнала нужны антенны. Причем их характеристики должны соответствовать параметрам приемопередающей аппаратуры и решаемым задачам по обмену информацией.

Чтобы подобрать радиоантенну для приема эфирного телевидения или усиления сигнала WiFi-роутера, совершенно нет необходимости изучать тонкости стандартов. На радиочастотах выделены диапазоны, а на упаковках и в описаниях антенн есть ссылки на них. В списке приведены некоторые обозначения с указанием области использования и частот диапазона в РФ:

• CB (свободное использование, рации) – 26.965 - 27.860 МГц;
• VHF (метровые волны, радио и телевидение) – 48.5 – 230 МГц;
• UHF (дециметровые волны, телевидение (в том числе цифровое)) – 470 – 862 МГц;
• FM (радио) – 85.5 – 108 МГц;
• LPD (свободное использование, рации) - 433 - 434 МГц;
• PMR (свободное использование, рации) - 446 МГц;
• GPS (спутниковая система навигации) – 1.58 ГГц;
• ГЛОНАСС (спутниковая система навигации) - 1.60 ГГц;
• GSM (мобильная сотовая связь) – 890 - 960 МГц, 1710 - 1880 МГц;
• WiFi (беспроводные локальные сети) – 2.4 ГГц.

Полоса пропускания радиоантенны соответствует диапазону, указанному в ее паспорте. Что касается направленности, то изготовители, как правило, предлагают направленные модели, если ожидается стационарное положение приемника и передатчика.

Направленные антенны широко применяются при усилении сигнала сотовой связи , а штыревые в WiFi ретрансляторах . Комбинации этих типов применяются в GSM репитерах и системах беспроводной сигнализации .

* * *

© 2014-2019 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют исключительно ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.