Як працює параболічна антена

Теорія радіохвиль: антени

Крім властивостей радіохвиль, необхідно ретельно підбирати антени для досягнення максимальних показників при прийомі/передачі сигналу.
Давайте ближче познайомимося з різними типами антен та їх призначенням.

Антени — перетворюють енергію високочастотного коливання від передавача в електромагнітну хвилю, здатну поширюватися у просторі.

Діаграма спрямованості — графічне уявлення коефіцієнта посилення антени, залежно від орієнтації антени у просторі.

Антени

Симетричний вібратор

У найпростішому випадку складається з двох струмопровідних відрізків, кожен з яких дорівнює 1/4 довжини хвилі.

Широко застосовується прийому телевізійних передач, як самостійно, і у складі комбінованих антен.
Так, наприклад, якщо діапазон метрових хвиль телепередач проходить через позначку 200 МГц, то довжина хвилі дорівнюватиме 1,5 м.
Кожен відрізок симетричного вібратора дорівнюватиме 0,375 метра.

Діаграма спрямованості симетричного вібратора

В ідеальних умовах, діаграма спрямованості горизонтальної площини, являє собою витягнуту вісімку, розташовану перпендикулярно до антени.
У реальних умовах, на горизонтальній діаграмі присутні чотири невеликі пелюстки, розташовані під кутом 90 градусів один до одного.
З діаграми можемо дійти невтішного висновку у тому, як розташовувати антену, задля досягнення максимального посилення.

У разі неправильно підібраної довжини вібратора, діаграма спрямованості набуде наступного вигляду:

Основне застосування в діапазонах коротких, метрових та дециметрових хвиль.

Несиметричний вібратор

Або просто штирева антена, являє собою «половину» симетричного вібратора, встановленого вертикально.
В якості довжини вібратора застосовують 1, 1/2 або 1/4 довжини хвилі.

Діаграма спрямованості наступна:

Являє собою розсічену вздовж «вісімку». За рахунок того, що друга половина «вісімки» поглинається землею, коефіцієнт спрямованої дії у несиметричного вібратора вдвічі більший, ніж у симетричного, за рахунок того, що вся потужність випромінюється у вужчому напрямку.
Основне застосування, в діапазонах ДВ, КВ, СВ, активно встановлюються як антени на транспорті.

Похила V-подібна

Конструкція не жорстка, збирається шляхом розтягування струмопровідних елементів на кілках.
Має усунення діаграми спрямованості в сторони протилежну вістря літери V

Застосовується для зв'язку в діапазоні КВ. Є штатною антеною військових радіостанцій.

Антена хвилі, що біжить

Також має назву - антена похилий промінь.

Уявляє собою похилу розтяжку, довжина якої в кілька разів більша за довжину хвилі. Висота підвісу антени від 1 до 5 метрів залежно від діапазону роботи.
Діаграма спрямованості має яскраво виражену спрямовану пелюсток, що говорить про хороше посилення антени.

Широко застосовується у військових радіостанціях у КВ діапазоні.
У розгорнутому та згорнутому стані виглядає так:

Антена хвильовий канал

Тут: 1 – фідер, 2 – рефлектор, 3 – директори, 4 – активний вібратор.

Антена з паралельними вібраторами та директорами, близькими до 0,5 довжини хвилі, розташованими вздовж лінії максимального випромінювання. Вібратор - активний, до нього підводяться ВЧ коливання, у директорах, наводяться ВЧ струми за рахунок поглинання ЕМ хвилі. Відстань між рифлектором і директорами підпирається таким чином, щоб при збігу фаз ВЧ струмів утворювався ефект хвилі, що біжить.

За рахунок такої конструкції, антена має явну спрямованість:

Рамкова антена

Застосовується для прийому телепрограм дециметрового діапазону.

Як різновид - рамкова антена з рефлектором:

Логоперіодична антена

Властивості посилення більшості антен сильно змінюються в залежності від довжини хвилі. Однією з антен з постійною діаграмою спрямованості на різних частотах є ЛПА.

Відношення максимальної до мінімальної довжини хвиль для таких антен перевищує 10 – це досить високий коефіцієнт.
Такий ефект досягається застосуванням різних за довжиною вібраторів, що закріплені на паралельних несучих.
Діаграма спрямованості наступна:

Активно застосовується в стільниковому зв'язку при будівництві репітерів, використовуючи здатність антен приймати сигнали відразу в декількох частотних діапазонах: 900, 1800 і 2100 МГц.

Поляризація

Поляризація - Це спрямованість вектора електричної складової електромагнітної хвилі у просторі.
Розрізняють: вертикальну, горизонтальну та кругову поляризацію.

Поляризація залежить від типу антени та її розташування.
Наприклад, вертикально розташований несиметричний вібратор, дає вертикальну поляризацію, а горизонтально розташований горизонтальну.

Антени горизонтальної поляризації дають більший ефект, т.к.природні та індустріальні перешкоди мають переважно вертикальну поляризацію.
Горизонтально поляризовані хвилі відбиваються від перешкод менш інтенсивно, ніж вертикально.
При поширенні вертикально поляризованих хвиль земна поверхня поглинає на 25% менше їх енергії.

При проходженні іоносфери відбувається обертання площини поляризації, як наслідок, на приймальній стороні не збігається вектор поляризації і ККД приймальної частини падає. Для вирішення проблеми застосовують кругову поляризацію.

Всі ці фактори слід враховувати при розрахунку радіоліній з максимальною ефективністю.