ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АНТЕНН

При выборе той или иной антенны, не говоря, уж, о ее настройке, необходимо знать несколько основных параметров, к которым можно отнести следующие:

Резонансная частота

Резонансная частота антенны связана непосредственно с конкретным диапазоном частот, на котором осуществляется прием или передача радиосигналов. Антенна излучает или принимает электромагнитные колебания с наибольшей эффективностью тогда, когда частота возбуждающего колебания совпадает с резонансной частотой антенны. Из этого следует, что ее активный элемент, вибратор или рамка имеют такой линейный размер, при котором наблюдается резонанс на нужной частоте. Изменением линейных размеров активного элемента - излучателя, антенна настраивается в резонанс.

Импеданс или сопротивление излучения

Импеданс антенны изменяется вдоль ее длины. Точка максимального тока и минимального напряжения соответствует наименьшему импедансу и называется точкой возбуждения. Импеданс в этой точке называется входным импедансом. Реактивная составляющая входного импеданса на резонансной частоте равна нулю. На частотах выше резонансной, импеданс носит индуктивный характер, а на частотах ниже резонансной - емкостной. На практике реактивная составляющая в большинстве случаев меняется от     О до +/-100 Ом. Импеданс антенны может зависеть и от других факторов, например, от близости расположения к поверхности Земли или каким-либо проводящим поверхностям. В идеальном случае симметричный полуволновой вибратор имеет сопротивление излучения 73 Ом, а четвертьволновой несимметричный вибратор - 35 Ом. В реальности влияние Земли или проводящих поверхностей может изменить эти сопротивления от 50 до 100 Ом для полуволновой и от 20 до 50 Ом для четвертьволновой антенны.

Диаграмма направленности

Антенны стараются конструировать таким образом, чтобы они принимали и передавали в заранее выбранном направлении. Это свойство называется направленностью. Оно играет важную роль для повышения коэффициента усиления и КПД излучения. Характер излучения антенны в пространстве описывается диаграммой направленности. Кроме излучения в основном (главном) направлении, существуют побочные излучения — задние и боковые лепестки. диаграмма направленности вращающейся передающей антенны снимается измерением напряженности поля в фиксированной точке на частоте передачи, в зависимости от угла поворота.

Полоса пропускания

Как правило, различают два класса антенн: узкополосные и широкополосные. Очень важно, чтобы в рабочем интервале частот поддерживалось хорошее согласование и заданное усиление. Полоса пропускания антенны не должна меняться при перестройке по частоте передатчика или приемника. К узкополосным антеннам относятся все простые резонансные антенны, а также направленные такие как "волновой канал” и "квадрат”.

Например, антенна волновой канал” на радиолюбительский диапазон 14 МГц должна иметь полосу пропускания не менее 300 кГц (14000 - 14300 кГц) и оптимальное согласование в этой полосе частот.

Широкополосные отличаются большим охватом частот, во много раз превосходящим резонансные системы. К ним относятся логопериодические и спиральные антенны. Но бывают и исключения, например, логопериодическую антенну можно рассчитать специально для работы в узкой полосе частот.

Усиление

Если антенна излучает одинаковую мощность во всех направлениях, она называется изотропной. Высокий коэффициент усиления можно получить, сконцентрировав энергию излучения в одном направлении. Полная излучаемая энергия не изменяется, она лишь сосредотачивается в заданном направлении. Коэффициент направленного действия (КНД) является мерой увеличения потока мощности за счет сжатия диаграммы направленности. Антенна может иметь высокий КНД, но малый коэффициент усиления, если потери в ней велики. Это обстоятельство, собственно, и приводит к малому КПД излучения. Коэффициент усиления рассчитывается в сравнении напряжения на измеряемой антенне, с напряжением на полуволновом диполе, работающем на той же частоте, что и измеряемая антенна, и том же удалении от передатчика. Обычно коэффициент усиления выражается в децибелах по отношению к эталонному диполю - dB.

Коэффициент полезного действия (КПД)

Часть подводимой к антенне мощности излучается в пространство, а другая часть в проводниках антенны превращается в тепло. Поэтому, антенну можно представить как эквивалентное нагрузочное сопротивление состоящее из двух составляющих: сопротивления излучения и сопротивления потерь. Эффективность антенны характеризуется ее КПД или отношением полезной (излучаемой) мощности к суммарной мощности, подводимой к антенне. Чем больше сопротивление излучения по отношению к сопротивлению потерь, тем больше КГIД антенны.

Напряженность поля, улавливаемая приемником, будет максимальна, когда передающая и приемная антенны имеют одинаковые поляризации, однако, это справедливо в том случае, если они находятся в зоне пря мой видимости. На дальних трассах при многократном отражении от земли и ионосферы поляризация приходящей волны непредсказуема. Антенна обладает наибольшей эффективностью, когда частота возбуждающего колебания совпадает с резонансной частотой антенны. Как правило, длина антенны кратна или равна половине или четверти длины волны на центральной рабочей частоте. Однако, из-за емкостных и концевых эффектов электрическая длина антенны несколько больше ее физической длины. Поэтому действительная длина вибратора, его геометрическая длина должна быть немного уменьшена по отношению к его электрической длине.

В справочниках по антеннам приводятся графики или формулы для нахождения коэффициента укорочения вибратора в свободном пространстве в зависимости от отношения длины волны к диаметру вибратора. В действительности коэффициент укорочения определить точно довольно сложно, т.к. существенное влияние оказывает высота подвеса антенны, окружающие предметы, проводимость почвы и т.п. В связи с этим, при изготовлении антенны, необходимо использовать дополнительные элементы подстройки, позволяющие в небольших пределах изменять линейные размеры элементов. Точка максимального тока и минимального напряжения соответствует наименьшему импедансу и называется точкой возбуждения. Например, для полуволнового, симметричного вибратора это точка питания антенны. Сопротивление в этой точке называется входным импедансом, который равен сопротивлению изучения антенны плюс реактивная составляющая входного импеданса. Это еще раз доказывает необходимость проведения измерений основных параметров антенны, непосредственно, в месте ее постоянной эксплуатации.

Сопротивление антенн можно определить с помощью измерительного моста. Обычно, для этого используется хорошо известный прибор - мост Уинстона, получивший еще несколько разных названий, например, близкий нашему сердцу антенноскоп”. Процедура измерения сопротивления излучения антенны, начинается с определения ее резонансной частоты, для чего можно воспользоваться гетеродинным измерителем резонанса. Уменьшая или увеличивая геометрические размеры активного элемента, антенна настраивается в резонанс и только после этого можно достоверно определить входное сопротивление. Важно, постоянно помнить, что только на резонансной частоте антенна имеет чисто активное сопротивление.

Если сопротивление антенны отличается от сопротивления линии питания (фидера антенны), то его (сопротивление антенны) необходимо трансформировать до нужного значения с помощью узкополосного или широкополосного трансформатора. Симметричные антенны обязательно снабжаются симметрирующим устройством, иначе, будет большая погрешность при измерениях. Если антенна настроена в резонанс и согласована с линией питания, то и коэффициент стоячей волны будет равен единице. Характерно, что такой прибор, как КСВ-метр, стоит далеко не на первом месте среди измерительных приборов для настройки антенн, скорее всего, он служит индикатором, следящим за состоянием антенны, трактом питания и выходным каскадом самого передатчика.