На дальних коротковолновых линиях связи необходимы А. с большими КНД, чем КНД симметричного вибратора. В качестве таких А. часто применяют синфазную А. ( рис. 8 , а), представляющую собой плоскую решётку из симметричных вибраторов, возбуждённых токами одинаковой фазы. В направлении, перпендикулярном к центру решётки, на большом расстоянии от синфазной А. поля, создаваемые излучением всех вибраторов, синфазны, т. к. пути волн от вибраторов до точки приёма практически одинаковы. В этом направлении создаётся максимальная напряжённость поля. В других направлениях пути и соответственно фазы волн различны, и интерференция волн, излучаемых отдельными вибраторами, приводит к ослаблению суммарной напряжённости поля. Чем больше вибраторов в одном горизонтальном ряду, тем уже диаграмма направленности в горизонтальной плоскости. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости сужается с увеличением числа горизонтальных рядов (этажей) вибраторов. Для получения однонаправленного излучения и увеличения КНД в 2 раза решётки дополняются пассивным рефлектором в виде идентичной решётки, в которой, вследствие пространственной электромагнитной связи, возбуждаются токи такой амплитуды и фазы, что излучение в направлении L 1резко ослабляется ( рис. 8 , а), а в направлении L 2усиливается. Для того чтобы синфазная А. могла работать в широком диапазоне волн (до 2-кратного и более) без специальных устройств, согласующих её входное сопротивление с волновым сопротивлением питающего фидера, вибраторы часто выполняются в виде диполей Надененко. Для устранения необходимости перестройки рефлектора при смене l его иногда выполняют в виде густой сетки из горизонтальных проводов (апериодический рефлектор), малопроницаемых для волн, излучаемых А. Диаграмма направленности коротковолновой синфазной А. в горизонтальной ( рис. 8 , б) и вертикальной плоскостях ( рис. 8 , в) состоит из одного большого (главного) лепестка и множества малых (боковых) лепестков. Чем ниже уровень боковых лепестков, тем выше качество А. При передаче боковые лепестки приводят к бесполезному рассеиванию части мощности, при приёме - увеличивают вероятность попадания в тракт приёмника мешающих сигналов, идущих с разных направлений. КНД D синфазной А. приближённо определяется по формуле
D = k·4p S/l 2,
где S- площадь полотна А. ( м 2), » - длина рабочей волны ( м), k- коэффициент, учитывающий влияние земли, расстояние между вибраторами, длину плеч вибраторов и др. Для синфазных коротковолновых А. kравно 2-3. КНД синфазных коротковолновых А. достигает нескольких сотен и даже тысяч, а кпд близок к 1.
Наряду с синфазной решёткой на коротких волнах применяется . Эта А. отличается возможностью её использования в широком диапазоне волн (до 4-кратного). КНД ромбической А., в зависимости от выполнения и l, лежит в пределах от 20 до 200, а кпд - 0,5-0,8. Недостаток ромбической А. - сравнительно высокий уровень боковых лепестков. На приёмных коротковолновых радиоцентрах, помимо А. из симметричных вибраторов и ромбических А., применяется ( рис. 9 ), отличающаяся широким (до 6-кратного) диапазоном рабочих волн, низким уровнем боковых лепестков в горизонтальной плоскости, что обеспечивает повышенную помехозащищенность приёма. КНД А. бегущей волны лежит в пределах 40-250, а кпд - 0,05-0,5. Вследствие низкого кпд эта А. не применяется для передачи. Для непрофессионального приёма коротких волн радиослушатели пользуются несимметричными вибраторами, рамочными, магнитными А., а также Бевереджа А.
В разработке схем и теории длинно-, средне- и коротковолновых А. большое значение имели работы советских учёных Г. З. Айзенберга, Б. В. Брауде, И. Г. Кляцкина, В. Д. Кузнецова, Г. А. Лаврова, А. Л. Минца, А. М. Моделя, С. И. Надененко, М. С. Неймана, Л. К. Олифина, А. А. Пистолькорса, В. В. Татаринова, М. В. Шулейкина и других и зарубежных учёных: англичанина Г. Хоуэ, француза Л. Бриллюэна, американцев П. Картера и Г. Брауна, шведа Э. Халлена и др.
А. метровых и дециметровых волн.На метровых и дециметровых волнах для теле- и радиопередач применяют многоэтажные (до 30 этажей) турникетные ( рис. 10 ), панельные, щелевые А. и другие типы А. с круговыми диаграммами направленности в горизонтальной плоскости и узкими в вертикальной плоскости (см. ). КНД этих А. пропорционален числу этажей и находится в пределах от 6 до нескольких десятков. Для увеличения зоны действия эти А. устанавливают на башнях или мачтах высотой 100-300 ми более. Самая высокая в мире телевизионная башня, высотой 533 м, сооружена в Москве. Приём телевизионных передач ведётся на симметричный вибратор, А. типа « » ( рис. 11 ) и др., которые обычно устанавливаются на крышах домов или высоких опорах. В больших (многоквартирных) домах применяют коллективную А., состоящую из собственно А., усилителя высокой частоты и системы распределительных фидеров, подводящих энергию высокой частоты с выхода усилителя к входам телевизоров. В качестве собственно А. в системе коллективного приёма применяют А. типа «волновой канал» и др. Число телевизоров, обслуживаемых одной коллективной А., доходит до нескольких сотен. Существенный вклад в разработку передающих и приёмных телевизионных А. внесли советские учёные Б. В. Брауде, В. Д. Кузнецов и др., зарубежные учёные: американец Н. Линденблад и др. На метровых волнах для связи в пределах прямой видимости применяют симметричный и несимметричный вибраторы, Бевереджа А. и др.; для ионосферной связи - синфазную многовибраторную решётку, А. типа «волновой канал», ромбическую А. и др.; для -преимущественно А. типа «волновой канал».
А. сверхвысоких частот (свч).На СВЧ, охватывающих дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны, для радиорелейных линий связи, радиолокации, космических линий связи, радиоастрономии и др. широко применяют синфазные поверхностные А. По принципу действия такие А. подобны синфазной многовибраторной решётке и отличаются только тем, что они состоят не из дискретных излучающих элементов (вибраторов), а представляют собой сплошную плоскую поверхность, на которой возбуждено синфазное электромагнитное поле. Синфазная поверхность, так же как и синфазная решётка, имеет максимальное излучение в направлении, перпендикулярном к поверхности, и диаграмму направленности, суживающуюся по мере увеличения площади поверхности. КНД таких А. определяется по приведённой выше формуле. Коэффициент k(см. формулу) в данном случае называют коэффициентом использования поверхности. В диапазоне СВЧ не принято учитывать влияние земли при определении КНД А. Вследствие этого при идеально плоской, синфазно и равномерно возбуждённой поверхности коэффициент kравен 1. В реальных А. из-за неравномерности возбуждения, отступления от синфазности и утечки части энергии мимо основной излучающей поверхности коэффициент kравен 0,4-0,8. Как следует из формулы, при заданной площади излучающей синфазной поверхности А. КНД увеличивается обратно пропорционально квадрату длины волны. Это обстоятельство привело к тому, что в области СВЧ применяют А. с большими КНД, доходящими до сотен тысяч и миллионов. Для создания синфазно возбуждённой поверхности широко заимствуют технические приёмы из области оптики и электроакустики. Простейшей поверхностной А. является ( рис. 12 ) в виде металлического радиоволновода с плавно увеличивающимся сечением. У выхода рупора при достаточно малом угле раствора плоская поверхность, проходящая через его кромки, получается почти синфазно возбуждённой. Коэффициент использования поверхности такой А. равен 0,5-0,8, а КНД обычно лежит в пределах 10-100. Рупорная А. также широко применяется как облучатель зеркальных и линзовых А.
Применяемая на СВЧ ( рис. 13 ) по принципу действия идентична оптической линзе и состоит из собственно линзы и облучателя, установленного в её фокусе F. Линза трансформирует сферический или цилиндрический фронт волны облучателя в плоский. Таким образом на выходе линзы получается плоская поверхность, возбуждённая синфазным электромагнитным полем. Частный случай линзовой А. - рупорно-линзовая А., состоящая из рупора с большим углом раствора (60-70°) и вставленной на его выходе линзы, трансформирующей сферический или цилиндрический фронт волны в рупоре в плоский. При смещении облучателя линзы из фокуса в плоскости, проходящей через фокус и перпендикулярной оси линзы, фронт волны на её выходе поворачивается на определённый угол. Соответственно поворачивается направление максимального излучения. Это свойство линзовой А. используется в при сканировании диаграммы направленности («качании» направления максимального излучения). В обычных линзовых А. угол поворота направления максимального излучения ограничен вследствие того, что с его увеличением снижается коэффициент использования поверхности. Исключение представляют апланатические линзовые А., отличающиеся тем, что в пределах широкого сектора поворот направления максимального излучения (смещением облучателя) не сопровождается существенным снижением коэффициента использования поверхности. Высококачественные линзовые А. имеют коэффициент использования поверхности 0,5-0,6.
Исключительно большое распространение в области СВЧ получили зеркальные антенны, состоящие из металлического зеркала с профилем параболоида и облучателя. Последний устанавливается в фокусе F параболоида ( рис. 14 ). Параболическое зеркало трансформирует сферический фронт волны облучателя в плоский фронт в раскрыве (на плоской поверхности, ограниченной кромкой зеркала). Тем самым образуется плоская поверхность, возбуждённая синфазным электромагнитным полем. В качестве облучателя применяются слабо направленные А. (рупоры, вибраторы с небольшим рефлектором, спирали и др.). Так же, как и в линзовой А., смещение облучателя из фокуса в плоскости, перпендикулярной оси А., сопровождается поворотом направления максимального излучения. Это свойство также используется в радиолокаторах при сканировании диаграммы направленности. В обычной параболической А. ( рис. 14 ) облучатель находится в поле волн, отражённых от зеркала, что вызывает искажение диаграммы направленности и уменьшение КНД. Такой же отрицательный эффект вызывают конструктивные элементы, поддерживающие облучатель. Во избежание этого часто применяют параболические А. с вынесенным облучателем; в качестве отражателя используется «вырезка» из параболоида вращения, в фокусе F которой устанавливается облучатель ( рис. 15 ). При этом поток электромагнитной энергии, отражённый от зеркала, проходит мимо облучателя и поддерживающих его конструктивных элементов. В радиорелейной связи широкое применение получила рупорно-параболическая А. ( рис. 16 ), являющаяся одним из вариантов зеркальной А. с вынесенным облучателем. В этой А. облучающий рупор и параболическое зеркало составляют единое целое, что практически устраняет утечку энергии за края зеркала. В 60-х гг. 20 в. в радиорелейной связи, космической радиосвязи, радиоастрономии и др. получили широкое распространение двухзеркальные А. ( рис. 17 ), состоящие из основного параболического зеркала, вспомогательного малого зеркала и облучателя. Электромагнитная энергия подводится к облучателю, устанавливаемому у вершины параболоида, и излучается на малое зеркало, после отражения от которого направляется на основное зеркало. Применение вспомогательного зеркала облегчает получение оптимального распределения электромагнитного поля в раскрыве основного зеркала, что обеспечивает максимальное КНД и позволяет уменьшить длину линии, подводящей энергию к облучателю. Существенный вклад в разработку теории и техники двухзеркальной А. сделан советским учёным Л. Д. Бахрахом. Коэффициент использования поверхности хорошо выполненных зеркальных А. равен 0,5-0,7.
Кроме металлических зеркал с профилем параболоида, применяются зеркала с профилем параболического цилиндра, сферы (сферическая А.) и др. Характерная особенность сферической А. - возможность управления направлением максимального излучения в широком секторе углов без существенного уменьшения КНД. Советскими учёными С. Э. Хайкиным и Н. Л. Кайдановским предложена оригинальная зеркальная А. для применения в качестве радиотелескопа. Такой радиотелескоп сооружен в Пулковской обсерватории. Он состоит из передвижного облучателя и набора плоских перемещающихся зеркал, располагаемых по ломаной линии, аппроксимирующей параболу. Путём передвижения облучателя и перестановки зеркал можно в широких пределах управлять направлением максимального излучения.
Одна из характерных А. СВЧ диапазона - щелевая А. в виде замкнутого полого металлического короба с прорезанными в нём щелями. Внутрь короба вводится электромагнитная энергия, излучаемая через щели (щелевые вибраторы) во внешнее пространство. Большое распространение получила синфазная антенная решётка из таких вибраторов. Часто она выполняется в виде прямоугольного или круглого сечения ( рис. 18 ), в одной из стенок которого прорезаются щели длиной 1/ 2l, размещаемые таким образом, что они возбуждаются синфазно. КНД таких А. приближённо равен утроенному числу щелей. Щелевые вибраторы не выступают над металлической поверхностью. Поэтому они широко используются в тех случаях, когда это свойство является важным, например на летательных аппаратах.
Большой вклад в развитие теории щелевых А. внесли советские учёные М. С. Нейман, А. А. Пистолькорс, Я. Н. Фельд и др.
Наряду с синфазной А. в диапазоне СВЧ применяют А. бегущей волны, состоящую из системы излучателей, возбуждённых по закону бегущей волны, и имеющую максимальное излучение в направлении её распространения. К А. такого типа относятся , А. типа «волновой канал», , А. поверхностной волны (импедансная А.) и др. Импедансная А. обычно состоит из ребристой поверхности и возбудителя. В А., показанной на рис. 19 , возбудителем служит рупор. При высоте рёбер меньше 1/ 4» вдоль ребристой поверхности образуется бегущая волна, распространяющаяся со скоростью меньше скорости света. Такая А., как и щелевая, легко может быть сделана невыступающей. КНД А. бегущей волны, применяемых на СВЧ, обычно не превышает 100. В развитии теории и техники импедансных А. существ, роль сыграли работы советских учёных Л. Д. Бахраха, Л. Д. Дерюгина, М. А. Миллера, В. И. Таланова, О. Н. Терешина и др., американского учёного Г. Больяна и др.
В 50-60-е гг. 20 в. в диапазонах коротких, метровых и сантиметровых волн получили распространение . Эти А. отличаются от А. других типов тем, что они в широком диапазоне (10-20-кратном и более) имеют почти неизменные характеристики (форму диаграммы направленности, КНД, входное сопротивление и др.). Одним из распространённых типов частотно-независимой А. является логопериодическая А., вариант которой показан на рис. 20 . Подводимая к А. электромагнитная энергия возбуждает большие токи только в 3-5 вибраторах, имеющих длину, близкую к половине длины рабочей волны. Эта группа вибраторов образует так называемую «активную область» А. С изменением длины рабочей волны соответственно перемещается «активная область» А. Таким образом, отношение линейных размеров этой части А. к длине рабочей волны не изменяется с изменением частоты. Это и является причиной слабой зависимости электрических характеристик А. от частоты. КНД логопериодических А. равно 30-50.
Перспективы развития А. В60-е гг. 20 в. наметился ряд перспективных направлений развития теории и техники А. Наиболее важные из них: 1) создание антенных решёток из большого числа излучающих элементов (электрических вибраторов, рупоров и др.), каждый из которых подведён к отдельному выходному блоку передатчика, имеющему регулируемый фазовращатель. Управляя соотношением фаз полей в отдельных излучающих элементах, можно быстро менять направление максимального излучения, а также форму диаграммы направленности А. Идентичным образом создаются приёмные антенные решётки из большого числа слабонаправленных А., подключаемых к отдельным входным блокам приёмника. 2) Создание А., основанных на методе апертурного синтеза, заключающегося, в частности, в перемещении одной или нескольких небольших по размерам А. с последовательной фиксацией в запоминающем устройстве амплитуды и фазы принятых сигналов. Соответствующим суммированием этих сигналов можно получить такой же эффект, как от большей А. с линейными размерами, равными длинам путей перемещения малых А. 3) Создание экономичных, легко устанавливаемых А. (зеркальных А., антенн-башен и антенн-мачт и др.) на основе использования металлизированных плёнок, с применением пневматики для придания А. необходимой конфигурации. 4) Широкое внедрение строгих методов анализа и синтеза (проектирование по заданным характеристикам) А. на основе применения электронных вычислительных машин. 5) Развитие статистических методов анализа А.
Лит.:Пистолькорс А. А., Антенны, М., 1947; Айзенберг Г. З., Антенны ультракоротких волн, М., 1957; Марков Г. Т., Антенны, М., 1960; Драбкин А. Л., Зузенко В. Л., Антенно-фидерные устройства, М., 1961; Айзенберг Г. З., Коротковолновые антенны, М., 1962.
Г. З. Айзенберг, О. Н. Терешин.
Рис. 11. Антенна типа «волновой канал»:1 - кабель питания; 2 - рефлектор; 3 - директоры; 4 - активный вибратор. Направление максимального излучения показано стрелкой.
Рис. 14. Параболическая антенна: 1 - фронт волны, падающей на зеркало; 2 - облучатель; 3 - раскрыв зеркала; 4 - параболическое зеркало; 5 - фронт волны, отражённой от зеркала; F - фокус параболоида. Стрелками показан ход лучей.
Рис. 9. Коротковолновая антенна бегущей волны: 1 - вибратор; 2 - изоляторы; 3 - линия питания; 4 - развязывающие резисторы; 5 - поглощающий резистор. Стрелкой показано направление максимального приёма.
Радиотелескоп Пулковской обсерватории.
Рис. 1. Элементарный электрический вибратор: а - схема: 1 - вибратор; 2 - направление в точку наблюдения; б - диаграмма направленности в плоскости YOZ; в - диаграмма направленности в плоскости XOY.
Рис. 5. Рамочная антенна: 1 - рамка; 2 - симметричная линия, идущая к приёмнику.
Рис. 3. Т-образная антенна длинных волн: 1 - снижение (излучатель); 2 - горизонтальная часть; 3 - изоляторы; 4 - система заземления; 5 - клеммы, присоединяемые к передатчику.
Телевизионная щелевая антенна.
Рис. 8. Синфазная антенна коротких волн: а - схема: 1 - излучающий элемент в виде диполя Надененко; 2 - апериодический рефлектор; 3 - изоляторы; 4 - линия питания (снижения), идущая к передатчику; б - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости: 1 - основной лепесток; 2 - боковые лепестки; 3 - ширина диаграммы направленности на уровне 0,7 от максимального; в - диаграмма направленности в вертикальной плоскости (при идеальной проводимости земли): 1 - основной лепесток; 2 - боковые лепестки: Е - напряжённость поля; Em - максимальная напряжённость поля.
Рис. 4. Сложная антенна средних и длинных волн: а - схема: 1 - активный вибратор, выполняемый в виде антенны-мачты либо аитенны-башни; 2 - пассивный вибратор, выполняемый в виде антенны-мачты либо антенны-башни; 3 - клеммы, присоединяемые к передатчику; 4 - элемент настройки; б - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости. Стрелкой показано направление максимального излучения.
Рупорно-параболические антенны радиорелейной линии связи.
Рис. 19. Антенна поверхностной волны (импедансная антенна): 1 - ребристая замедляющая структура; 2 - рупорное возбуждающее устройство; 3 - питающий радиоволновод. Стрелкой показано направление максимального излучения.
Рис. 2. Вертикальный несимметричный вибратор: а - схема: 1 - провод (излучатель); 2 - клеммы, присоединяемые к передатчику; 3 - направление в точку наблюдения; 4 - система заземления; 5 - поверхность земли; б - диаграмма направленности в вертикальной плоскости; в - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости.
Рис. 17. Двухзеркальная антенна: 1 - основное параболическое зеркало; 2 - облучатель; 3 - питающий радиоволновод; 4 - вспомогательное эллиптическое зеркало; 5 - вспомогательное гиперболическое зеркало; F - фокус антенны. Стрелками показан ход лучей.
Слабонаправленная логопериодическая антенна спирального типа.
Рис. 10. Турникетная антенна.
Рис. 18. Волноводная щелевая антенна: 1 - щелевые вибраторы; 2 - радиоволновод. Стрелкой показано направление движения электромагнитной энергии в радиоволноводе.
Двухзеркальная параболическая антенна.
Параболическая антенна Серпуховского радиотелескопа.
Рис. 7. Диполь Надененко: 1 - диполь; 2 - симметричная линия питания; 3 - изоляторы; 4 - мачта с секционированными оттяжками; 5 - поверхность земли.
Рис. 15. Параболическая антенна с вынесенным облучателем: 1 - плоский фронт волны, отражённой от зеркала; 2 - зеркало в виде «вырезки», имеющей форму параболоида вращения; 3 - питающий радиоволновод; 4 - сферический фронт волны, падающей на зеркало; 5 - облучатель; F - фокус параболоида вращения.
Рис. 16. Рупорно-параболическая антенна: 1 - параболическая поверхность; 2 - щека; 3 - рупор; 4 - питающий радиоволновод; 5 - раскрыв антенны. Направление максимального излучения показано стрелкой.
Рис. 13. Линзовая антенна: 1 - фронт волны, падающей на линзу; 2 - облучатель; 3 - линза; 4 - фронт волны, прошедшей, через линзу; F - фокус линзы. Стрелками показан ход лучей.
Рис. 12. Рупорная антенна: 1 - рупор; 2 - питающий радиоволновод. Направление максимального излучения показано стрелкой.
Рис. 20. Логопериодическая вибраторная антенна: 1 - вибраторы; 2 - линия питания. Стрелкой показано направление максимального излучения.
Рис. 6. Симметричные вибраторы: а - вертикальный; б - горизонтальный: 1 - вибратор; 2 - симметричная линия питания; 3 - поверхность земли.
Антенная решётка
Анте'нная решётка,сложная направленная , состоящая из совокупности отдельных слабонаправленных антенн (излучающих элементов), расположенных в пространстве и возбуждаемых токами высокой частоты таким образом, чтобы получить требуемую диаграмму направленности. Излучающими элементами являются симметричные и несимметричные , щелевые вибраторы и др. Применяют различное взаимное расположение излучающих элементов в пространстве и распределение фаз колебаний высокочастотных токов в них. Изменением соотношения фаз можно менять направленные свойства А. р. (направление максимального излучения, ширину диаграммы направленность и др.). Наиболее распространены А. р., излучающие элементы которых расположены в одной плоскости. При этом чаще встречаются 2 варианта фазировки токов в элементах: синфазное ( ) и с прогрессивно нарастающим от элемента к элементу запаздыванием по фазе ( ). В первом случае направление максимального излучения нормально к плоскости А. р., во втором совпадает с линией расположения элементов А. р.
Г. З. Айзенберг, О. Н. Терешин.
Антеннулы
Анте'ннулы,первая пара членистых головных придатков у ракообразных; одноветвисты, у некоторых высших раков - вторично двуветвисты. Иннервируются от надглоточного ганглия. Гомологичны (см. ) трахейнодышащих и пальпам кольчатых червей. У большинства раков А. - органы чувств, у веслоногих - органы движения, у усоногих - органы прикрепления.
Антенны
Анте'нны,сяжки, усики, многочленистые подвижные головные придатки членистоногих (у паукообразных отсутствуют). У ракообразных А. - вторая пара головных придатков, двуветвисты. Иннервируются от подглоточного ганглия или окологлоточных комиссур. У большинства ракообразных служат органами чувств, у ветвистоусых - органами движения. А. трахейнодышащих - одноветвисты, соответствуют