Окончательное руководство по радиоантеннам

В сфере беспроводной связи антенны служат фундаментальным интерфейсом для преобразования и передачи электромагнитных волн. В зависимости от рабочей частоты, характеристик распространения и конструктивного исполнения антенны обладают различными техническими характеристиками. В этом руководстве подробно рассматриваются различные типы антенн от длинноволнового до микроволнового диапазонов.

1. Классификация по волновому диапазону и распространению

Конструкция антенны неразрывно связана с ее рабочей частотой, которая диктует как ее физические размеры, так и требования к установке..

Длинноволновые и средневолновые антенны

• Распространение: Эти антенны используют в основном наземные и небесные волны, причем последние постоянно отражаются от ионосферы и Земли.
• Поляризация: Они предназначены для генерации вертикально поляризованных волн.
• Общие формы: Включает вертикальные, перевернутые-L, Т-образные и зонтичные антенны с вертикальным заземлением.
• Технические проблемы: Эти антенны часто сталкиваются с такими проблемами, как малая эффективная высота, низкое сопротивление излучению, низкая эффективность и узкая полоса пропускания. Поэтому их конструкции обычно массивные и сложные, требующие обширных сетей заземления.

Коротковолновые антенны

• Основное использование: Краеугольный камень современной дальней радиосвязи, в значительной степени опирающийся на ионосферное отражение (небесные волны).
• Производительность: По сравнению с длинноволновые антенны, Они обеспечивают большую эффективную высоту, более высокую радиационную стойкость, лучшую эффективность и более широкую полосу пропускания.
• Популярные типы: Широко используются симметричные, горизонтальные ко-фазные, ромбические и фишбоун антенны.

Ультракоротковолновые и микроволновые антенны

• Ультракороткая волна: Распространение происходит в основном с помощью космических волн. Общие типы включают Yagi, Антенны Discone, Discone и Batwing для телевизионного вещания.
• Микроволновая печь: Охватывая волны от метровых до миллиметровых, они полагаются на распространение космических волн. Чтобы максимально увеличить расстояние, их часто устанавливают на значительной высоте. К основным типам относятся параболические, рупорные, линзовые и щелевые антенны.

2. Характеристики направленности и полосы пропускания

Категория	Техническое описание	Основная цель
Направленная антенна	Сильно излучает/принимает в определенных направлениях и минимально - в других.	Повышение энергоэффективности, усиление безопасности и снижение уровня помех.
Всенаправленная антенна	Излучает/принимает электромагнитные волны равномерно во всех направлениях.	Идеально подходит для мобильной связи, например, в качестве хлыстовых антенн на портативных радиостанциях.
Широкополосная антенна	Сохраняет постоянную направленность, импеданс и поляризацию в широком диапазоне..	Используется в частотно-устойчивых системах, например, в лог-периодических антеннах.
Настроенная антенна	Направленность сохраняется только в очень узком диапазоне частот (обычно в пределах 5%)..	Не подходит для коротковолновой связи с частой сменой частоты.

3. Глубокое погружение в классические антенные структуры

Заземленные вертикальные антенны

• Вертикальная антенна: Расположены перпендикулярно земле. Асимметричные версии (вертикально заземленные) широко распространены в радиовещании, поскольку их максимальное излучение сосредоточено в направлении земли.
• Перевернутые L- и T-образные антенны: Оба состоят из горизонтальный Провода и вертикальные провода, где вертикальная часть передает излучение. Они просты в установке, но требуют больших площадей, обычно используются для длинноволновой связи.
• Хлыстовая антенна: Гибкая вертикальная стержневая антенна, обычно длиной 1/4 или 1/2 волны. Она повсеместно используется в автомобилях, рациях и небольших портативных радиостанциях.

Симметричные и сложные массивы

• Симметричная (дипольная) антенна: Состоит из двух проводов равной длины, соединенных в центре. Полуволновой диполь является наиболее фундаментальным устройством, используемым во многих сложных массивах.
• Клетчатая антенна: Полый цилиндрический излучатель из множества проводов, обеспечивающий широкую полосу пропускания для магистральной связи.
• Антенна Yagi (направленная): Состоит из излучателя, отражателя и нескольких директоров. Он имеет высокую направленность, малый вес и широко используется в радиолокации и связи на ультракоротких волнах.

4. Антенны СВЧ с высоким коэффициентом усиления

Отражательные и рупорные антенны

• Параболическая антенна: Использует параболический отражатель для фокусировки электромагнитных волн в острый луч. Благодаря высокой направленности он необходим для спутниковой связи и радаров.
• Рупорная параболическая антенна: Объединяет a рожок Радиатор с параболической поверхностью. Он исключает засорение фидера, снижает обратное излучение и обеспечивает чрезвычайно широкий рабочий диапазон.

Антенны с оптическим принципом действия

• Объектив Антенна: Использует диэлектрические или металлические пластины для преобразования сферических волн в плоские. Он обеспечивает превосходное подавление боковых лепестков и используется в микроволновой ретрансляционной связи.
• Антенна для перископа: Состоит из наземного излучателя и отражателя, установленного на башне. Такая установка минимизирует потери в фидере и искажения в микроволновых релейных системах.

5. Основные вспомогательные технологии

• Антенный тюнер: Сеть согласования импеданса, подключенная между передатчиком и антенной. Благодаря ей передатчик остается согласованным с антенной, несмотря на сдвиг частоты, что позволяет максимизировать излучаемую мощность.
• Лог-периодическая антенна: Частотно-независимая широкополосная антенна, характеристики которой периодически повторяются в зависимости от логарифма частоты.