§ 82. Технічні характеристики антен.

Антена є відкритим коливальним контуром, в якому, на відміну від замкненого коливального контура, ємність і самоіндукція розподілені по всій довжині провода.

Як кожний коливальний контур, антена має резонансну частоту, або, як кажуть, власну довжину хвилі.

При роботі на власній довжині хвилі технічні характеристики антени будуть найкращі.

Знаючи геометричні розміри антени, можна обчислити довжину власної хвилі.

Для вертикального провідника, розташованого біля поверхні землі — несиметричної антени (рис. 219), довжина власної хвилі дорівнює чотирьом висотам: λ₀ = 4·h,

тому що при цьому співвідношенні має місце резонанс.

У симетричної антени (рис. 220) довжина власної хвилі дорівнює подвоєній довжині всього провідника: λ₀ = 2·l.

Працюючи як перетворювач енергії, передавальна антена має певний

к. к. д., що показує, яка частина енергії передавача випромінюється, а яка витрачається на нагрівання проводів, заземлення і т. п.

Коефіцієнт корисної дії в процентах обчислюється за формулою

,

де η — коефіцієнт корисної дії,

Р₁ — випромінювана потужність,

Р₂ — потужність втрат в антені.

Коефіцієнт корисної дії ультракороткохвильових антен дуже великий —95—98%. У антен довгих хвиль він знижується до кіль­кох процентів.

Кожна антена випромінює енергію неоднаково по всіх напрямках, або, інакше кажучи, має певні направлені властивості, що наочно зображається діаграмами направленості (рис. 221).

Такі діаграми показують, з якою інтенсивністю випромінює антена енергію в різних напрямках: у горизонтальній або у вертикальній площині.

Кількісно направленість випромінювання характеризується коефіцієнтом направленої дії, що показує, у скільки разів збільшується енергія поля в місці приймання, якщо замість ненаправленої антени взяти направлену.

Антени радіомовних і телевізійних станцій майже не мають направленості, в той час як короткохвильові антени для магістральних зв’язків мають величину коефіцієнта направленої дії кілька сотень, а радіолокаційні антени — до кількох десятків тисяч.

Для обчислення е. р. с., що виникає в приймальній антені, вводять поняття діючої висоти антени.

Електрорушійна сила, що виникає в приймальній антені, про- порціональна напруженості електричного поля в місці приймання Е і діючій висоті антени h_Д:

е=Е· h_Д

Діюча висота антени залежить від її розмірів та форми, а також від довжини хвилі.

Напруженість поля обумовлена потужністю передавача, віддалю між приймачем і передавачем і довжиною хвилі.

При короткому (у порівнянні з довжиною хвилі) провіднику діюча висота антени дорівнює половині геометричної висоти.

Збільшити діючу висоту можна, приєднуючи до верхньої точки антени ємність у вигляді горизонтальних дротів або «зірки» з дро­тинок.

Діюча висота симетричної антени, що працює на власній хвилі, менша за геометричну в 0,64 раза.

§ 83. Фідерні лінії.

Антена з’єднується з передавачем чи приймачем, або безпосе­редньо приєднуючись до затискувача «антена», або з допомогою електричних провідників, що називаються фідерними лі­ніями, або просто фідерами. В практиці широко викори­стовуються дві конструкції фідерних ліній: симетрична лінія з двох паралельних дротів та коаксіальна лі­нія з двох циліндричних провідників.

Фідерна лінія характеризується двома головними величинами: втратами енергії в лінії і хвильовим опором. Втрати енергії тим більші, чим довша лінія і чим вища частота струму. Для зменшення втрат дроти для фідерних ліній виготовляють з міді, а для ізоля­ції використовують високоякісну кераміку, полістирол та ін.

Хвильовий опір, що характеризує співвідношення на­пруги і струму в лінії, залежить від конструкції фідерної лінії і Зменшується із збільшенням ємності між провідниками лінії.

Якщо відомі розміри провідників, можна обчислити хвильовий опір:

при двопровідній лінії (рис. 222) W = 276·lg( ) ом,

де r— радіус провідника,d— віддаль між осями провідників;

при коаксіальній лінії (рис. 223)

W = 138·lg ом,

де Д₁— внутрішній діаметр більшого провідника, Д₂—діаметр внутрішнього провідника.

Необхідною умовою повного використання енергії, що йде від передавача по лінії, є рівність хвильового опору лінії і вхідного опору антени в місці їх з’єднання, інакше кажучи, потрібне узгодження лінії з антеною. При цьому в лінії виникає біжуча хвиля, тобто відбивання енергії від кінця лінії не відбувається.

Якщо цієї умови нема, між лінією і антеною вмикають узго­джуючий пристрій, який змінює вхідний опір антени до потрібної величини.

При узгодженні струм і напруга на лінії майже однакові по всій довжині, в той час як за відсутністю узгодження розподіл напруги і струму вздовж лінії нерівномірний, що призводить до збільшення втрат у лінія і навіть до пробивання ізоляції.

Ступінь узгодженості характеризується відношенням мінімальної величини напруги U_мін (або струму I_мін) до максимальної U_макс (або I_макс). Це співвідношення називаєте ся коефіцієнтом біжучої хвилі, або скорочено к. б. х. (рис. 224):

к. б. х.= .

При повному узгоджені ні к.б.х.= 1, а струм і напруга у фідері збігаються за фазою, тому струм у фідері І або напруга U обчислюються просто, якщо відома потужність Р:

;