В помощь изучающему электронику

R_Σ = P_Σ / I_a

Величина R_Σ зависит от чипа антенны, ее размеров (по отношению к длине волны) и точки подключения питающего фидера. В общем случае сопротивление излучения имеет комплексный характер, т. е., кроме активной составляющей, имеет и реактивную Хиз.

Полное активное сопротивление антенны R_A складывается из сопротивления излучения R_Σ и сопротивления потерь Rn

R_A = R_Σ + R_п

— отношение излучаемой мощности к подводимой

η = R_Σ / (R_Σ + R_п)

— зависимость напряженности поля в удаленной Точке от направления. Обычно диаграмма направленности снимается в двух плоскостях — горизонтальной и вертикальной.
 

Для оценки направленности антенны в какой-либо плоскости пользуются понятием ширины диаграммы направленности, понимая под этим ширину основного лепестка, отсчитанную по уровню 0,7 напряженности поля (или по уровню 0,5 мощности).
 

Коэффициент направленного действия (КНД) антенны D — число, показывающее во сколько раз нужно увеличить мощность передатчика, чтобы в точке, лежащей на заданном удалении по направлению максимального излучения, получить такую же напряженность поля с помощью ненаправленной антенны. КНД однозначно определяется пространственной диаграммой направленности антенны.
 

Если известна ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, то КНД находят по следующей приближенной формуле:

D = 41253 / Ф₀ θ₀

Ф₀—направленность антенны в горизонтальной плоскости, °

θо— направленность антенны в вертикальной плоскости, °.
 

Коэффициент усиления антенны по мощности G представляет собой произведение КНД и к. п. д. и полностью характеризует выигрыш по мощности, который дает антенна по сравнению с ненаправленным идеальным излучателем (не имеющим потерь) -

G =η D

Параметры приемных антенн

— величина, на которую нужно умножить напряженность электрического поля в точке приема, чтобы получить э. д. с., развиваемую антенной. hд зависит от типа антенны и ее относительных размеров (по отношению к длине волны). Физически hд равна высоте воображаемой антенны, обладающей одинаковой с реальной антенной способностью принимать радиоволны, но в которой ток по всей длине имеет постоянное значение, равное току в пучности реальной антенны I_Ап (рис.1).
 

Понятием «действующая высота» удобно пользоваться при расчете одновибраторных антенн длиной не более λ/4.
 

Эффективная площадь антенны Аэфф определяет ту часть площади фронта плоской волны, с которой снимает энергию антенна. Понятие эффективная площадь используется при расчете многовибраторных и других сложных антенн (это понятие может быть применено и к одновибраторной антенне).

Рис1. Действующая высота антенны.

D = 4π A_эфф / λ²

А_эфф и λ2 измеряются в одинаковых единицах, например,- м².
 

Мощность сигнала на входе приемника, согласованного с антенной, равна;

P_A = (E²_o A_эфф) / 120 π

Е₀—напряженность поля, в/м;

А_эфф—эффективная площадь антенны, м²;

Р_A—мощность в антенне, вт.
 

Диаграмма направленности

—зависимость э.д. с. антенны от направления прихода волны. Ширина диаграммы направленности—угол, внутри которого э. д. с. антенны не падает ниже уровня 0,7 от своего максимального значения.
 

Коэффициент полезного действия η_A

—отношение мощности, снимаемой с антенны, к мощности, получаемой антенной от электромагнитной волны.
 

Коэффициент направленного действия (КНД) антенны D

— число, показывающее, во сколько раз мощность, снимаемая с антенны, превышает мощность, которую можно было бы получить в данном случае с помощью ненаправленной антенны, имеющей такой же к. п. д.
 

Величина КНД полностью определяется пространственной диаграммой направленности антенны.
 

Коэффициент усиления антенны по мощности G

— число, показывающее, во сколько раз мощность, снимаемая с антенны, превышает мощность, которая могла бы быть снята в этих же ^условиях с ненаправленной антенны без потерь. Как и для передающей антенны,

G = η_Av D

— сопротивление антенны на рабочей частоте в точках подключения. В общем случае Z_A (так же, как и сопротивление излучения передающей антенны) имеет как активную, так и реактивную составляющие.
 

Частотная характеристика антенны

— зависимость входного сопротивления антенны от частоты.
 

Для антенн существует принцип взаимности, согласно которому одна и та же антенна при работе на передачу и прием обладает одинаковыми характеристиками (КНД, к. п. д., диаграмма направленности и т. д.). При этом предполагается, что сохраняется способ подключения к антенне.

Вибраторные антенны

Рис. 2 Антенна типа "Волновой канал"

Коэффициент направленного действия антенны «волновой канал» определяется по приближенной формуле

D = 5 (n + 1)

Рамочные антенны

Обычно общая длина провода рамочной антенны мала по сравнению с длиной волны

n l_w <<λ

n— количество витков рамки;

l_w— длина одного витка.

В этом случае диаграмма направленности не зависит от формы сечения рамки н имеет вид, показанный на рис. 4.

Рис. 4. Диаграмма направленности рамочной антенны.

e = (n S / λ) 2π cos φE

е — э. д. с., наводимая по рамке, в;

S — площадь рамки, м²;

λ — длина волны, м;

Е — напряженность поля, в/м;

φ— угол между направлением приема и плоскостью рамки, °,

n - число витков.

R_Σ =31200 (nS/λ²)² ом

Приемные ферритовые антенны

Ферритовая антенна состоит из ферритового стержня, на котором размещена антенная катушка, выполняющая роль индуктивной ветви входного контура. По принципу действия фердитовая антенна является магнитной, аналогично рамочной антенне.
 

Эффективность ферритовой антенны ДВ и СВ диапазонов сравнима со штырем длиной 1—2 м.
 

Ферритовая антенна обладает направленностью, соответствующей рамочной антенне (см. рис.4).
 

Расчет и конструирование ферритовой антенны. Выбор марки феррита производится в соответствии с диапазоном частот:

СВ μ = 600—1000;

KB μ = 100—400;

УКВ μ = 10—50.

Напряжение на входном контуре

U_вх = Q e

е — э. д. с., наведенная в антенне;

Q — добротность антенного контура,
 

Согласование антенны со входом первого каскада приемника обычно осуществляется частичным включением антенного контура при ламповом входе и катушкой связи при транзисторном входе. Индуктивная связь является более гибкой, поскольку, перемещая катушку связи, можно менять связь в широких пределах.
Правильный выбор связи играет особо важную роль в транзисторных приемниках ввиду низкого входного сопротивления транзисторных каскадов. Для повышения чувствительности транзисторного приемника (за счет более эффективного использования ферритовой антенны) антенну подключают через эмиттерный повторитель, обладающий высоким входным сопротивлением.
Расчет ферритовой антенны (рис. 6) состоит в определении количества витков антенной катушки.

Требуемую индуктивность антенной катушки находят по формуле:

Lк = 2,53 10_⁴ / f²_max C_min мкгн

f_max — максимальная частота диапазона, Мгц;

Сп — минимальная емкость контура, пф.

Рис. 6. Ферритовая антенна.
1-ферритовый стержень, 2-Антенная катушка, 3-катушка связи, х-смещение центра катушки относительно центра сердечника.

Для наиболее простой односекционной антенной катушки со сплошной намоткой количество витков:

ω = (L_к/L'd_к μ_к)^1/2

Коэффициент формы L' зависит от отношения длины катушки к ее диаметру (рис.7).
 

Коэффициент μ_к определяют как произведение четырех эмпирических коэффициентов
 

μ_к = μ_с m_L p_L q_L

Здесь:

m_L - зависит от соотношения длин катушки и сердечника и определяется по графику, приведенному на рис. 8;

р_L - зависит от положения катушки на стержне и определяется по графику, приведенному на рис. 9;

q_{L -} представляет собой отношение квадратов диаметров ферритового стержня и катушки: q_L = d² / d²_к ;

μ_с- действующая магнитная проницаемость ферритового стержня, зависящая от начальной магнитной проницаемости феррита μ_н и размеров стержня (рис. 10).

Для определения коэффициентов т_L , р_L и L' необходимо задаться прежде всего длиной катушки, которая определяется произведением диаметра провода на неизвестное количесиво витков. Поэтому расчет производится путем последовательных приближений.