Антенна для приема и передачи: описание, принцип действия

Антенна — устройство, принимающее или излучающее радиоволны. Первый излучатель, известный как диполь или симметричный вибратор Герца, появился в 1887–88 гг. Немецкий физик доказал на практике существование электромагнитных волн, подтвердил теоретические уравнения Максвелла.

Уже в 1895–96 гг. русским ученым А.С. Поповым были создана действующая антенна несимметричного вида, где одним из проводников выступала Земля. В это же время итальянский инженер Г. Маркони также изобрел подобное устройство и использовал его в практических целях.

Основные характеристики антенн

Все беспроводные технологии передачи данных основаны на распространении электромагнитных волн в пространстве. Антенна для приема принимает радиоволны и преобразует их в высокочастотные колебания. Передающее устройство, наоборот, превращает электромагнитные колебания, поступающие от передатчика, в волны, которые распространяются в пространстве.

Таблица 1 Основные параметры

Подбирая излучатели можно изготовить устройство с любой диаграммой направленности, но обычно проектировщики находят компромиссное решение, достигая точности воспроизводства диаграммы сравнением с такими показателями как:

• стоимость реализации;
• КПД;
• простота конструкции;
• легкость изготовления.

Принцип действия в режимах приема и передачи

Первая антенна — симметричный вибратор Герца. На деле устройство практически не используется.

Форма и конструкция устройства, будь то антенна для телевидения или радиотелескоп для изучения вселенной, зависит от назначения и длины волны, которая реализуется для этого устройства. Широко распространены металлические рупоры, отрезки/ системы проводников.

Также нашли применение волноводы:

• из металла;
• из диэлектрика;
• с щелями, прорезанными в металлических стенках.

Для улучшения диаграммы направленности используют линзы и рефлекторы, которые устанавливают на излучатели.

Конструктивно антенна представляет собой систему проводников, соединенных напрямую или через специальный тракт — линию питания, с передающим или принимающим устройством.

В систему излучения входят:

• генератор/ источник колебаний;
• фидерный («питающий/ подающий» от слова «feed» — питать/ подавать) тракт;
• излучатель, т. е передающая антенна.

При передаче источник, которым может выступать радиопередатчик, создает переменный электрический ток, протекающий по проводникам антенны. Согласно закону Ампера вокруг токопроводящих элементов порождается магнитное поле, изменяющееся во времени. Оно, в свою очередь, не только воздействует на ток, проходящий по проводникам, но и создает по закону Фарадея переменное вихревое электрическое поле, которое воспроизводит магнитное поле и т. д. Таким образом получаются электромагнитные волны, излучаемые в пространство антенной.

Система приема:

• принимающая антенна;
• фидер;
• приемник.

Приемная антенна работает так. На проводники устройства падают волны электромагнитного поля, наводя в них токи. Через фидер эти наведенные токи поступают во входной импеданс (комплексное сопротивление между двумя узлами цепи / полюсами двухполюсника) приемника, порождая напряжение.

Область применения антенн

Диапазон волн колеблется от долей мм до десятков километров. Отсюда сформировалось многообразие видов антенн и множество сфер использования. Принимающие и передающие устройства применяются в таких областях:

• беспроводная связь;
• медицина;
• системы навигации;
• космическая/ авиационная техника картографирования;
• астрономия;
• радиолокация;
• геология и многие другие.

Антенны активно используют в радиотелескопах при изучении космоса, в военной радиолокации, в чипах для непрерывного измерения показателей/ изучения/ диагностирования патологий в организме людей/ животных, да и просто в быту.

Современный человек не представляет жизни без гаджетов, а в основе их управления лежит приемное/ передающее устройство. Мачта для антенны в бытовых целях практически не используется, разве что для увеличения зоны приема модема, теперь сигнал поступает на спутниковые тарелки или подается через мобильный и проводной интернет и т. д.