Антенны для ультракоротких волн

Расскажем об антеннах, к которым радиолюбители и телезрители проявляют наибольший интерес, об антеннах метрового диапазона (10—1 м) и длинноволновой части дециметрового диапазона (1 м — 50 см). Эти антенны применяются для приема телевидения и в качестве приемных и передающих антенн радиолюбительских УКВ станций.

Направленные свойства УКВ антенн.
Под направленными свойствами антенн понимают их способность излучать электромагнитную энергию относительно узкими пучками в определенных желаемых направлениях. Простейшая и в то же время наиболее распространенная УКВ антенна, симметричный полуволновый вибратор (рис. 1), состоит из двух расположенных на одной оси металлических стержней. Общая длина вибратора составляет примерно половину длины волны X. Расположим вибратор горизонтально и мысленно проведем плоскость перпендикулярно оси вибратора (вертикальную плоскость). В этой плоскости излучаемая мощность распределяется равномерно во всех направлениях. Поэтому говорят, что горизонтальный вибратор является ненаправленным в вертикальной плоскости.
В горизонтальной же плоскости излучение является направленным, причем наибольшая мощность излучается перпендикулярно вибратору, а в направлении его оси излучение полностью отсутствует. Соответственно вертикально расположенный вибратор излучает равномерно во всех направлениях в горизонтальной плоскости и неравномерно в вертикальной.
Направленные свойства антенн изображают графически в виде диаграмм направленности в горизонтальной и вертикальной плоскости (рис. 1). Заметим, что такие диаграммы не дают возможности определить, какую же мощность излучает антенна в определенном заданном направлении, поскольку величина этой мощности зависит не только от формы диаграммы, но и от мощности передатчика. Диаграмма направленности антенны характеризует лишь распределение мощности передатчика в пространстве независимо от полной величины этой мощности и определяется конструкцией антенны.
На рис. 2 изображены диаграммы направленности различных УКВ антенн в горизонтальной плоскости. Антенна, имеющая диаграмму типа а, излучает в горизонтальной плоскости равномерно во все стороны. Такую диаграмму должна иметь антенна радиолюбительского передатчика, если направление на корреспондента заранее неизвестно, а также телевизионная передающая антенна.
Диаграммы типов б имеют два симметричных «лепестка». Антенны с такими диаграммами излучают одинаково в двух противоположных направлениях. Часто бывает полезным сконцентрировать излучение только в одном направлении. Тогда нужно пользоваться однонаправленными антеннами, имеющими диаграммы направленности типа г и д.
Как видно из рисунка, эти диаграммы имеют обычно, помимо основного лепестка, небольшие «задние» или «боковые» лепестки, что указывает на некоторый расход мощности передатчика на излучение в нежелательных направлениях. Заметим, что антенна с диаграммой направленности типа д излучает электромагнитные волны более узким пучком и является, следовательно, более направленной.
Ширина основного лепестка диаграммы направленности измеряется в градусах и отсчитывается по уровню половинной мощности или 0,7 напряжения (угол X на диаграмме г).
Какой же должна быть диаграмма направленности передающей УКВ антенны? Для ответа на этот вопрос необходимо знать, в пределах какого угла может меняться направление от передающей антенны к возможному корреспонденту. Необходимо, чтобы этот угол укладывался в пределах угла раствора основного лепестка диаграммы направленности по уровню половинной мощности. Чем уже основной лепесток диаграммы направленности, чем меньше задние и боковые лепестки, тем большая мощность (при неизменной мощности передатчика) излучается в главном направлении и тем больше дальность связи в этом направлении.
А как обстоит дело с направленными свойствами приемных антенн? Пусть некоторая антенна используется как передающая для излучения сигналов в пространство и имеет диаграмму направленности, изображенную на рис. 2 д. Максимум мощности излучаемых волн соответствует направлению, показанному сплошной стрелкой. Если эту же самую антенну применить для приема, то мощность сигналов, поступающих на вход приемника, будет максимальной, когда сигнал приходит с того же направления (пунктирная стрелка).
Итак, диаграмма направленности любой антенны неизменна при работе её как на передачу, так и на приём. При выборе типа приёмной антенны нужно учитывать те же соображения относительно необходимого угла раствора диаграммы в горизонтальной плоскости. Следует ещё добавить, что чем уже основной лепесток диаграммы направленности и меньше боковые лепестки, тем слабее сказываются различные помехи приему (медицинские, индустриальные и т. п.).