Антенны. Передающая антенна является преобразователем энергии тока высокой частоты, поступающего от передатчика, в энергию электромагнитных волн, излучаемых в заданных направлениях. Приемная антенна является обратным преобразователем.

В реальных линейных антеннах ток вдоль антенны распределен неравномерно. Антенну, получающую питание в основании от передатчика, совместно с ее зеркальным изображением можно рассматривать как отрезок развернутой линии, разомкнутой на конце.

Действующей длиной антенны и = «Дн(/(/)щ о

называют такую длину антенны с равномерным распределением тока /„, которая создает такую же напряженность поля, как и реальная антенна с неравномерным распределением тока. В этой формуле 1 — полная длина антенны. При малой длине антенны (меньше четверти длины волны)

/д = 0,64/1.

Не вся мощность, подведенная к антенне, расходуется на излучение. Часть ее теряется в активном сопротивлении проводов, изоляторах и т. д. Все виды потерь в совокупности характеризуются мощностью потерь Р

_п

, которая аналогична мощности излучения Р% и может быть представлена как половина произведения квадрата тока в антенне на сопротивление потерь Р

_п

. Для несимметричных антенн

/?„ = Ап [X /(4 — 5) /,],

где А

_п

— коэффициент, зависящий от качества заземления и мощности излучения (для Р? 1 кВт А„ = 2-г-7; для Р? > 1 кВт А„ = 0,5-г-2).

При организации радиосвязи в диапазонах декаметровых волн и УКВ целесообразна максимальная концентрация излучения в сторону приемной станции за счет применения остронаправленных антенн. Зависимость напряженности поля излучения от направления называют характеристикой, или функцией направленности антенны, а представленную на графике зависимость — диаграммой направленности.

Основные параметры и характеристики передающей антенны:

сопротивление излучения /?? — коэффициент пропорциональности между мощностью излучения Р1 и квадратом действующего значения тока в основании антенны:

Р

₁

= /^/

²

.

Сопротивление излучения характеризует способность антенны отдавать энергию в пространство;

сопротивление потерь -коэффициент пропорциональности между мощностью, расходуемой на нагревание проводов антенны и теряемой в изоляторах, мачтах и оттяжках, земле, и квадратом тока у основания (или в пучности):

Рп = /?„/

²

;

коэффициент полезного действия 1! = Р

_Т

/{Р

_Т

+ />„)= /?

_х

/(/?? + /?„);

входное сопротивление Д

_вх

— сопротивление между точками подключения антенны к передатчику. На железнодорожном транспорте применяют направленные антенны. Если мощность излучателя оставить неизменной, то напряженность поля в месте приема при направленной антенне будет больше, чем при ненаправленной. Направленная антенна концентрирует электромагнитную энергию подобно прожектору, концентрирующему световую энергию;

коэффициент направленности /) — отношение плотности потока энергии волн, движущихся в направлении максимального излучения 5

_тах

, к плотности потока энергии изотропного (ненаправленного) излучателя 5

_ср

при той же мощности излучения:

0-3 тах/5ср-

Для приемных антенн коэффициент направленности В определяется отношением мощности, отбираемой антенной из электромагнитных волн, которые проходят в направлении максимума приема, к мощности, извлекаемой при той же напряженности поля сигнала, не направленной приемной антенной,

О — Р тах/Р ср!

коэффициент усиления — произведение коэффициентов направленности и полезного действия

О = Дт).

Простейшей антенной для диапазонов километровых и гектомет-ровых волн является вертикальный провод с горизонтальной частью (Г- или Т-образные антенны), нижний конец которой связан с передатчиком. Направленной приемной антенной в этом диапазоне волн является рамка, представляющая собой виток провода и поворачивающаяся вокруг оси.

На декаметровых волнах вертикальные антенны, имеющие сильное излучение вдоль земли, как правило, не применяют, так как земная волна быстро затухает и для связи На большие расстояния не может быть использована. Поэтому применяют горизонтальные антенны, не излучающие вдоль земли. Антенны декаметровых волн разделяют на настроенные и диапазонные. К настроенным относят симметричный горизонтальный вибратор и сложные антенны, составленные из горизонтальных вибраторов.

Для повышения направленности подвешивают провода сзади (рефлектор) и спереди (директор) вибратора. К диапазонным антеннам относят ромбическую антенну. В диапазоне УКВ применяют следующие основные типы антенн: вибраторные, рупорные, с зеркалами, линзовые, щелевые, диэлектрические, спиральные, поверхностных волн.

Распространение радиоволн. В однородной среде электромагнитные волны распространяются прямолинейно. При переходе из одной среды в другую радиоволны испытывают отражение и преломление. Если на пути волны встречается препятствие, то.волна стремится его обогнуть. Процесс огибания называют дифракцией.

В неоднородной среде волны распространяются по криволинейным траекториям. Это явление называют рефракцией.

Радиоволны, распространяющиеся вдоль поверхности земли, называют земными, или поверхностными. С ростом высоты в тропосфере снижается относительная диэлектрическая проницаемость е, поэтому уменьшается коэффициент преломления п= -у е , благодаря чему возникает рефракция. В верхних слоях атмосферы (ионосфере) под влиянием ультрафиолетового и рентгеновского излучений солнца, а также корпускулярного излучения происходит ионизация атомов газа. Волны, отраженные от ионосферы, называют ионосферными, или пространственными.

Ультракороткие волны пронизывают ионосферу и не могут быть использованы для связи ионосферной волной между наземными станциями. На расстоянии свыше 2-3 тыс. км километровые волны (Х= 1-т-Ю км) распространяются только ионосферной волной, на линиях радиосвязи длиной 700-1000 км интенсивность земной и ионосферной волн примерно одинаковая. В гектометровом диапазоне (X- 100-=-1000 м) земная волна распространяется на расстояния, превышающие 500 и 700 км, при организации связи на большие расстояния используют ионосферные волны. В декаметровом диапазоне (Х= 10-=-100 м) земная волна имеет слабую способность к дифракции и затухает на расстоянии в несколько десятков километров, поэтому основным способом распространения радиоволн является ионосферная волна; УКВ (Х<С 10 м) практически не отражаются от ионосферы, дифракция земной волны слаба, поэтому распространение радиоволн в основном происходит в пределах прямой видимости.