Антенны
Антенна – это изобретенное Николой Теслой устройство, которое предназначено для приема и излучения радиоволн.
Антенна представляет собой конвертер электрического тока радиочастотного диапазона в электромагнитное излучение и наоборот. Размеры, форма и конструкция антенны зависят от длины принимаемых и излучаемых волн, а также ее назначения. Антенны могут быть сделаны как из диэлектрических, так и проводящих материалов, а их излучающие структуры изготавливаются посредством напыления проводящих материалов на диэлектрические подложки. В электрических сетях широко используются антенны, которые выполнены в виде отрезка металлического провода или комбинации таких отрезков, металлических рупоров, отражающих зеркал, диэлектрических волноводов и т.п.
Характеристики линейных антенн могут быть обобщены для режимов приема и передачи. В данных режимах антенны характеризуются поляризационными, фазовыми и направленными характеристиками, а также входным импедансом. К таким характеристикам относятся уровень боковых лепестков, полоса пропускания, поляризация, шумовая температура, коэффициент полезного действия, коэффициент стоячей воды, коэффициент усиления, фазовая диаграмма, эквивалентная изотропно излучаемая мощность и т.п. Механическими характеристиками антенн являются размер, вес, ветровые нагрузки и материал изготовления.
Все современные антенны делятся на следующие типы:
- Вбираторные антенны, к которым относятся турникетная антенна, диполь, шунтовой вибратор, петлевой вибратор, широкополосный диполь и множество видов несимметричных вибраторов (антенна зенитного излучения, коллинеарная антенна, укороченная штыревая антенна, коаксиальная антенна и т.п.).
- Щелевые антенны, к которым относятся щелевой вибратор и волноводно-щелевая антенна.
- Антенны на принципе электродинамического подобия, к которым относятся излучатель “бабочка” и дискоконусная антенна.
- Антенны бегущей волны, к которым относятся диэлектрическая, директорная, ромбическая, импедансная, V-образная антенна, а также антенны Бевереджа и вытекающей волны.
- Антенны сверхвысокого частотного диапазона, к которым относятся патч-антенны, а также сингулярные и микрополосковые антенны.
- Фазированные антенны.
- Логопедические антенны.
- Концептуальные антенны.
- Сверхширокополосные антенны, к которым относятся антенна Вивальди и Т-рупор.
- Конденсаторные антенны, к которым относятся CFA- и EH-антенны.
Особенности функционирования СВЧ-приборов
СВЧ-прибор – это прибор, который используется для генерирования преобразования и усиления электромагнитных колебаний, находящихся в диапазоне частот от 300 МГц до 3000 Гц.
Диапазоны СВЧ-устройств обладают некоторыми отличительными особенностями. Первой из них является их большая информационная емкость. Благодаря некоторым устройствам колебания СВЧ диапазонов могут фокусироваться и излучаться направлено узкими пучками. Колебания СВЧ диапазона могут с легкостью проникать через ионизированные слои атмосферы, что является причиной использования СВЧ-приборов для связи с космическими объектами. Квант энергии СВЧ колебаний можно сравнить с разностью энергетических уровней молекул и атомов веществ, что является причиной активного применения СВЧ - устройств в радиоспектроскопии.
Период колебаний СВЧ-приборов очень мал. Время движения носителей заряда между рабочими электродами прибора равен диапазону периода колебаний. Получается, что время пролета равно периоду колебаний, а СВЧ-прибор становится инерционным и может стать неуправляемым. Из-за этого необходимо сделать время пролета меньше, чем период колебаний, но существует предел - снижение расстояния между электродами становится причиной увеличения емкости и для того, чтобы этого не допустить уменьшают площадь электронов, однако, это может стать причиной уменьшения выходной мощности и тока.
Основной задачей разработки СВЧ-приборов и устройств является создание таких приборов, в которых время пролета не будет оказывать негативного воздействия. Любой СВЧ-прибор обладает межэлектродной емкостью, а любой проводник индуктивностью. Поэтому, с ростом частоты колебаний увеличиваются реактивные составляющие, что приводит к:
- Образованию паразитных путей прохождения сигналов по прибору, которые являются причиной нарушения его нормальной работы.
- Уменьшению входного сопротивления.
Размеры электродов становятся соизмеримы с длиной волны. А когда они равны друг другу, СВЧ-прибор и антенна начинают активно излучать. С ростом частоты колебаний растут и потери в металле и диэлектрике. Для их уменьшения применяются золочение или серебрение электродов, а также специальные виды керамики, которые обладают малыми диэлектрическими потерями.
В СВЧ диапазоне в качестве резонансных колебательных систем применяют полые резонаторы или отрезки линий, которые соединяются с электронным прибором.
