РАДИОПРИЁМНЫЕ УСТРОЙСТВА.

Антенны.

Антенной называется линейная система, предназначенная для излучения или приёма электромагнитных колебаний. Функции передающей и приёмной антенн противопо­ложны, а потому понятие «антенна» следует определить отдельно применительно к этим функциям.

Передающая антенна представляет собой устройство для пре­образования энергии тока высокой частоты в энергию электро­магнитных волн, излучаемых в заданных направлениях.

Приёмная антенна — устройство, преобразующее энергию электромагнитных волн, приходящих по заданным направлени­ям, в энергию тока высокой частоты. При этом преобразуется как энергия радиосигнала, так и помехи. Помехами называются излучения других систем радиопередачи, а также излучения атмосферного, космического происхождения и создаваемые различного рода производственными электрическими устройствами. Для успешного извлечения энергии из приходящих к приёмной антенне волн необходимо «обратное» излучение антенны. Одним из основных параметров, характеризующих свойства антенны, является коэффициент направленности.

Для приёмных антенн коэффициент направленности D опреде­ляется как отношение мощности, извлекаемой антенной из волн, которые проходят в направлении максимума приёма, к мощно­сти, извлекаемой, при той же напряжённости поля сигнала, ненаправленной (изотропной) приёмной антенной:

Для простейших приёмных антенн, более удобны параметры «действующая высота» антенны или «действующая длина» антенны.

Конструктивно приёмные антенны проще, чем передающие, так как напряжения и токи в них незначительны.

На длинных волнах, т. е. на волнах длиннее 1000 м (7<300 кгц), применяются несимметричные передающие антенны. Рис. 46а.

Наиболее эффективна такая антенна при длине Иначе го­воря, высота мачт должна быть более 250 м. Но сооружение мач­ты даже высотой в 250 м сравнительно дорого. Поэтому иногда для длинноволновых передатчиков сооружаются мачты высотой 100—150 м и даже меньше.

На длинных волнах могут применяться приёмные антенны в виде за­землённого вертикального провода без горизонтальной части или же с горизонтальной частью. У основания провода включает­ся сопротивление (на длинных волнах имеющее обычно преимущественно реактивный характер), которое питается током антен­ны и с которого снимается напряжение на вход приёмника.

На длинных волнах основным видом помех оказываются внешние помехи, а не внутренние шумы приёмника. С увеличени­ем высоты антенны возрастает уровень сигнала, но увеличиваются и эдс, наводимые помехами. Поэтому не имеет смысла выполнять антенны выше двух-трёх десятков метров. Сечение провода может быть небольшим; горизонтальная часть состоит обычно из одного провода, и заземление выполняется достаточ­но простыми средствами.

Для радиоприёма, кроме открытых антенн, применяются замкнутые антенны без сердечника (рамочные антенны) и с сер­дечником из феррита (так называемые «магнитные» антенны).

Рамочная антенна (приёмная рамка) состоит из одного или нескольких витков, имеющих квадратную, круглую или много­угольную форму, симметричную относительно вертикальной оси. Своими концами рамка присоединяется к входным зажимам приёмника, причём параллельно ей может быть включён конден­сатор, с которым рамка образует колебательный контур, настраиваемый на частоту того или иного сигнала (Рис. 46б). Напря­жение, создаваемое под действием сигнала на зажимах конденса­тора, управляет работой приёмника.

а). б). в).

Рис. 46. Схема горизонтальной антенны а) и приёмной рамки б) и диаграмма

направленности рамки в горизонтальной плоскости в).

В приёмниках переносного типа требуются антенны, размещаемые под пластмассовым футляром. Такие миниатюрные антенны относятся тоже к замкнутому типу и выполняются в виде катушки, вдоль оси которой проходит удлинённый стержень из магнитодиэлектрика (Рис. 47). Наведение эдс в такой ка­ртушке можно объяснить воздействием магнитного поля сигнала, которое концентрируется в магнитном материале стержня, пронизывая плоскости витков катушки.

Используя свойства направленности, аналогичные свойствам приёмной рамки, можно подавить помеху со стороны мощной радиостанции, сохраняя слышимость маломощной, расположен­ной под другим азимутом.

Рис. 47. Расположение катушек индуктивности на сердечнике магнитной антенны.

На коротких волнах, и особенно в диапазоне от 15 до 60м, осуществляются связь и радиовещание на большие расстояния. Для ближних связей короткие волны применяются лишь в специальных случаях. Следовательно, характерные требования к антеннам коротких волн исходят из условий работы дальних линий связи. В диапазоне коротких волн применяются для дальних связей два типа антенн, работающих в режиме бегущих волн. Первый тип — это ромбическая антенна, которая в разных конструкциях пригодна и как передающая, и как приёмная. Второй тип — ко­ротковолновая приёмная антенна бегущей волны.

На метровых волнах очень широко применяется однонаправ­ленная антенна, получившая название «волновой канал» (рис. 48). Она содержит один активный вибратор В, питаемый обычно коаксиальным кабелем, один рефлектор Р и несколько директоров Д. Все эти элементы укреплены своими серединами на металлической пустотелой штанге. Штанга проходит через точки нулевого заряда (или, что одно и то же, через пучности тока) перпендикулярно электрическому полю антенны, не нарушая его строения. Лишь активный вибратор изолирован от штанги и под­ключается к устройству симметрирования и, в случае необходимости, согласования с фидером.

Рис. 48. Антенна «волновой канал».

Ни в каком другом диапазоне волн нет такого разнообразия типов, принципов действия и конструкций антенн, как на ультра­коротких волнах. И это понятно: во-первых, сам диапазон УКВ чрезвычайно широк и по абсолютной частотной вместимости, и по соотношению между крайними частотами; во-вторых, ультра­короткие волны широко применяются не только в области связи и радиовещания, но и во многих других областях радиотехники. Диапазон УКВ позволяет сравнительно легко выполнять антенны, линейные размеры которых не только соизмеримы с длиной волны, но и значительно превосходят её. Это легче осуществить на дециметровых волнах, нежели на метровых, а на сантиметровых ещё легче, чем на дециметровых. Следовательно, в диапазонах УКВ возможности направленного излучения и приёма очень богаты, и чем короче волны диапазона, тем проще достигнуть острой направ­ленности при приемлемых размерах антенны. Вместе с тем, основ­ной способ связи на УКВ — это связь при геометрической видимости между антеннами корреспондентов. Это значит, что корреспон­дентам взаимно известны направления приёма, а потому приме­нение антенн с высокой направленностью не только возможно, но и очень выгодно. То же соображение относится и к приёму радиовещания и телевидения.

На ультракоротких волнах широко распространены зеркаль­ные антенны. В них радиоволны, создаваемые первичным излу­чателем (облучателем), падают на отражающую металлическую поверхность, называемую зеркалом или рефлектором; она форми­рует нужную диаграмму направленности отражённых волн (рис. 49).

Рис. 49. Параболическая антенна.

В технике связи наиболее распространено зеркало в форме параболоида вращения, который геометрически описывается как результат вращения параболы вокруг своей оси. Наиболее замечательное свойство параболы в том, что в любой её точке луч, исходящий из фокуса и отражаемый через раскрыв PQ, служит продолжением перпендикуляра к директрисе. Иначе говоря, отражённые лучи параллельны между собой.