УРОК №2
Тема: «Основные сведения об антенных устройствах и распространении радиоволн, усилителях низкой частоты, генераторах и передатчиках электрических сигналов».
АНТЕННЫЕ УСТРОЙСТВА
Антенна – это устройство для излучения или приема радиоволн.
Антенны относятся к пассивным компонентам средств связи, и конструктивно представляют собой сочетание проводников и диэлектриков. Конструктивное выполнение антенн существенно зависит от диапазона применяемых радиоволн.
Антенна обладает свойством обратимости. Это значит, что при передаче антенна преобразует радиосигнал передатчика (токи высокой частоты) в электромагнитные колебания. Эти колебания образуют вокруг антенны электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве со скоростью света. При приеме падающая на антенну электромагнитная волна возбуждает в ней токи высокой частоты (радиоколебания), которые затем поступают в приемник.
Таким образом, одну и ту же антенну можно использовать как на прием, так и на передачу, но в специальных случаях для этого могут использоваться отдельные антенны.
В общем случае антенна представляет собой колебательный контур открытого типа, контур, у которого пластины конденсатора условно сильно раздвинуты (рис. 1).
Рис.1. Излучение Электромагнитных волн
В этом случае электрическое и магнитное поле элементов контура замыкаются в окружающем их пространстве и возбуждает в нем электромагнитное поле. Его поляризация будет вертикальной, т.к. электрическое поле замыкается вдоль оси антенны. Поэтому радиоволны распространяются в направлениях, перпендикулярных оси вибратора. В других направлениях интенсивность излучения будет меньше или вовсе равна нулю. Таким образом, антенна обладает направленными свойствами.
Частота электромагнитных колебаний определяется индуктивность L и емкостью С элементов антенны т.е. линейными размерами антенны. Отсюда следует, что и длина волны зависит от линейных размеров антенны l. На практике она выбирается из условия l = λ/, где λ длина волны.
Подробнее здесь https://www.radioingener.ru/sobstvennye-chastota-i-dlina-volny-antenny
В этом случае мощность излучения будет максимальной. На других частотах она будет меньше. Таким образом, антенна обладает частотными свойствами.
Простейшей антенной служит система из двух, разведенных в разные стороны проводников, подключенных к генератору (рис. 2).
Рис. 2. Простейшая антенна
Данная антенна называется симметричным полуволновым вибратором или элементарным диполем. Здесь колебательный контур образован индуктивностью проводов L и межвитковой емкостью С проводов (L и C – очень малые величины).
При включении генератора между проводниками вибратора, как пластинами конденсатора, возникают вынужденные колебания. При этом в пространстве окружающем антенну образуется переменное электромагнитное поле – радиоволны.
Классификация антенн
по назначению:
1. передающие, приемные, приемно-передающие
2. для радиосвязи, радиорелейной и тропосферной связи
по диапазону использования:
1. длинноволновые,
2. коротковолновые,
3. ультра коротковолновые,
4. дециметровые,
5. сантиметровые…
по диапазонным свойствам:
1. узкополосные,
2. широкополосные,
3. частотно независимые
по принципу действия и построения:
1. проволочные или линейные ( выполняются из тонких проводников, по сравнению с их длинной и длиной волны): симметричные и несимметричные, вибраторные, рамочные, спиральные, ромбические и однопроводные.
2. дифракционные: щелевые, полосковые, волноводно-рупорные, линзовые, зеркальные, стержневые, плоскостные, а также комбинированные (сочетание нескольких типов излучателей, например рупорно- зеркальные).
по свойствам направленности:
1. направленные
2. ненаправленные:
a. кругового (равномерного) излучения вдоль земли
b. зенитного излучения
c. комбинированного излучения (в зенит и вдоль земли)
по способу использования:
1. стационарные
2. полевые
3. бортовые (устанавливаются на сухопутных, водных, летательных и других подвижных объектах)
РАДИОВОЛНЫ
Радиоволна (или электромагнитная волна – ЭМВ) – синусоидальное электромагнитное колебание, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек).
Радиоволна – это свет, тепловые лучи невидимого инфракрасного диапазона, рентгеновские лучи и радиоволны. Разница лишь в длине волны. Электромагнитные волны, это по своей сути - направленный поток фотонов, которые способны переносить энергию (информацию) в пространстве со скоростью света.
Источником радиоволны может быть любой электрический проводник, в котором движется переменный электрический ток. На практике, источником радиоволны является высокочастотный генератор, колебательная энергия которого, распространяется в пространство через радиоантенну.
Общие свойства радиоволн:
1) Дифракция - явление огибания препятствий. Наиболее сильно дифракция сказывается в случае, когда геометрические размеры препятствий соизмеримы с длиной волны.
2) Рефракция - явление искривления или преломления волн при распространении их в неоднородной среде.
3) Интерференция - явление взаимодействия (сложения) волн.
4) Отражение от токопроводящих поверхностей.
5) Поглощение средой при распространении.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
Дальность распространения электромагнитной волны зависит от ее частоты и мощности излучения.
Электромагнитные волны (радиоволны) распространяются в разных средах с разной скоростью. Скорость распространения радиоволн в вакууме приблизительно равна скорости света 300 000 км/сек. В воздухе радиоволны распространяются с чуть меньшей скоростью, но не на много, поэтому принимается та же цифра 300 000 км/сек. Поскольку обыкновенная вода обладает электропроводностью, то её поверхность для радиоволн является отражателем, а часть энергии радиоволн тратится на нагрев поверхностных слоев воды. Металлы не пропускают радиоволны, отражая всю энергию электромагнитных колебаний.
Длина электромагнитной волны связана с частотой колебаний через скорость её распространения в вакууме (скорость света): f=c/λ где: f – частота, λ – длина волны, с – скорость света, равная 300 000 км/сек.
Радиоволны излучаются через антенну в пространство и распространяются в виде энергии электромагнитного поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их способность к распространению сильно зависит от длины волны.
Земля для радиоволн представляет проводник электричества (хотя и не очень хороший). Проходя над поверхностью земли, радиоволны постепенно ослабевают. Это связано с тем, что электромагнитные волны возбуждают в поверхности земли электротоки, на что и тратится часть энергии. Т.е. энергия поглощается землей, причем тем больше, чем короче длина волна (выше частота).
Кроме того, энергия волны ослабевает еще и потому, что излучение распространяется во все стороны пространства и, следовательно, чем дальше от передатчика находится приемник, тем меньшее количество энергии приходится на единицу площади и тем меньше ее попадает в антенну.
Тем не менее, электромагнитные волны распространяются на огромные расстояния, поэтому их используют для передачи звука и изображения.
Более подробней https://meanders.ru/radiovolny.shtml