Изотропная антенна- теоритическая антенна, бесконечно малых размеров, излучающая одинаковой силы сигнал во всех направлениях. Диаграмма направленности такой антенны - сфера. Изотропную антенну можно сравнить с крошечной лампой накаливания, помещенной в центр большой сферы. Лампа будет освещать любую часть площади поверхности сферы, с одинаковой интенсивностью, освещенностью. Такой антенны не существует в природе, но использование этого понятия, часто оказывается очень полезным, при сравнении усиления других антенн с усилением изотропной антенны, которое принимается за 0 dbi, т.е.за точку отсчета.

Свободное пространство, это такие условия, когда нет земли, или каких-либо, отражающих волны, поверхностей. Антенны, существующие в реальной жизни, всегда излучают энергию в каком то напрвлении лучше, а каком то - хуже. Например, диполь, который излучает максимумы энергии, под прямым углом к полотну антенны в азимутальной плоскости. За счет такой характеристики, диполь имеет коэффициент усиления 2.15dbi, т.к. является, по сути, двунаправленной антенной, в отличие от всенаправленной, изотропной.

Если мы разместим наш диполь А над землей на высоте H=0.5 лямбда, Рис.1, которая имеет отражающую способность, то часть волн B, излученная антенной под углом к горизонту, сложится в фазе с волной D, отраженной от земли, в результате чего, суммарное поле удвоится в определенной точке полусферы, т.е энергия поля увеличится на 3 db.

Поскольку, в противоположном направлении(диполь излучает в двух направлениях), произойдет то же, то можно считать, что суммарное усиление диполя увеличится на 6 db, по сравнению с диполем, расположенном в свободном пространстве. Поскольку усиление диполя в свободном пространстве изначально больше усиления изотропного излучателя на 2.15 db, усиление такого диполя, у земли, будет 8.15 dbi(6db + 2.15db) или 6 dbd. Знак dbd, указывает на то, что антенна сравнивается с диполем в свободном пространстве, а знак dbi, указывает на сравнение с изотропной антенной. Реально, усиление диполя, будет несколько меньше, т.к. земля не является идеальным отражателем, рефлектором для волн. Всегда существуют потери в земле, в результате чего, не вся энергия отразится от земли, а только ее часть, и поэтому поле в сумме не удвоится, а увеличится меньше чем в два раза.

Для характеристики качества земли приведу таблицу

с данными, которые понадобятся тем, кто захочет моделировать антенны, с помощью программы EZNEC-3.

Тип земли Диэл. Проводимость Качество

постоян. mS/м

Морск. Вода 81 5000.0 превосх.

Пресная вода 80 1.0

Низкие холмы, 20 30.3 очень хор.

Степь 12 7.5 хорош.

Средние холмы 13 6

Глинистая почва 13 5 средняя

Горы,крутые холмы 12-14 2 плохая

Сухая песчаная почва 10 2

Города,индустр. районы 5 1 очень плохая

Города,тяж. индустрия 3 0.1 предельно плохая

Как видно из этой таблицы, самое хорошее качество земли - морская вода. Самое наихудшее - в больших городах с тяжелой индустрией, большими асфальтовыми покрытиями, например, Москва, Свердловск, Челябинск и т.д.

Плохое качество земли, снижает ток излучения вашей антенны, который будучи излучен, возвращается, к антенне по плохо проводящей земле. А как узнаем ниже, именно ток антенны определяет ее диаграмму, усиление антенны.

При приеме, пришедшая волна, пройдя через антенну, наводит в ней ток. Но ток должен без потерь уйти в землю, и далее вернуться к источнику, т.е. к радиостанции, которая излучает этот ток. Если земля будет плохой, то часть тока будет потеряна в земле. Поскольку антенна и земля – последовательная для тока цепь, то уменьшение тока за счет потерь в земле, вызовет неизбежное уменьшение тока и в антенне.

Потери в земле, заменяются сопротивлением Rп, в схеме последовательного контура, который служит эквивалентом низкоомных антенн. К этому сопротивлению, следует добавить еще и потери в проводе антенны,ее контактах а также, потери в изоляторах, которые содержит антенна. Это суммарное сопротивление и будет Rп.

На рисунке 2, показан общий путь излученной волны, имеющей вертикальную поляризацию, при трансконтинентальной связи.

Излученная в точке А волна, придя к ионосфере и отразившись от нее, приходит к приемной антенне С. Пройдя через антенну, и наведя в ней ЭДС, ток уходит в землю, и далее направляется к источнику, т.е. в точку А. Он проходит по земле(показано пунктиром), достигает океана, и далее идет до материка. Достигув материка, он проходит по земле и возвращается к источнику. Все, цепь замкнулась. Мы видим, что ток течет по сложному пути. Как же можно сократить потери тока, энергии на этом пути? Способов сделать это, всего три:

Антенны служат для преобразования энергии ВЧ токов, в энергию электромагнитного поля, и обратно, при приеме. Антенны бывают приемными, передающими и приемно-передающими. Характеристики антенны одинаковы при приеме и передаче, поэтому передающую антенну, можно использовать и в качестве приемной. Не все приемные антенны, можно использовать как передающие, т.к. они бывают малых размеров, имеют низкий КПД, имеют ограничение по допустимой мощности и т.д.

Если мы подведем к передающей антенне ВЧ напряжение, Рис.3, то в ней будет протекать ВЧ ток, а между различными точками антенны, возникнет разность потенциалов.

Вокруг антенны, в пространстве, образуется электоромагнитное поле с частотой, с которой мы питаем антенну. Причем, здесь, надо сделать очень важное замечание:

Надо запомнить это, что поможет в дальнейшем учитывать этот фактор, при установке, разработке антенн собственной конструкции.

Антенны характеризуются поляризацией излучения волны. Если провод антенны, или токовая часть полотна антенны расположена вертикально, то поляризация волны будет вертикальной, а если горизонтально - горизонтальной. Если провод расположен наклонно, то поляризация будет смешанной, т.е. вертикально- горизонтальной. Поляризация важна, если проводится связь земной волной, т.е. в пределах прямой видимости, поскольку в этом случае, излученная поляризация, приходит к приемной антенне неизменной. Если же связь проводится с отражением от ионосферы, т.е. дальняя связь, то поляризация вашего излучения, не имеет значения для вашего корреспондента, т.к. волна, отразившись от ионосферного слоя, приходит к приемной антенне, имея случайную поляризацию, причем она может очень быстро изменяться с горизонтальной на вертикальную и наоборот. Иными словами, вы можете излучать и принимать на вертикальную антенну, имеющую вертикальную поляризацию, а ваш корреспондент будет использовать горизонтальную антенну(диполь, Яги, и т.д.) Это не будет иметь абсолютно никакого значения для связи.

При передаче, т.е. при формировании диаграммы излучения антенны в ближней зоне, поляризация имеет очень важное, решающее значение. Этот вопрос будет подробнее освещен в последующих статьях.

Какими же основными параметрами характеризуются антенны? Давайте рассмотрим их подробнее.

Сопротивление излучения зависит от расположения антенны по отношению к земле и окружающим предметам, а также от ее геометрических размеров. Теоретическое сопротивление диполя( в свободном пространстве) равно 72 Ом. В реальных условиях близости земли и окружающих предметов, сопротивление излучения уменьшается до 60-65 Ом и ниже.

Пример: предположим, сопротивление потерь у нас - 6 Ом. Учитывая, что импеданс диполя, в реальности 60 Ом, расчитаем КПД

КПД= 60/(60+6)=0.91

А теперь то же, для вертикала

КПД= 36.6/36.6+6=0.86

Для снижения сопротивления потерь в земле, для вертикалов, обычно применяются радиалы, причем, чем больше их количество, тем меньше сопротивление потерь.

Из формулы, мы видим, что чем выше L, и ниже C, тем выше добротность, и наоборот. Физически, это означает, что чем толще провод антенны, тем ниже его индуктивность и выше паразитная емкость с землей, а значит, согласно формуле, ниже добротность антенны. Антенна, в этом случае, более широкополосна. В профессиональной радиосвязи, где требуются очень широкодиапазонные антенны, для того, чтобы снизить добротность антенны, полотно антенны, изготавливают из нескольких - 6 - 8, проводов, соединенных параллельно, например, диполь Надененко. Следует также знать, что чем выше сопротивление излучения антенны, тем более широкополосна антенна. По этой причине, например, петлевой вибратор, у которого сопротивление излучения равно 300 Ом, является широкополосной антенной, а укороченный вертикал, длиной менее четверти лямбды, имеющий только 10 Ом, будет узкополосной антенной.

Очень важное замечание:

КСВ абсолютно никак не влияет на диаграмму антенн.

Это основные параметры антенн, которыми они характеризуются.