Широкополосная антенна. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Широкополосная антенна - антенна ,осн. элек-трич. характеристики к-рой - диаграмма направленности (ДН), входное сопротивление, поляризац. свойства - мало меняются при изменении частоты колебаний. Ш. а. применяется для излучения или приёма широкополосных сигналов; позволяет также без перестройки работать при переходе с одной частоты на другую. Обычно к Ш. а. относят антенны, сохраняющие характеристики в полосе частот св. 10%. Если отношение максимальной рабочей частоты к минимальной (перекрытие частот) составляет 5:1 и более, такие антенны называют сверхширокополосными (США) или частотно-независимыми.

Для слабонаправленных антенн обычной конструкции, таких, как линейный вибратор, полоса рабочих частот определяется гл. обр. частотной зависимостью входного сопротивления, поскольку вследствие малых размеров излучателей (в долях длины волны l) ДН таких антенн слабо зависит от частоты. Частотную зависимость входного сопротивления антенн вибраторного типа можно ослабить при увеличении толщины плеч вибраторов (вибраторы с пониженным волновым сопротивлением) или приданием им конич. формы. Др. способ расширения полосы рабочих частот вибраторов заключается в использовании разл. рода шунтов, устанавливаемых, напр., в плечах петлевого вибратора Пистолькорса либо замыкающих плечи плоских или объёмных конич. вибраторов в их середине (шунтовой вибратор Айзенберга) или в раскрыве. Полоса рабочих частот таких антенн по входному сопротивлению десятки и даже сотни процентов, однако при этом может наблюдаться существ. изменение ДН. При расположении Ш. а. над поверхностью экрана (Земли) важным фактором, влияющим на полосу рабочих частот. является частотная зависимость ДН, обусловленная интерференцией полей, излучаемых непосредственно антенной и отражаемых от экрана.

Сравнительно широкополосны антенны бегущей волны (АБВ): диэлектрич. стержневые антенны, однозаходные цилиндрические и конические спиральные антенны, применяемые на дециметровых и сантиметровых волнах. Рупорные антенны весьма широкополосны по входному сопротивлению (почти с двукратным перекрытием), однако ширина осн. лепестка ДН меняется обратно пропорционально частоте. Устранить эту зависимость можно за счёт спец. конструкции стенок рупора, выполняя их гофрированными или перфорированными. В диапазоне декаметровых волн в качестве Ш. а. применяют ромбические антенны и проволочные АБВ (обладающие, правда, низким кпд).

Широкополосные свойства остронаправленных антенн параболического и линзового типов определяются гл. обр. широкополосностью облучателей. Присущая этим антеннам, как и другим апертурным излучателям, зависимость ширины ДН от размеров антенны в долях l может быть скомпенсирована подбором спец. облучателя, меняющего ширину лепестка, облучающего антенну, при изменении частоты колебаний. Широкополосность др. типа остронаправленных антенн - многоэлементных антенных решёток (AP) из слабонаправленных излучателей - ограничена, помимо широкополосности излучающих элементов и схемы, обеспечивающей требуемое фазирование элементов, изменением шага решётки (расстояния между соседними излучателями) в долях l при изменении частоты. Последнее обстоятельство может вызвать появление дополнит. максимумов в ДН на высоких частотах.

К числу США относятся антенны в виде логарифмич. спиралей, плоских или конических. Сверхширокополосные свойства этих и подобных антенн определяются совокупностью неск. факторов. Главный из них связан с явлением отсечки токов, т. е. резким ослаблением амплитуды токов (в передающем режиме) вне нек-рой "активной области", формирующей излучение. Размеры активной области при изменении частоты остаются постоянными в долях соответствующей этой частоте длине волны l, что обеспечивает сохранение электрич. характеристик. Др. фактор, обеспечивающий неизменное значение входного сопротивления в полосе частот, обусловлен совпадением формы щелевой части антенны с металлической (т. н. принцип самодополнительности). Принцип отсечки токов реализуется также в плоских арифметических (архимедовых) спиралях. К США, обеспечивающим более чем десятикратное перекрытие рабочих частот, относятся также логопериодич. антенны (ЛПА), применяемые как в диапазоне СВЧ, так и на декаметровых волнах. Использование ЛПА в AP позволяет существенно повысить их Широкополосность, если излучатели располагать по радиусу в определённом круговом секторе.

Литература по широкополосным антеннам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.