Симметричные и несимметричные антенны

Антенные устройства по способу питания подразделяются на два боль­ших класса: симметричные и несимметричные.

Как электрическое устройство антенна является двухполюсником. Она имеет два вывода, к которым присоединяются приемник (передатчик) или питающий фидер (линия передачи энергии) (рис. 9,а,б). При симметричном питании оба вывода антенны электрически равнозначны.

В каждый момент времени на них существует одинаковое по значению и противоположное по знаку напряжение возбуждения антенны, измеренное по отношению к земле (потенциал земли принимается равным нулю). Для обеспечения этого условия необходимо саму антенну выполнить так, чтобы обе части (плеча) антенны, подключаемые к вы­водам, были одинаковы по размерам, форме и материалу изготовления. Кроме того, подключить оба плеча антенны к выводам питания тоже нужно симмет­рично по отношению к линии, проходящей через ось симметричного фидера. Здесь возможны два варианта. Один из них иллюстрирует рис. 9,а, б, когда проводники плеч антенны и проводники симметричного фидера лежат в одной плоскости — плоскости рисунка. Правильным подключение будет в том случае, когда при перегибе или повороте плеч антенны относительно оси симметрич­ного фидера левое (или правое) плечи могут быть наложены одно на другое до полного совмещения их поверхностей. В соответствии с этим правилом ан­тенна по рис. 9,а выполнена неправильно, так как она не имеет симметрии по отношению к фидеру: перегибом (разворотом) вокруг его оси левое плечо не может быть совмещено с правым, хотя по форме и размерам они одинаковы. Антенна по рис. 9,6 выполнена в соответствии со всеми требованиями, предъяв­ляемыми к симметричным антеннам.

Другой вариант подключения иллюстрирует рис. 10а,б. Здесь проводники плеч антенны лежат в плоскости рисунка, а проводники симметричного фи­дера в плоскости ей перпендикулярной (подходят снизу рисунка). В приведен­ных вариантах исполнения обе антенны будут симметричными относительно фи­дера, если их плечи по форме и размерам одинаковы. Здесь полагалось, что плечи каждой из антенн были сделаны из одного и того же материала.

Симметричные, антенны, как правило, применяются в качестве антенн гори­зонтальной поляризации. Объясняется это тем обстоятельством, что влияние поверхности земли сказывается равным образом на левом и правом плечах ан­тенны и не нарушают ее симметрии.

Использование симметричной антенны в качестве антенны вертикальной поляризации вызывает некоторые принципиальные трудности. Здесь уже нижнее и верхнее плечи антенны неравнозначно размещены относительно земли и земля «вносит» в нее асимметрию. Степень асимметрии будет тем значительнее, чем ближе к земле (в длинах волн) будет расположен электрический центр антенны.

Нарушение симметрии антенны, питаемой симметрично, приводит к неже­лательному на практике эффекту, называемому антенным эффектом фидера. Он проявляется в том, что симметричный фидер становится излучающей частью антенны. Так как его излучение носит случайный, нецеленаправленный характер, то в большинстве случаев оно ведет к снижению к.п.д. антенны, искажению ее диаграмм направленности и, как следствие, уменьшению коэффициента усиления.

Несимметричные антенны питаются несимметрично. Они отличаются от сим­метричных антенн тем, что к выводу несимметричной антенны подключено напряжение возбуждения антенны, а ее вывод 2 находится под «нулевым» потен­циалом, т. е. под потенциалом земли (рис. 11). Это обстоятельство позволяет выполнять плечи антенны или, здесь уместнее сказать, части антенны не оди­наковым образом. На этом рисунке показана простейшая несимметричная ан­тенна штыревого типа. К выводу подключено потенциальное плечо (часть) антенны, так называемый штырь длиной шт.

К выводу 2 подключена вторая часть антенны, называемая противовесом.

Питание несимметричной антенны осущест­вляют несимметричным фидером, на рис. 11 — коаксиальным фидером. Его центральный про­водник подключают к выводу 1, а внешний проводник — к выводу 2.

У несимметричных антенн антенный эф­фект фидера присутствует всегда и можно го­ворить лишь о степени его проявления. Послед­няя в основном определяется формой и разме­рами противовеса, который на практике подчас имеет самые разнообразные конструкции, В частности, на рис. 11 противове­сом служат проводники длиной l_пр, равномерно расставленные вокруг оси фидера под некоторым углом а к ней.

Все основные характеристики и параметры несимметричной антенны опре­деляются потенциальной, и противовесной частями антенны. Возможны раз­личные варианты совокупного использования одних и тех же штырей и проти­вовесов.

Противовес, хотя и играет важную роль в работе несимметричной антенны, без штыревой ее части он обесточен и поэтому не излучает электромагнитные волны. Если же штырь присутствует, то противовес возбужден токами, обус­ловленными напряжением, приложенным к выводам 1, 2 антенны, и токами, наводимыми полями излучения штыря.

В противоположность симметричным антеннам несимметричные (в силу их конструкции) не применяют в качестве антенн горизонтальной поляризации. Основной причиной этому является фидер, проводники которого, будучи рас­положены вертикально, при наличии антенного эффекта создают паразитное поле излучения, ортогональное основному. Несимметричные антенны наиболее пригодны для использования в качестве антенн вертикальной поляризации, особенно в длинноволновой части спектра УКВ.