какую функцию выполняет антенна радиоприемника

Урок 2.4 Антенны. Назначение, конструкции, характеристики

Антенна, это устройство, можно сказать зонд, который помещается в пространство для создания радиоволн (передающая антенна) или отбора энергии радиоволн (приемная антенна).

Передающая антенна преобразует энергию токов высокой частоты поступающую с выхода передатчика по линии передачи (кабелю или волноводу) в энергию электромагнитных волн.

Приемная антенна преобразует энергию электромагнитных волн в энергию токов высокой частоты которая от антенны по линии передачи поступает на вход приемника.

Линии для передачи энергии (кабели, волноводы) между антенной и устройством еще называют фидерами.

Одна и та же антенна может быть, как передающей, так и приемной. Все зависит от того подключена она к передатчику или приемнику.

На рисунке ниже показан принцип распространения радиоволн. Подробнее о нем говорилось в Уроке 2.1. Напомним его. Всякое изменяющееся электрическое поле (Е) вызывает появление изменяющегося магнитного поля (Н), сдвинутого относительно него в пространстве и времени.

В свою очередь, всякое изменяющееся магнитное поле вызывает появление изменяющегося электрического поля так же сдвинутого относительно него в пространстве и времени.

Распространение электромагнитного поля происходит со скоростью света, равной 3х10 8 м/сек.

Изменение величины (амплитуды) поля происходит с частотой изменения токов, поступающих с выхода передатчика. Поэтому в пространстве амплитуды векторов электрического (Е) и магнитного (Н) поля располагаются с периодом λ.

Напомним, λ — это длина волны. Она определяется как скорость света (в метрах в секунду) деленная на частоту (в Герцах):

λ (м)= 3×10 8 (м/сек) / f (Гц)

Из рисунка видно, если поместить зонд (антенну) между точками А и В, то можно получить максимальное значение сигнала. Расстояние между точками А и В равно λ/2.

Именно поэтому размеры антенны должны быть соизмеримы с длиной волны (частотой) передаваемого (принимаемого сигнала.)

Чем выше частота передаваемого (принимаемого) сигнала, тем меньше геометрические размеры антенны.

Антенны для длинных, средних и коротких волн имеют большие геометрические размеры и выполняются с использованием мачт, растяжек и других довольно громоздких конструкций.

Пример простейшей антенны для средних волн:

В радиоприемниках, для уменьшения геометрических размеров антенн средних и длинных волн, их выполняют на ферритовых сердечниках:

Антенны УКВ и телевизионных частот, имеют гораздо меньшие размеры и выполняются, как правило, из полых трубок, обычно алюминиевых.

Ниже на рисунке «а» изображена телевизионная антенна «волновой канал» с указанием размеров ее элементов в привязке к длине волны λ, а на рисунке «б» ее диаграмма направленности.

Антенны для работы на более высоких частотах, несколько гигагерц, уже выполняются в виде зеркала и облучателя, установленного в фокусе этого зеркала. Наиболее распространенными представителями таких антенн являются спутниковые.

Пример такой антенны:

Из приведенной выше информации становится понятно, что конструкции антенн очень разнообразны. Но, несмотря на такое разнообразие у антенн много общих параметров и характеристик.

Рассмотрим основные из них. Поскольку антенны обладают принципом взаимности (параметры на прием и передачу аналогичны), мы будем говорить о приемных антеннах.

Правильно подобранная и установленная антенна может в разы повысить качество сигнала на входе радиоприемника или телевизора.

Источник

Антенны для радио: какими бывают и как подключить

Как сделать самому?

Антенну рассматриваемого типа необязательно покупать в магазине, ее можно сделать и собственными руками. Для этого вам понадобятся некоторые материалы. Среди них:

Так, в первую очередь нужно уложить начальный слой обмотки, которым будет ферритовый сердечник. Сверху данный элемент покрывайте изолентой и фольгой. Теперь необходимо произвести намотку 25 витков провода – они будут представлять собой заготовку для экрана. Провод рекомендуется наматывать с перекрытием в 1 сантиметр – это будет способствовать качественной изоляции.

На 7, 12, а также 25 витке необходимо сделать обязательный отвод. Контур необходимо объединить с остальными деталями, а края проволоки вставить в штифты. При этом стоит иметь в виду, что отвод 7-го витка нужно ввести в заземлительное гнездо, а 12-го и 25-го – подсоединить к антенным клеммам.

Таким образом, антенна – это важнейший элемент радиоприемника

Очень важно обращать пристальное внимание на эту деталь и тщательно подходить к ее выбору

О том, как сделать FM-антенну своими руками, смотрите в следующем видео.

Какую функцию выполняет?

Единственная функция внешней (дополнительной) антенны – увеличить дальность приёма в местах очень слабой радиосвязи. Так реализуется дальний и сверхдальний приёмы. Большим спросом автомобильная антенна пользуется у дальнобойщиков, которым нужна качественная связь и приём на многие десятки километров пути. В радиомагазинах часто продаются антенны с очень коротким штырём – всего 10-25 см. Непрофессионал, особо не разбирающийся в радио как таковом, берёт, что дают – он не догадывается о том, что, если штырь нарастить до нужной длины, качество приёма заметно улучшится.

Дань моде на миниатюризацию и лёгкость любых устройств одерживает верх – в итоге качество далеко от ожидаемого.

Усиливаем радиосигнал автомобиле

Сегодня почти любая машина оснащена хотя бы простенькой автомагнитолой, прослушивание которой может скрасить долгую поездку

Если стало заметно ухудшение приёма или помехи, стоит обратить внимание на положение авто. За городом сигнал может экранироваться или пропадать за горизонтом

Но если комфортное прослушивание невозможно на постоянной основе, время принять меры. Какие же?

Проверить антенну

Устройство, улучшающее приём радиосигналов — это по факту металлический стержень, иногда заключённый в пластиковую оплётку. Во время езды он может за что-то зацепиться. Необходимо аккуратно свинтить штырь и осмотреть его на наличие коррозии и целостность. В случае повреждений заменить модуль.

Изучить провода и контакты

Каждая антенна соединяется с автомагнитолой проводом, который спрятан под внутренней обшивкой салона. Аккуратно демонтировав последнюю, нужно проследить за состояние кабеля — возможно, он перебит или пережат. Если обнаружен разрыв, его можно спаять при помощи оловянно-свинцового припоя и канифоли, а потом обернуть полоской изоляции либо надеть на место стыка термоусадочную трубку.

Также стоит осмотреть контакты, где штепсель антенны подходит к радио-панели. Если они окислены, нужно протереть их ацетоном или аккуратно поскрести острым предметом.

Сбросить настройки

Чаще это касается сложных электронных устройств, где радиоприёмник интегрирован в общую электронную схему автомобиля. Перезагрузка системы иногда может вернуть утерянный качественный приём.

Включить в цепь усилитель

Стоит сделать замечание, что такое недорогое и несложное устройство подходит только для пассивных антенн, то есть для тех, на которые не подаётся питание автомагнитолой. Одним контактом усилитель соединяется именно с ней, другой нужно подключить к наружному диполю. Качество приёма усилится, но лишь где-то в пределах 120 км от передающих станций.

Поменять автомагнитолу

Последний довод владельца машины. Применяется в том случае, когда предыдущие способы были испробованы и не дали результата.

Какую антенну выбрать для коротковолнового приёма

Независимо от того, какую антенну вы выберите, лучше всего, чтобы она была внешней (на улице), наиболее высоко расположена и находилась подальше от линий электропередач и металлической крыши (для снижения помех).

Почему внешняя антенна лучше комнатной? В современной квартире и многоквартирном доме находится множество источников электромагнитного поля, которые являются настолько сильным источником помех, что зачастую приемник принимает одни помехи. Естественно, что внешняя антенна (даже на балконе) будет меньше подвержена действию этих помех. Кроме этого, железобетонные здания экранируют радиоволны, а следовательно внутри помещения полезный сигнал будет слабее.

Всегда используйте коаксиальный кабель для связи антенны с приемником, это также снизит уровень помех.

Причины затухания сигнала

Величина затухания зависит от:

Цифровой дискретный радиосигнал, проходя через повторитель, чаще всего полностью восстанавливается без потери информации.

Аналоговые сообщения при усилении сохраняют все приобретенные искажения и шумы. Соотношение сигнал\шум постепенно ухудшается, и в некоторый момент усиление теряет смысл, т. к. невозможно восстановить информацию.

Наиболее характерная форма помех для линий передач — перекрестная наводка. Причиной появления искажений могут быть неисправности оборудования, трещины изоляции. При передаче сигналов по проводам для устранения помех пары перевивают.

Экранирующие свойства материалов стен и отделки зданий также способны ослабить радиосигнал. Сильный экран — металлический сайдинг, алюминиевые сэндвич-панели, крыши из профлиста, металлочерепицы и т.д.

Инструкция как сделать антенну

Монтаж любой антенны горизонтального типа начинается с выбора опоры, к которой в последствии будем крепить изоляторы. Первая опора должна находиться на крыше дома, а для второй можно выбрать дерево с соответствующей высотой. Изоляторы прикрепим на стойки с помощью стальных тросов.

Роликовые блоки используются для уменьшения колебаний. Чтобы их задействовать нужно зафиксировать на противоположном конце проволоки небольшой груз, соединив его с антенной.

Принимающий элемент будущей антенны должен представлять собой цельный фрагмент из единого материала. Если целого куска проволоки нет, то можно объединить несколько элементов из единого материала посредством зачистки и пайки оловянным припоем.

Крепление для вертикального принимающего элемента антенны представляет собой стойку, которая исключает изменение положения проволоки во время сильного ветра.

Особенности

Не стоит забывать, что сигнал имеет свойство ухудшаться, а иногда и совсем пропадать в ночное время, а также в зависимости от погодных условий. Например, в дождь, снегопад или сильный ветер. Правда, следует отметить, что в случае, если сигнал есть, штыревая антенна обеспечит его качественную передачу. К тому же, не все музыкальные центры способны аппаратно улучшать прием сигнала. В особенности такая проблема наблюдается у недорогих моделей
, где вне зависимости от того, какая антенна подключена к системе, каких-либо изменений в уровне приема сигнала не наблюдается.

В редких случаях (в качестве эксперимента) пользователи пытаются добиться улучшения приема, воткнув штекер обычной общедомовой TV-антенны в FM-гнездо. Делать так ни в коем случае не стоит, помогает это далеко не всегда, чаще всего могут возникнуть проблемы с замыканием и скачками напряжения.

Не стоит также забывать, что:

Антенна для любого музыкального центра может быть изготовлена своими руками, главное, внимательно следовать инструкциям и проявить терпение.

В современных условиях стремительными темпами растет число радиолюбителей. Из них очень многие желают, находясь на отдыхе, на природе, принимать достаточно качественные радиосигналы. Любимая музыка на любимых волнах является залогом хорошего настроения и позитивного отдыха.

Как сделать самому

Многих автолюбителей интересует вопрос о том, как сделать антенну для автомагнитолы своими руками. Для самодельной антенны потребуется подготовить все необходимые инструменты и четко следовать пошаговой инструкции.

Перед установкой в салон антенны своими руками в машину нужно подготовить место, очистив его от скопившейся грязи и пыли.

Необходимые запчасти и инструмент

Комплект необходимых инструментов и запчастей включает в себя:

Процесс изготовления

Для начала нужно намотать проволоку на анкерный болт. Все витки должны быть плавными, никаких перехлестов быть не должно. Затем необходимо припаять к обмотке провод, ведущий к автомобильной магнитоле в салоне. Следует подобрать пластиковый чехол, соответствующий получившейся конструкции и размеру штатного места для антенны.

Можно переходить к монтажу механизма на крышу транспорта. Существует несколько способов, как это можно сделать:

Провод следует протянуть вдоль корпуса, желательно вдоль одной из стоек транспортного средства. В корпусе можно просверлить 2 отверстия, желательно положить провод по периметру дверного проема и зафиксировать все.

Монтаж радиоприемного механизма на корпус автомобиля с использованием имеющего разъема:

Если пользователь выбрал активный вид приемного механизма, то его нужно устанавливать на лобовом стекле при помощи выбранного вами кронштейна с вакуумной присоской.

Все работы по монтажу и подключению должны проводиться при отключенном силовом агрегате автомобиля.

Борьба с помехами радиоприему

В добавок ко всему, для борьбы с помехами и перегрузками можно использовать преселектор (антенный тюнер). Использование этого устройства позволяет до определенной степени подавить внеполосные помехи и сильные сигналы.

К сожалению, в городе все эти ухищрения могут не дать желаемого результата. При включении радиоприемника слышен только шум (как правило, шум сильнее на низкочастотных диапазонах). Порой начинающие радионаблюдатели даже подозревают свои радиоприемники в неисправности или недостойных характеристиках. Проверить приемник просто. Отключите антенну (сложите телескопическую антенну или переключите на внешнюю, но ее не присоединяйте) и отсчитайте показания S-метра. После этого выдвиньте телескопическую антенну или подключите внешнюю. Если показания S-метра значительно увеличились, значит с радиоприемником все в порядке, а вам не повезло с местом приема. Если уровень помех близок к 9 баллам или выше, то нормальный прием будет невозможен.

Поиск и устанение источника помехи

Увы, город полон “широкополосных” помех. Многие источники генерируют электромагнитные волны широкого спектра, как искровой разряд. Типичные представители: импульсные блоки питания, коллекторные электродвигатели, автомобили, сети электроосвещения, сети кабельного телевидения и Интернет, маршрутизаторы Wi-Fi, ADSL модемы, промышленное оборудование и многое другое.

Самый простой способ “поиска” источника помех – обследовать помещение с помощью карманного радиоприемника (не важно какого диапазона, ДВ-СВ или КВ, только не FM диапазона). Обойдя комнату можно легко заметить, что в некоторых местах приемник шумит сильнее – это и есть “место локализации” источника помех

“Шуметь” будет практически все, что подключено к сети (компьютеры, энергосберегающие лампы, сетевые провода, зарядные устройства и пр.), а также сама электропроводка.

Именно для того, чтобы хоть как-то снизить пагубное действие городских помех и стали популярны “супер-пупер” навороченные радиоприемники и трансиверы. Городской радиолюбитель просто не может комфортно работать на бытовой аппаратуре, которая достойно себя показывает “на природе”. Требуется большая избирательность и динамика, а цифровая обработка сигнала (DSP) позволяет “творить чудеса” (например, подавлять тональные помехи), недоступные аналоговым методам.

Конечно, самая лучшая КВ антенна – направленная (волновой канал, QUARD, антенны бегущей волны и т.д.). Но будем реалистами. Построить направленную антенну, даже простую, довольно сложно и дорого.

В зависимости от конкретного рода, антенна может быть активной и пассивной. Вид антенны определяется исходя из её диаграммы направленности. Это область пространства, в которой сосредоточен максимум (пучность) основного излучения передаваемого (или принимаемого) радиосигнала. Остронаправленные антенны нужны, чтобы сигнал не распространялся в те стороны, где он не нужен. Птицам и космонавтам наземное FM-вещание ни к чему, а всенаправленное излучение привело бы к перерасходу электричества при работе радиовещательного передатчика. Вместо 15-киловаттного излучения в FM-диапазоне (66… 108 мегагерц) для населения с такой же зоной охвата (в радиусе до 100 км) хватило бы и одного киловатта.

Активная и пассивная

Активная антенна помогает усилить сигнал. Иногда она комплектуется радиоусилителем (по радиусу охвата радиостанции её называют также радиоудлинителем). В характеристиках активной антенны указано значение в децибелах, добавляемое к коэффициенту усиления самого FM-приёмника. Агрегаты бывают пассивные (0 дБ) и активные (1… 6 дБ).

Дисковая

Дисковая антенна – вариант спутниковой «тарелки». Вместо приёмной головки с усилителем – «бабочка» или телескопические штыри (симметричный вибратор). Дисковый отражатель – старый компакт-диск (содержит алюминиевую подложку), любая металлическая сетка с ячейками, размер которых в десятки раз меньше длины волны на нужной частоте.

Стержневая

Стержневая антенна – любой штырь в 25% длины волны. Для FM-диапазона это примерно 3 м (частоты 87,5… 108 МГц), длина штыря составляет примерно 75 см.

Рамная

«Восьмёрка», если она одна, располагается на упрочняющей её основе, например, пластине из пластика или пропитанной и окрашенной деревяшки. Проводником может быть тонкий профиль, резаные пластины, «вытравленный» фольгированный (стекло) текстолит или гетинакс. Такая конструкция часто применяется в остронаправленных автомобильных антеннах.

Проволочная

Это практически любая конструкция, где основным проводником служит медная или алюминиевая проволока. Фазированные антенные решётки, изготовленные не из микрополосковых или щелевых линий и кусков волновода, а из кусков проволоки или провода, спаянных в решёточную конструкцию, могут считаться проволочными. Но и стоит такая конструкция заметно дороже.

Источник

Теория радиоволн: антенны

Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.

Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.

Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.

Антенны

Симметричный вибратор

В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.

Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.

Диаграмма направленности симметричного вибратора

В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.

В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:

Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.

Несимметричный вибратор

Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.

Диаграмма направленности следующая:

Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.

Наклонная V-образная

Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V

Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.

Антенна бегущей волны

Также имеет название — антенна наклонный луч.

Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.
Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.

Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:

Антенна волновой канал

Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор.

Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.

За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:

Рамочная антенна

Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.

Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:

Логопериодическая антенна

Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.

Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:

Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.

Поляризация

Поляризация — это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.
Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.

Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную.

Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.

При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.

Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.

Источник