Радиотолқынды қабылдағыш және тарату құрылғысы

Кіріспе

Электр құрылғысы

Радиотехникада антенна (американдық ағылшын тілінде) немесе антенна (британдық ағылшын тілінде) – кеңістікте таралатын радио толқындары мен металл өткізгіштерде қозғалатын электр тоқтары арасындағы байланыс, ол таратушы немесе қабылдағышпен бірге қолданылады. Тарату кезінде радио таратушы антеннаның қосқыштарына электр тоғын жібереді, ал антенна токтан алынған энергияны электромагниттік толқындар (радио толқындары) түрінде сәулелендіреді. Қабылдау кезінде антенна радио толқынының бір бөлігін ұстап алып, өз қосқыштарында электр тогын тудырады, ол қабылдағышта күшейтіледі. Антенналар – барлық радио жабдықтарының қажетті бөліктері. Антенна – қабылдағышқа немесе таратушыға электрлік түрде қосылған өткізгіштердің (элементтердің) жиынтығы. Антенналар радио толқындарын барлық көлденең бағытта теңдей (көп бағытты антенналар) немесе басымдықпен белгілі бір бағытта (бағытталған немесе жоғары күшті немесе "сәулелі" антенналар) беру және қабылдау үшін жасалуы мүмкін. Антеннада радио толқындарын сәулеге немесе басқа қажетті сәулелену үлгісіне бағыттауға арналған, таратушыға қосылмаған компоненттер, параболалық шағылыстырғыштар, мүйіздер немесе қосымша элементтер болуы мүмкін. Жарты толқын ұзындығынан әлдеқайда кіші өлшемді антенналармен берілгенде күшті бағыттылыққа және жақсы тиімділікке қол жеткізу қиын. Алғашқы антенналар 1888 жылы неміс физигі Генрих Герц жасаған, ол Джеймс Клерк Максвеллдің электромагниттік теориясы болжаған толқындардың бар екенін дәлелдеу үшін пионерлік тәжірибелер жүргізген. Герц дипольдік антенналарды параболалық шағылыстырғыштардың фокусына орналастырды, тарату және қабылдау үшін. 1895 жылдан бастап Гульельмо Маркони ұзақ қашықтыққа арналған сымсыз телеграф үшін практикалық антенналарды әзірлеуді бастады, осыған байланысты ол Нобель сыйлығын алды. Итальян тілінде шатырдың тірегі l'antenna centrale деп аталады, ал сыммен бірге тіректі жай ғана l'antenna деп атады. Осыған дейін сымсыз сәулелендіретін тарату және қабылдау элементтері жай ғана "қосқыштар" деп белгіленді. Марконидың белгілілігіне байланысты, антенна сөзі сымсыз зерттеушілер мен әуесқойлар арасында, кейіннен жалпы халық арасында тарады. Антенна кең мағынада RF тогын тасымалдайтын нақты компоненттерге қоса, тіреу құрылымын, қаптаманы (болған жағдайда) және т.б. қамтитын бүкіл құрастырманы білдіре алады. Қабылдаушы антеннаға тек пассивті металл қабылдау элементтері ғана емес, сонымен қатар кіріктірілген алдын ала күшейткіш немесе араластырғыш та кіруі мүмкін, әсіресе микротолқынды жиіліктерде және одан жоғары.

In radio engineering, an antenna (American English) or aerial (British English) is the interface between radio waves propagating through space and electric currents moving in metal conductors, used with a transmitter or receiver. In transmission, a radio transmitter supplies an electric current to the antenna's terminals, and the antenna radiates the energy from the current as electromagnetic waves (radio waves). In reception, an antenna intercepts some of the power of a radio wave in order to produce an electric current at its terminals, that is applied to a receiver to be amplified. Antennas are essential components of all radio equipment. An antenna is an array of conductors (elements), electrically connected to the receiver or transmitter. Antennas can be designed to transmit and receive radio waves in all horizontal directions equally (omnidirectional antennas), or preferentially in a particular direction (directional, or high gain, or "beam" antennas). An antenna may include components not connected to the transmitter, parabolic reflectors, horns, or parasitic elements, which serve to direct the radio waves into a beam or other desired radiation pattern. Strong directivity and good efficiency when transmitting are hard to achieve with antennas with dimensions that are much smaller than a half wavelength. The first antennas were built in 1888 by German physicist Heinrich Hertz in his pioneering experiments to prove the existence of waves predicted by the electromagnetic theory of James Clerk Maxwell. Hertz placed dipole antennas at the focal point of parabolic reflectors for both transmitting and receiving. Starting in 1895, Guglielmo Marconi began development of antennas practical for long distance, wireless telegraphy, for which he received a Nobel Prize. In Italian a tent pole is known as l'antenna centrale, and the pole with the wire was simply called l'antenna. Until then wireless radiating transmitting and receiving elements were known simply as "terminals". Because of his prominence, Marconi's use of the word antenna spread among wireless researchers and enthusiasts, and later to the general public. Antenna may refer broadly to an entire assembly including support structure, enclosure (if any), etc., in addition to the actual RF current carrying components. A receiving antenna may include not only the passive metal receiving elements, but also an integrated preamplifier or mixer, especially at and above microwave frequencies.

Шолу

Кез келген радио қабылдағыш немесе таратушы антенналарды электрлік қосылысты электромагниттік өріске қосу үшін қажет етеді. Радио толқындары – бұл сигналдарды ауа арқылы (немесе кеңістікте) жарық жылдамдығымен, жоғалтусыз жеткізетін электромагниттік толқындар. Антенналар жан-жақты, энергияны барлық көлденең бағытта шамамен бірдей сәулелендіретін, немесе бағытты, радио толқындарын белгілі бір бағытта шоғырландыратын болып жіктеледі. Бағытты антенналар бір бағыттағы, екінші станция бағытында максималды жауап беру үшін жасалған, ал басқа антенналар әртүрлі бағыттағы станцияларды қабылдауға арналған, бірақ толығымен жан-жақты емес. Антенналар өзара әрекеттестік принципіне бағынатындықтан, радио толқындарын тарату және қабылдау үшін бірдей сәулелену үлгісі қолданылады. Барлық бағытта (тік және барлық көлденең бұрыштарда) тең сәулеленетін гипотетикалық антенна изотроптық сәулелендіргіш деп аталады; алайда, мұндай антенналар іс жүзінде кездеспейді және олар аса қажет те емес. Жердегі байланыс жүйелері үшін көкке немесе жерге қарай сәулеленуді азайту артықшылықты болып табылады, яғни көлденең бағытты күшейтуге болады. Көлденең бағытталған дипольдік антенна өткізгіш бағытында энергия сәулелендірмейді, бұл антеннаның нүлі деп аталады, бірақ басқа бағыттарда қолдануға болады. Мұндай бірнеше дипольдік элементтерді Яги-Уда сияқты антенна массивіне біріктіруге болады, ол бір көлденең бағытты күшейтуге арналған сәулелі антенна болып табылады. Дипольдік антенна – көптеген антенна конструкцияларының негізі, теңдеңгерілген компонент, оның екі терминалында тең, бірақ қарама-қарсы кернеулер мен токтар қолданылады. Тік антенна – жерге қатысты теңдеңгерілмеген монопольдік антенна. Жер (немесе кез келген үлкен өткізгіш бет) монопольдің екінші өткізгішінің рөлін атқарады. Монопольдік антенналар өткізгіш бетке сүйенгендіктен, оларды жер бетіне орнату әсерін шамамен беру үшін жер тетігімен орнатуға болады. Күрделі антенналар антеннаның бағыттылығын арттырады. Антенна құрылымында тікелей қабылдағышқа немесе таратушыға қосылудың қажеті жоқ қосымша элементтер оның бағыттылығын арттырады. Антеннаның "пайдасы" сәулеленген қуаттың кеңістіктің белгілі бір қатты бұрышына шоғырлануын сипаттайды. "Пайда" термині күшейткіштің "пайдасымен" салыстырғанда, қуаттың таза өсуін білдіретін терминді еске түсіреді, сондықтан сәулеленудің артықшылығы бар. Антеннаның "пайдасы" үшін қажетті бағыттағы қуаттың артуы қажет емес бағыттағы қуаттың азаюы есебінен болады. Күшейткіштерден айырмашылығы, антенналар электрлік "пассивті" құрылғылар болып табылады, олар жалпы қуатты сақтайды және қуат көзінен (таратушыдан) жеткізілгеннен жоғары жалпы қуаттың өсуі болмайды, тек сол тұрақты қуаттың жақсы таралуы ғана болады. Фазалық массив электр желісі арқылы біріктірілген екі немесе одан да көп қарапайым антеннадан тұрады. Бұл көбінесе белгілі бір арақашықтықта орналасқан бірнеше параллель дипольдік антенналарды қамтиды. Желімен енгізілген салыстырмалы фазаға байланысты дипольдік антенналардың бірдей комбинациясы "жанама массив" (элементтерді жалғастыратын сызыққа перпендикуляр бағытталған) немесе "соңынан атушы массив" (элементтерді жалғастыратын сызық бойымен бағытталған) ретінде жұмыс істей алады. Антенна массивтері кез келген негізгі (жан-жақты немесе әлсіз бағытты) антенна түрін, мысалы дипольдік, циклдік немесе саңылаулы антенналарды пайдалана алады. Бұл элементтер көбінесе бірдей болады. Логарифмдік кезеңдік және жиілікке тәуелсіз антенналар кең жолақтылықты пайдалану үшін өзімен ұқсас қасиеттерін қолданады. Ең танымал мысал – логарифмдік кезеңдік дипольдік массив, оны біріктірілген дипольдік элементтердің саны (әдетте 10-20), ұзындығы прогрессивті, оны бағыттаушы массивке айналдырады; ол әсіресе теледидар қабылдау үшін шатырдағы антенна ретінде қолданылады. Екінші жағынан, Yagi-Uda антеннасында (немесе жай ғана "Yagi"), біршама ұқсас сыртқы түрінде, электрлік қосылысы бар тек бір дипольдік элемент бар; басқа паразиттік элементтер электромагниттік өріспен өзара әрекеттеседі, бұл өте бағытты антеннаны жүзеге асыру үшін, бірақ тар жолақтықтығын қамтамасыз етеді. Параболалық рефлектор немесе мүйіз антенна сияқты апертуралық антенналарды пайдалану арқылы тіпті үлкен бағыттылыққа қол жеткізуге болады. Антеннаның жоғары бағыттылығы толқын ұзындығына қарағанда үлкен болуына байланысты, жоғары бағытты антенналар (осылайша жоғары антенналық пайдамен) жоғары жиіліктерде (UHF және одан жоғары) практикалық болады. Төмен жиіліктерде (мысалы, AM хабар таратуда) бағыттылықты жетістіру үшін тік мұнаралар массиві қолданылады және олар үлкен жер аумағын жабады. Қабылдау үшін ұзын Beverage антеннасы маңызды бағыттылыққа ие болуы мүмкін. Бағытталмаған портативті пайдалану үшін қысқа тік антенна немесе кішкентай циклдік антенна жақсы жұмыс істейді, негізгі конструкциялық міндет – кедергілерді сәйкестендіру болып табылады. Тік антеннада антеннаның негізіндегі индуктивті катушка кедергінің реактивтік компонентін жою үшін қолданылуы мүмкін; кішкентай циклдік антенналар осы мақсатта параллель конденсаторлармен реттеледі. Антеннаның қосылысы – бұл тарату желісі немесе қоректендіру желісі, ол антеннаны таратушыға немесе қабылдағышқа қосады. "Антеннаның қоректендіруі" антеннаны таратушыға немесе қабылдағышқа қосатын барлық компоненттерді, мысалы тарату желісінен басқа кедергілерді сәйкестендіретін желіні де білдіруі мүмкін. "Апертуралық антеннада", мысалы мүйізде немесе параболалық тарелкада, "қоректендіру" бүкіл шағылыстырушы элементтер жүйесіне ендірілген негізгі сәулелендіретін антеннаны да білдіруі мүмкін (әдетте параболалық тарелканың фокусында немесе мүйіздің тамағында), ол осы антенна жүйесіндегі жалғыз белсенді элемент болып саналады. Микротолқынды антеннаны өткізгіш тарату желісінің орнына толқын жетек арқылы тікелей қоректендіруге болады. Антеннаның қарсы салмағы немесе жер тетігі – жерді жақсартатын немесе ауыстыратын өткізгіш материалдан жасалған құрылым. Ол табиғи жерге қосылуы немесе одан оқшаулануы мүмкін. Монопольдік антеннада бұл табиғи жердің функциясына көмектеседі, әсіресе табиғи жердің сипаттамаларының өзгеруі немесе шектеулері дұрыс жұмыс ілеуіне кедергі келтіргенде. Мұндай құрылым әдетте коаксиалды кабельдің экраны сияқты теңдеңгерілмеген тарату желісінің қайтарма қосылысына қосылады. Кейбір апертуралық антенналардағы электромагниттік толқынды бұрушы – бұл пішіні мен орналасуы арқасында электромагниттік толқын фронтының өтетін бөліктерін таңдап кешіктіретін немесе жылдамдататын компонент. Бұрушы толқынның кеңістіктік сипаттамаларын бір жағынан екінші жағына қатысты өзгертеді. Мысалы, ол толқынды фокусқа келтіре алады немесе толқын фронтын басқаша өзгерте алады, әдетте антенна жүйесінің бағыттылығын барынша арттыру үшін. Бұл радио эквиваленті оптикалық линза. Антеннаның қосылу желісі – бұл антенна мен таратушы немесе қабылдағыш арасындағы кедергілерді сәйкестендіру үшін қолданылатын пассивті желі (әдетте индуктивті және сыйымдылық схема элементтерінің комбинациясы). Бұл тарату желісінің тұрған толқын қатынасын азайту арқылы қоректендіру желісіндегі жоғалтуларды азайту үшін және таратушыға немесе қабылдағышқа оның ең жақсы жұмысы үшін қажетті стандартты кедергілік кедергіні ұсыну үшін қолданылуы мүмкін. Қосылу орны таңдалады және антенна элементтері тюнер компоненттеріне ұқсас электрлік сипаттамаларға ие болуы мүмкін, бұл сәйкестікті жақсарту үшін антенна құрылымына енгізіледі.

Antennas are required by any radio receiver or transmitter to couple its electrical connection to the electromagnetic field. Radio waves are electromagnetic waves which carry signals through the air (or through space) at the speed of light with almost no transmission loss. Antennas can be classified as omnidirectional, radiating energy approximately equally in all horizontal directions, or directional, where radio waves are concentrated in some direction(s). A so called beam antenna is unidirectional, designed for maximum response in the direction of the other station, whereas many other antennas are intended to accommodate stations in various directions but are not truly omnidirectional. Since antennas obey reciprocity the same radiation pattern applies to transmission as well as reception of radio waves. A hypothetical antenna that radiates equally in all directions (vertical as well as all horizontal angles) is called an isotropic radiator; however, these cannot exist in practice nor would they be particularly desired. For most terrestrial communications, rather, there is an advantage in reducing radiation toward the sky or ground in favor of horizontal direction(s). A dipole antenna oriented horizontally sends no energy in the direction of the conductor – this is called the antenna null – but is usable in most other directions. A number of such dipole elements can be combined into an antenna array such as the Yagi–Uda in order to favor a single horizontal direction, thus termed a beam antenna. The dipole antenna, which is the basis for most antenna designs, is a balanced component, with equal but opposite voltages and currents applied at its two terminals. The vertical antenna is a monopole antenna, not balanced with respect to ground. The ground (or any large conductive surface) plays the role of the second conductor of a monopole. Since monopole antennas rely on a conductive surface, they may be mounted with a ground plane to approximate the effect of being mounted on the Earth's surface. More complex antennas increase the directivity of the antenna. Additional elements in the antenna structure, which need not be directly connected to the receiver or transmitter, increase its directionality. Antenna "gain" describes the concentration of radiated power into a particular solid angle of space. "Gain" is perhaps an unfortunately chosen term, by comparison with amplifier "gain" which implies a net increase in power. In contrast, for antenna "gain", the power increased in the desired direction is at the expense of power reduced in undesired directions. Unlike amplifiers, antennas are electrically "passive" devices which conserve total power, and there is no increase in total power above that delivered from the power source (the transmitter), only improved distribution of that fixed total. A phased array consists of two or more simple antennas which are connected together through an electrical network. This often involves a number of parallel dipole antennas with a certain spacing. Depending on the relative phase introduced by the network, the same combination of dipole antennas can operate as a "broadside array" (directional normal to a line connecting the elements) or as an "end fire array" (directional along the line connecting the elements). Antenna arrays may employ any basic (omnidirectional or weakly directional) antenna type, such as dipole, loop or slot antennas. These elements are often identical. Log periodic and frequency independent antennas employ self similarity in order to be operational over a wide range of bandwidths. The most familiar example is the log periodic dipole array which can be seen as a number (typically 10 to 20) of connected dipole elements with progressive lengths in an endfire array making it rather directional; it finds use especially as a rooftop antenna for television reception. On the other hand, a Yagi–Uda antenna (or simply "Yagi"), with a somewhat similar appearance, has only one dipole element with an electrical connection; the other parasitic elements interact with the electromagnetic field in order to realize a highly directional antenna but with a narrow bandwidth. Even greater directionality can be obtained using aperture antennas such as the parabolic reflector or horn antenna. Since high directivity in an antenna depends on it being large compared to the wavelength, highly directional antennas (thus with high antenna gain) become more practical at higher frequencies (UHF and above). At low frequencies (such as AM broadcast), arrays of vertical towers are used to achieve directionality and they will occupy large areas of land. For reception, a long Beverage antenna can have significant directivity. For non directional portable use, a short vertical antenna or small loop antenna works well, with the main design challenge being that of impedance matching. With a vertical antenna a loading coil at the base of the antenna may be employed to cancel the reactive component of impedance; small loop antennas are tuned with parallel capacitors for this purpose. An antenna lead in is the transmission line, or feed line, which connects the antenna to a transmitter or receiver. The "antenna feed" may refer to all components connecting the antenna to the transmitter or receiver, such as an impedance matching network in addition to the transmission line. In a so called "aperture antenna", such as a horn or parabolic dish, the "feed" may also refer to a basic radiating antenna embedded in the entire system of reflecting elements (normally at the focus of the parabolic dish or at the throat of a horn) which could be considered the one active element in that antenna system. A microwave antenna may also be fed directly from a waveguide in place of a (conductive) transmission line. An antenna counterpoise, or ground plane, is a structure of conductive material which improves or substitutes for the ground. It may be connected to or insulated from the natural ground. In a monopole antenna, this aids in the function of the natural ground, particularly where variations (or limitations) of the characteristics of the natural ground interfere with its proper function. Such a structure is normally connected to the return connection of an unbalanced transmission line such as the shield of a coaxial cable. An electromagnetic wave refractor in some aperture antennas is a component which due to its shape and position functions to selectively delay or advance portions of the electromagnetic wavefront passing through it. The refractor alters the spatial characteristics of the wave on one side relative to the other side. It can, for instance, bring the wave to a focus or alter the wave front in other ways, generally in order to maximize the directivity of the antenna system. This is the radio equivalent of an optical lens. An antenna coupling network is a passive network (generally a combination of inductive and capacitive circuit elements) used for impedance matching in between the antenna and the transmitter or receiver. This may be used to minimize losses on the feed line, by reducing transmission line's standing wave ratio, and to present the transmitter or receiver with a standard resistive impedance needed for its optimum operation. The feed point location(s) is selected, and antenna elements electrically similar to tuner components may be incorporated in the antenna structure itself, to improve the match.

Өзара тиімділік

Антеннаның негізгі қасиеттері – антеннаның электрлік сипаттамаларының көпшілігі, келесі бөлімде сипатталғандай (мысалы, күшеу, сәулелену үлгісі, кедергі, жолақтың ені, резонанстық жиілік және поляризация), антеннаның сәуле шығаруы немесе қабылдауы бірдей болады. Мысалы, қабылдау үшін қолданылған антеннаның "қабылдау үлгісі" (бағытқа байланысты кіріс сигналдарын қабылдау сезімталдығы) антенна радиатор ретінде жұмыс істеп, қуаттандырылған кездегі сәулелену үлгісімен сәйкес келеді, тіпті антеннаның өзіндегі ток пен кернеудің таралуы қабылдау және сәуле шығару кезінде әртүрлі болса да. Бұл электромагнетизмнің өзаралық теоремасының салдары. Радиосигналдың электрлік құрауы өткізгіште кернеуді тудырады. Бұл сигналдың бірден-бір бағытына қарай электр тогының ағылуын бастайды. Ток өткізгіштің соңына жеткенде, ол кері шағылысады, бұл фазаның 180 градусқа өзгеруімен тең. Егер өткізгіштің ұзындығы толқын ұзындығына тең болса, тоқ қоректену нүктесінен өткізгіштің соңына жеткенде 90 градус фазалық өзгеріске ұшырайды, 180 градусқа кері шағылысады, содан кейін кері қайтқанда тағы 90 градусқа өзгереді. Яғни, ол барлығы 360 градус фазалық өзгеріске ұшырап, бастапқы сигналға оралады. Элементтегі ток сол сәтте көзден туындаған токқа қосылады. Бұл процесс өткізгіште тұрақты толқынды құрайды, ең жоғары ток қоректену нүктесінде болады. Жарты толқынды диполь – ең көп қолданылатын антенна конструкциясы. Ол екі толқын ұзындығынан тұрады, ұштары біріктірілген, бір ось бойында (немесе коллинеарлы) орналасқан, әрқайсысы екі өткізгішті тарату сымының бір жағын қуаттандырады. Екі элементтің физикалық орналасуы оларды 180 градусқа фазадан тыс орналастырады, яғни кез келген сәтте элементтердің бірі токты тарату желісіне жібереді, ал екіншісі кері тартып алады. Монопольдік антенна – жарты толқынды дипольдің жартысы, екінші жағы жерге немесе эквивалентті жер жазықтығына (немесе қарсы салмаққа) қосылған бір толқын ұзындығынан тұрады. Дипольдің жартысы мөлшеріндегі монопольдер ұзын толқынды радиосигналдар үшін жиі қолданылады, онда дипольдің мөлшері тым үлкен болар еді. Тағы бір кең таралған конструкция – бүктелген диполь, ол бір-біріне жанасқан және ұштары біріктірілген екі (немесе одан да көп) жарты толқынды дипольден тұрады, бірақ олардың тек біреуі қуаттандырылады. Тұрақты толқын осы қажетті үлгіде жобалық жиілікте f құрылады, ал антенналар әдетте осы мөлшерде жасалады. Дегенмен, осы элементті 3f (толқын ұзындығы f-тікінен үш есе қысқа) қуатымен қуаттандыру да тұрақты толқын үлгісін тудырады. Осылайша, антенна элементі ұзындығы толқын ұзындығының төрттен біріне тең болғанда да резонанстық болады. Бұл толқын ұзындығының барлық тақ еселіктері үшін де дұрыс. Бұл антенна ұзындығы мен қуаттандыру нүктелері тұрғысынан конструкциядағы икемділікті қамтамасыз етеді. Мұндай тәсілмен қолданылатын антенналар гармониялық түрде жұмыс істейтіні белгілі. Резонанстық антенналар әдетте сызықтық өткізгішті (немесе элементті) немесе осындай элементтердің жұбын пайдаланады, олардың әрқайсысы ұзындығы толқын ұзындығының төрттен біріне тең (толқын ұзындығының төрттен бір бөлігінің тақ еселіктері де резонанстық болады). Толқын ұзындығына қарағанда кішірек болуы қажет антенналар тиімділігінен айырылады және бағытталмайды. Жоғары жиіліктерде (УХФ, микротолқындар) толқын ұзындығы өте кішкентай болғандықтан, кішкентай физикалық өлшем алу үшін өнімділікті құрбан етудің қажеті жоқ.

It is a fundamental property of antennas that most of the electrical characteristics of an antenna, such as those described in the next section (e. g. gain, radiation pattern, impedance, bandwidth, resonant frequency and polarization), are the same whether the antenna is transmitting or receiving. For example, the "receiving pattern" (sensitivity to incoming signals as a function of direction) of an antenna when used for reception is identical to the radiation pattern of the antenna when it is driven and functions as a radiator, even though the current and voltage distributions on the antenna itself are different for receiving and sending. This is a consequence of the reciprocity theorem of electromagnetics. The radio signal's electrical component induces a voltage in the conductor. This causes an electrical current to begin flowing in the direction of the signal's instantaneous field. When the resulting current reaches the end of the conductor, it reflects, which is equivalent to a 180 degree change in phase. If the conductor is of a wavelength long, current from the feed point will undergo 90 degree phase change by the time it reaches the end of the conductor, reflect through 180 degrees, and then another 90 degrees as it travels back. That means it has undergone a total 360 degree phase change, returning it to the original signal. The current in the element thus adds to the current being created from the source at that instant. This process creates a standing wave in the conductor, with the maximum current at the feed. The ordinary half wave dipole is probably the most widely used antenna design. This consists of two wavelength elements arranged end to end, and lying along essentially the same axis (or collinear), each feeding one side of a two conductor transmission wire. The physical arrangement of the two elements places them 180 degrees out of phase, which means that at any given instant one of the elements is driving current into the transmission line while the other is pulling it out. The monopole antenna is essentially one half of the half wave dipole, a single wavelength element with the other side connected to ground or an equivalent ground plane (or counterpoise). Monopoles, which are one half the size of a dipole, are common for long wavelength radio signals where a dipole would be impractically large. Another common design is the folded dipole which consists of two (or more) half wave dipoles placed side by side and connected at their ends but only one of which is driven. The standing wave forms with this desired pattern at the design operating frequency, f, and antennas are normally designed to be this size. However, feeding that element with 3 f (whose wavelength is that of f) will also lead to a standing wave pattern. Thus, an antenna element is also resonant when its length is of a wavelength. This is true for all odd multiples of wavelength. This allows some flexibility of design in terms of antenna lengths and feed points. Antennas used in such a fashion are known to be harmonically operated. Resonant antennas usually use a linear conductor (or element), or pair of such elements, each of which is about a quarter of the wavelength in length (an odd multiple of quarter wavelengths will also be resonant). Antennas that are required to be small compared to the wavelength sacrifice efficiency and cannot be very directional. Since wavelengths are so small at higher frequencies (UHF, microwaves) trading off performance to obtain a smaller physical size is usually not required.

Ағымдағы және кернеуді бөлу

Төртінші толқын элементтері өткізгіш бойындағы тұрақты толқынға байланысты тізбекті резонанстық электр элементін имитациялайды. Резонанстық жиілікте тұрақты толқын токтың ең жоғары мәніне және кернеудің ең төмен мәніне (минималды) ие болады. Электрлік тұрғыдан алғанда, бұл элементтің сол нүктеде ең төмен кедергілік шамасы бар екенін, ең төмен кернеуде ең жоғары токтың туындайтынын білдіреді. Бұл идеалды жағдай, себебі ол ең аз кіріс үшін ең жоғары нәтиже береді, соның арқасында ең жоғары тиімділікке қол жеткізіледі. Идеалдық (жоғалмайтын) тізбекті резонанстық схемадан өзгеше, антеннаның сәулеленуіне қарсы кедергісінің болуына байланысты шекті кедергі сақталады (қоректендіру нүктесіндегі салыстырмалы түрде кішігірім кернеуге сәйкес), сондай-ақ жылу шығарудан туындайтын кез келген электрлік шығындар да болады. Материалдың электрлік қасиеттері өзгеретін кезде ток шағылысатынын еске түсірейік. Қабылданған сигналды тарату желісіне тиімді жеткізу үшін тарату желісінің антеннадағы қосылу нүктесімен бірдей кедергілігі болуы қажет, әйтпесе сигналдың бір бөлігі антеннаның корпусына кері шағылысады; сондай-ақ, егер электр кедергісі өшкен жағдайда, таратушының сигнал қуатының бір бөлігі қайтадан таратушыға шағылысады. Бұл кедергіні сәйкестендіру тұжырымына әкеледі, яғни антенна мен тарату желісінің жалпы жүйесін кедергілерді мүмкіндігінше жақын ету үшін жобалауға, осылайша осы шығындарды азайтуға болады. Кедергіні сәйкестендіру таратушы мен антенна арасындағы антенна тюнері немесе кедергіні сәйкестендіру желісі арқылы жүзеге асырылады. Тарату желісі мен антенна арасындағы кедергілік сәйкестік тарату желісіндегі тұрақты толқын коэффициенті (SWR) деп аталатын параметрмен өлшенеді. 1 метр толқын ұзындығымен жұмыс істеуге арналған жарты толқын диполын қарастырайық, яғни антеннаның ұшынан ұшына дейінгі ұзындығы шамамен 50 см болады. Егер элементтің ұзындығы диаметріне қатынасы 1000-ға тең болса, онда оның кедергілігі шамамен 63 Ом болады. Тиісті тарату сымы немесе баланстағышты пайдаланып, сигналдың ең аз шағылысуын қамтамасыз ету үшін кедергіні теңестіреміз. Антеннаны 1 Ампер токпен қоректендіру үшін 63 Вольт қажет болады, ал антенна радиожиілік қуатының 63 Ваттын сәулелендіреді (жоғалтуларды ескермей). Енді антеннаға 1,25 метр толқын ұзындығымен сигнал берілген жағдайды қарастырайық; бұл жағдайда сигналдан туындаған ток антеннаның қоректендіру нүктесіне сигналмен фазадан тыс келіп, токтың жалпы мәнін төмендетіп, кернеутің сол күйінде қалады. Электрлік тұрғыдан бұл өте жоғары кедергілік ретінде көрінеді. Антенна мен тарату желісінің кедергілігі бірдей болмайды, сондықтан сигнал антеннаға кері шағылысады, нәтижесінде шығыс төмендейді. Бұл антенна мен тарату желісі арасындағы сәйкестендіру жүйесін өзгерту арқылы шешілуі мүмкін, бірақ бұл шешім жаңа жобалық жиілікте ғана жақсы жұмыс істейді. Соның салдарынан резонанстық антенна сигналды тарату желісіне тек егер бастапқы сигналдың жиілігі антеннаның жобалық жиілігіне немесе резонанстық еселіктерінің біріне жақын болса ғана тиімді жеткізеді. Бұл резонанстық антенна дизайнын тар диапазонды етеді: тек резонанс ортасында орналасқан жиіліктердің шағын диапазоны үшін ғана пайдалы.

The quarter wave elements imitate a series resonant electrical element due to the standing wave present along the conductor. At the resonant frequency, the standing wave has a current peak and voltage node (minimum) at the feed. In electrical terms, this means that at that position, the element has minimum impedance magnitude, generating the maximum current for minimum voltage. This is the ideal situation, because it produces the maximum output for the minimum input, producing the highest possible efficiency. Contrary to an ideal (lossless) series resonant circuit, a finite resistance remains (corresponding to the relatively small voltage at the feed point) due to the antenna's resistance to radiating, as well as any conventional electrical losses from producing heat. Recall that a current will reflect when there are changes in the electrical properties of the material. In order to efficiently transfer the received signal into the transmission line, it is important that the transmission line has the same impedance as its connection point on the antenna, otherwise some of the signal will be reflected backwards into the body of the antenna; likewise part of the transmitter's signal power will be reflected back to transmitter, if there is a change in electrical impedance where the feedline joins the antenna. This leads to the concept of impedance matching, the design of the overall system of antenna and transmission line so the impedance is as close as possible, thereby reducing these losses. Impedance matching is accomplished by a circuit called an antenna tuner or impedance matching network between the transmitter and antenna. The impedance match between the feedline and antenna is measured by a parameter called the standing wave ratio (SWR) on the feedline. Consider a half wave dipole designed to work with signals with wavelength 1 m, meaning the antenna would be approximately 50 cm from tip to tip. If the element has a length to diameter ratio of 1000, it will have an inherent impedance of about 63 ohms resistive. Using the appropriate transmission wire or balun, we match that resistance to ensure minimum signal reflection. Feeding that antenna with a current of 1 Ampere will require 63 Volts, and the antenna will radiate 63 Watts (ignoring losses) of radio frequency power. Now consider the case when the antenna is fed a signal with a wavelength of 1.25 m; in this case the current induced by the signal would arrive at the antenna's feedpoint out of phase with the signal, causing the net current to drop while the voltage remains the same. Electrically this appears to be a very high impedance. The antenna and transmission line no longer have the same impedance, and the signal will be reflected back into the antenna, reducing output. This could be addressed by changing the matching system between the antenna and transmission line, but that solution only works well at the new design frequency. The result is that the resonant antenna will efficiently feed a signal into the transmission line only when the source signal's frequency is close to that of the design frequency of the antenna, or one of the resonant multiples. This makes resonant antenna designs inherently narrow band: Only useful for a small range of frequencies centered around the resonance(s).

Далалық аймақтар

Антеннаны қоршаған кеңістікті үш концентрлі аймаққа бөлуге болады: реактивті жақын өріс (индуктивті жақын өріс деп те аталады), сәулеленетін жақын өріс (Френель аймағы) және алыс өріс (Фраунгофер) аймақтары. Бұл аймақтар әрқайсысының өріс құрылымын анықтауға көмектеседі, бірақ олардың арасындағы өтулер біртіндеп болады; анық шекаралар жоқ. Алыс өріс аймағы антеннадан оның мөлшері мен пішінін ескермейтіндей қашықтықта орналасқан: электромагниттік толқын таза сәулеленуші жазық толқын деп қарастырылуы мүмкін (электр және магниттік өрістер бір-біріне және таралу бағытына перпендикуляр және фазада сәйкес келеді). Бұл сәулеленген өрістің математикалық талдауын жеңілдетеді.

Тиімділік

Трансмиттерлік антеннаның тиімділігі – антенна терминалдарына сіңірілген қуатқа шаққанда, шын мәнінде сәулеленген қуаттың (барлық бағыттарда) қатынасы. Антенна терминалдарына берілген, сәулеленбеген қуат жылуға айналады. Бұл әдетте антеннаның өткізгіштеріндегі жоғалту кедергісі немесе параболалық антеннаның рефлекторы мен фидерлік мүйізі арасындағы жоғалту арқылы болады. Антеннаның тиімділігі импеданс сәйкестендіруден бөлек, ол берілген трансмиттерді пайдалану арқылы сәулеленетін қуат мөлшерін азайтуы мүмкін. Егер SWR өлшегіш 150 Вт кіріс қуатын және 50 Вт шағылысқан қуатты көрсетсе, онда антенна 100 Вт сіңірген (трансмиссия желісіндегі жоғалтуды ескермей). Бұл қуаттың қаншасы сәулеленгенін антенна терминалдарындағы (немесе одан бұрын) электрлік өлшеулер арқылы тікелей анықтауға болмайды, бірақ өріс күшін мұқият өлшеу қажет болады. Антеннаның жоғалту кедергісі мен тиімділігін өріс күші белгілі болғаннан кейін, оны антеннаға берілген қуатпен салыстыру арқылы есептеуге болады. Жоғалту кедергісі әдетте қоректену нүктесінің кедергісіне кедергілік компонентін қосып, әсер етеді. Бұл кедергі сәулелену кедергісі Rrad және жоғалту кедергісі Rloss қосындысынан тұрады. Егер ток I антенна терминалдарына берілсе, онда I2Rrad қуаты сәулеленеді және I2Rloss қуаты жылу түрінде жоғалады. Сондықтан антеннаның тиімділігі жалпы кедергі Rrad + Rloss тікелей өлшенуі мүмкін. Өзара байланыс принципі бойынша, қабылдаушы антенна ретінде қолданылатын антеннаның тиімділігі жоғарыда сипатталған трансмиттерлік антеннаның тиімділігімен бірдей. Антеннаның қабылдағышқа жеткізетін қуаты (импеданс сәйкес келгенде) сол мөлшерде азаяды. Кейбір қабылдау қолданбаларында өте тиімсіз антенналар өнімділікке аз әсер етуі мүмкін. Мысалы, төмен жиіліктерде атмосфералық немесе адам жасаған шу антеннаның тиімділігін жасыра алады. Мысалы, CCIR Rep. 258 3 көрсеткендей, 40 МГц жиілігінде тұрғын үй ортасында адам жасаған шу жылулық шудың төменгі деңгейінен шамамен 28 дБ жоғары. Осылайша, 20 дБ жоғалтқан антенна (тиімділіктен) жүйенің шу деңгейіне аз әсер етеді. Антеннадағы жоғалтулар мақсатты сигналға және шу/кедергіге бірдей әсер етеді, сигнал мен шу арақатынасын (SNR) төмендетпейді. Толқын ұзындығының маңызды бөлігін құрамайтын антенналар радиациялық кедергісінің аздығынан тиімсіз болады. АМ радио қабылдағыштарында өте төмен тиімділікпен қабылдайтын кішкентай циклдік антенна болады. Бұл қабылдағыштың жұмысына аз әсер етеді, бірақ қабылдағыштың электроникасымен күшейтуді қажет етеді. Бұл кішкентай компонентті АМ радиостанцияларында бірдей жиілікте хабар тарату үшін қолданылатын үлкен және биік мұнаралармен салыстырыңыз, онда антеннаның тиімділігінің әрбір пайызы айтарлықтай шығынға әкеледі. Антеннаның күшеюі немесе қуат күшеюінің анықтамасы антеннаның тиімділігінің әсерін қамтиды. Сондықтан, егер белгілі қуатты трансмиттерді пайдаланып сигналды қабылдағышқа сәулелендіруге тырысса, тиімділікті ескермей, әртүрлі антенналардың күшеюін салыстыру жеткілікті. Бұл өте жоғары (әсіресе микротолқынды) жиіліктердегі қабылдаушы антенналар үшін де дұрыс, онда қабылдағыштың шу температурасына қарағанда күшті сигналды қабылдау мақсатында. Алайда, әртүрлі бағыттардан кедергіні жою үшін сигналдарды қабылдауға арналған бағыттық антенна жағдайында, антеннаның тиімділігі туралы ойланудың қажеті жоқ, жоғарыда айтылғандай. Бұл жағдайда антеннаның күшеюін келтірмей, директивтік күшеюді немесе жай ғана директивтілікті пайдалану қажет, ол антеннаның (жетістіксіздігінің) әсерін қамтымайды. Антеннаның директивтік күшеюін жарияланған күшеюін антеннаның тиімділігіне бөлу арқылы есептеуге болады. Теңдеу түрінде: күшею = директивтілік × тиімділік.

Efficiency of a transmitting antenna is the ratio of power actually radiated (in all directions) to the power absorbed by the antenna terminals. The power supplied to the antenna terminals which is not radiated is converted into heat. This is usually through loss resistance in the antenna's conductors, or loss between the reflector and feed horn of a parabolic antenna. Antenna efficiency is separate from impedance matching, which may also reduce the amount of power radiated using a given transmitter. If an SWR meter reads 150 W of incident power and 50 W of reflected power, that means 100 W have actually been absorbed by the antenna (ignoring transmission line losses). How much of that power has actually been radiated cannot be directly determined through electrical measurements at (or before) the antenna terminals, but would require (for instance) careful measurement of field strength. The loss resistance and efficiency of an antenna can be calculated once the field strength is known, by comparing it to the power supplied to the antenna. The loss resistance will generally affect the feedpoint impedance, adding to its resistive component. That resistance will consist of the sum of the radiation resistance Rrad and the loss resistance Rloss. If a current I is delivered to the terminals of an antenna, then a power of I2 Rrad will be radiated and a power of I2 Rloss will be lost as heat. Therefore, the efficiency of an antenna is equal to Only the total resistance Rrad + Rloss can be directly measured. According to reciprocity, the efficiency of an antenna used as a receiving antenna is identical to its efficiency as a transmitting antenna, described above. The power that an antenna will deliver to a receiver (with a proper impedance match) is reduced by the same amount. In some receiving applications, the very inefficient antennas may have little impact on performance. At low frequencies, for example, atmospheric or man made noise can mask antenna inefficiency. For example, CCIR Rep. 258 3 indicates man made noise in a residential setting at 40 MHz is about 28 dB above the thermal noise floor. Consequently, an antenna with a 20 dB loss (due to inefficiency) would have little impact on system noise performance. The loss within the antenna will affect the intended signal and the noise/interference identically, leading to no reduction in signal to noise ratio (SNR). Antennas which are not a significant fraction of a wavelength in size are inevitably inefficient due to their small radiation resistance. AM broadcast radios include a small loop antenna for reception which has an extremely poor efficiency. This has little effect on the receiver's performance, but simply requires greater amplification by the receiver's electronics. Contrast this tiny component to the massive and very tall towers used at AM broadcast stations for transmitting at the very same frequency, where every percentage point of reduced antenna efficiency entails a substantial cost. The definition of antenna gain or power gain already includes the effect of the antenna's efficiency. Therefore, if one is trying to radiate a signal toward a receiver using a transmitter of a given power, one need only compare the gain of various antennas rather than considering the efficiency as well. This is likewise true for a receiving antenna at very high (especially microwave) frequencies, where the point is to receive a signal which is strong compared to the receiver's noise temperature. However, in the case of a directional antenna used for receiving signals with the intention of rejecting interference from different directions, one is no longer concerned with the antenna efficiency, as discussed above. In this case, rather than quoting the antenna gain, one would be more concerned with the directive gain, or simply directivity which does not include the effect of antenna (in)efficiency. The directive gain of an antenna can be computed from the published gain divided by the antenna's efficiency. In equation form, gain = directivity × efficiency.

Поляризация

Антеннаның бағыты мен физикалық құрылымы, оның таратуымен бірге шығатын радиотолқынның электр өрісінің поляризациясын анықтайды. Мысалы, тік бағытталған, сызықтық өткізгіштен (диполь немесе сым антеннасы сияқты) құралған антенна вертикальдық поляризацияны тудырады; ал оны бүйіне бұрса, сол антеннаның поляризациясы көлденең болады. Шағылысутар поляризацияға әсер етеді. Ион сферадан шағылысқан радиотолқындар толқынның поляризациясын өзгерте алады. Көру қашықтығындағы байланыс немесе жер толқынының таралуы үшін көлденең немесе тік поляризацияланған сигналдар қабылдау орнында көбінесе сол поляризация күйінде қалады. Көлденең поляризацияланған толқынды қабылдау үшін тік поляризацияланған антеннаны пайдалану (немесе керісінше) қабылдаудың нашарлауына әкеледі. Антеннаның поляризациясын кейде оның геометриясы бойынша тікелей анықтауға болады. Егер антеннаның өткізгіштері бір түзу бойында көрінсе, онда антеннаның поляризациясы сол бағытта болады. Басқа жағдайларда антеннаның поляризациясын талдау арқылы анықтау қажет. Мысалы, жер бетіндегі алыс қашықтықтан көрінетін көлденең орнатылған антенна (әдеттегідей) көлденең сызық сегменті ретінде көрінеді, сондықтан оның қабылданатын сәулесі көлденең поляризацияланған болады. Бірақ ұшақтан төмен қарап қарағанда, сол антенна бұл талапқа сай келмейді; шындығында, оның сәулесі сол бағыттан қарағанда эллипстік поляризацияланған. Кейбір антенналарда поляризацияның күйі тарату жиілігіне байланысты өзгеруі мүмкін. Коммерциялық антеннаның поляризациясы – маңызды сипаттама. Ең жалпы жағдайда поляризация эллипстік болып табылады, яғни электр өрісі векторы әрбір циклда эллипс пішіндес жолмен қозғалады. Екі ерекше жағдай бар: жоғарыда айтылғандай, сызықтық поляризация (эллипс түзуге айналады) және дөңгелек поляризация (эллипстің екі осі тең). Сызықтық поляризацияда радиотолқынның электр өрісі бір бағытта тербеледі. Дөңгелек поляризацияда радиотолқынның электр өрісі таралу осінің айналасында айналады. Дөңгелек немесе эллипстік поляризацияланған радиотолқындар "таралу бағытындағы бас бармақ" ережесін қолдана отырып, оң немесе сол жақты деп белгіленеді. Дөңгелек поляризация үшін оптикалық зерттеушілер радиоинженерлер қолданатын оң қол ережесінен кері ережені қолданатыны белгілі. Оптималды қабылдау үшін қабылдау антеннасы жіберілген толқынның поляризациясына сәйкес келуі керек. Әйтпесе сигналдың күші төмендейді: егер сызықтық поляризацияланған антенна θ бұрышында сызықтық поляризацияланған сәулеленуді қабылдаса, онда қуаттың cos2θ бөлігі жоғалады. Дөңгелек поляризацияланған антенна 3 дБ сигналдың төмендеуімен тік немесе көлденең сызықтық поляризацияға бірдей жақсы сәйкес келеді. Алайда ол кері бағыттағы дөңгелек поляризацияланған сигналға сезіксіз болады.

The orientation and physical structure of an antenna determine the polarization of the electric field of the radio wave transmitted by it. For instance, an antenna composed of a linear conductor (such as a dipole or whip antenna) oriented vertically will result in vertical polarization; if turned on its side the same antenna's polarization will be horizontal. Reflections generally affect polarization. Radio waves reflected off the ionosphere can change the wave's polarization. For line of sight communications or ground wave propagation, horizontally or vertically polarized transmissions generally remain in about the same polarization state at the receiving location. Using a vertically polarized antenna to receive a horizontally polarized wave (or visa versa) results in relatively poor reception. An antenna's polarization can sometimes be inferred directly from its geometry. When the antenna's conductors viewed from a reference location appear along one line, then the antenna's polarization will be linear in that very direction. In the more general case, the antenna's polarization must be determined through analysis. For instance, a turnstile antenna mounted horizontally (as is usual), from a distant location on Earth, appears as a horizontal line segment, so its radiation received there is horizontally polarized. But viewed at a downward angle from an airplane, the same antenna does not meet this requirement; in fact its radiation is elliptically polarized when viewed from that direction. In some antennas the state of polarization will change with the frequency of transmission. The polarization of a commercial antenna is an essential specification. In the most general case, polarization is elliptical, meaning that over each cycle the electric field vector traces out an ellipse. Two special cases are linear polarization (the ellipse collapses into a line) as discussed above, and circular polarization (in which the two axes of the ellipse are equal). In linear polarization the electric field of the radio wave oscillates along one direction. In circular polarization, the electric field of the radio wave rotates around the axis of propagation. Circular or elliptically polarized radio waves are designated as right handed or left handed using the "thumb in the direction of the propagation" rule. Note that for circular polarization, optical researchers use the opposite right hand rule from the one used by radio engineers. It is best for the receiving antenna to match the polarization of the transmitted wave for optimum reception. Otherwise there will be a loss of signal strength: when a linearly polarized antenna receives linearly polarized radiation at a relative angle of θ, then there will be a power loss of cos2θ A circularly polarized antenna can be used to equally well match vertical or horizontal linear polarizations, suffering a 3 dB signal reduction. However it will be blind to a circularly polarized signal of the opposite orientation.

Импедансты сәйкестендіру

Максималды қуат беру үшін антенна жүйесінің импедансын (өткізу желісіне қарап көрінетіндей) қабылдағыш немесе жібергіштің импедансының кешенді қосымшасына сәйкес келтіру қажет. Бірақ жібергіш жағдайында, қажетті сәйкес импеданс жібергіштің динамикалық шығыс импедансымен (көз импедансы ретінде талданатын) дәл сәйкес келмеуі мүмкін, керісінше, жіберу тізбегінің тиімді және қауіпсіз жұмыс істеуі үшін қажетті жобалық мәнмен (әдетте 50 Ом) сәйкес болуы керек. Көзге арналған импеданс әдетте резистивті болады, бірақ жібергіш (және кейбір қабылдағыштар) сәйкестікті "түзету" үшін реактивтіліктің белгілі бір мөлшерін жоюға мүмкіндік беретін қосымша реттеулерге ие болуы мүмкін. Антенна мен жібергіш (немесе қабылдағыш) арасында өткізу желісі қолданылғанда, антенна жүйесінің импедансы резистивті болуы және осы өткізу желісінің толқындық кедергісіне жақын болуы қажет, сонымен қатар жібергіш (немесе қабылдағыш) күтетін импедансқа сәйкес келуі керек. Сәйкестікті іздеудің мақсаты – желідегі сәйкессіздік тудыратын тұрақ толқындардың амплитудасын (тұрақ толқын коэффициенті арқылы өлшенетін; SWR) және оның нәтижесінде болатын өткізу желісінің жоғалтуын азайту.

Антеннаның тонусы

Антеннаны баптау, антеннаның өзін өзгертудің нақты мағынасында, әдетте, антенна терминалдарында байқалатын кез келген реактивтілікті жоюға ғана қатысты, соның нәтижесінде тек кедергілік кедергі қалдырылады, ол қажетті кедергіге сәйкес келуі немесе келмеуі мүмкін (қолданыстағы тарату желісінің кедергісі). Антенна, тек бір жиілікте таза кедергілік қоректену нүктесіне (мысалы, жарты толқын ұзындығының 97% диполі) ие болу үшін жобаланған болуы мүмкін, бірақ антеннаның кейін пайдаланылатын басқа жиіліктерде бұл дәл солай болуы екіталай. Көп жағдайда, принцип бойынша, антеннаның физикалық ұзындығын таза кедергі алу үшін "қырқуға" болады, бірақ бұл көбінесе ыңғайсыз. Екінші жағынан, кері индуктивтілік немесе сыйымдылықты қосу арқылы, тиісінше, қалдық сыйымдылық немесе индуктивті реактивтілікті жоюға болады, бұл антеннаны төмендетіп, қырқуға немесе ұзартуға, содан кейін қайта көтеруге қарағанда ыңғайлырақ болуы мүмкін. Антенна реактивтілігін антенна арқылы өтетін токтың негізгі бағытында конденсаторлар немесе индукторлар сияқты жиынтық элементтерді пайдалану арқылы жоюға болады, көбінесе қоректену нүктесіне жақын, немесе қоректену нүктесінің реактивтілігін жою үшін антеннаның өткізгіш корпусына сыйымдылық немесе индуктивті құрылымдарды енгізу арқылы – мысалы, ашық ұштармен "спицалы" радиалды сымдар немесе параллель оралған сымдар – осылайша антеннаны резонансқа нақты баптауға болады. Реактивтілікті бейтараптандыруға қосымша, кез келген антеннаның қоректену нүктесінде трансформатор және/немесе трансформаторлық балун болуы мүмкін, бұл кедергінің кедергілік бөлігін қоректену желісінің сипаттамалық кедергісіне жақындату үшін қолданылады.

Радиодан сәйкестікті анықтау

Антеннаны кең мағынада реттеу, импедансты сәйкестендіру құрылғысымен (кейде дұрыс емес "антенна тюнері" деп аталады, ал бұрынғы, тиімдірақ атауы – трансмач) реактивтілікті жоюдан асып, қалған кедергіні беру желісі мен радиоаппаратураға сәйкестендіруді қамтиды. Тағы бір мәселе – қалған резистивтік импедансты беру желісінің толқындық кедергісіне сәйкес келтіру болып табылады: жалпы импедансты сәйкестендіру желісінде ("антенна тюнері" немесе ATU) импеданстың екі компонентін де түзету үшін кем дегенде екі реттелетін элемент болады. Кез келген сәйкестендіру желісінде қуаттың жоғалтылуы мен қуатты пайдалану шектеулері болады. Саудалық антенналар әдетте стандартты 50 Ом коаксиалдық кабельдерге және стандартты жиіліктерге сәйкес жасалады; жобалау шарты бойынша сәйкестендіру желісі қалған сәйкессіздікті түзету үшін ғана қолданылады.

Ауыр жүктелген шағын антенналардың экстремалды мысалдары

Кейбір жағдайларда сәйкестендіру одан да күрделі жолмен жасалады, жай ғана аз мөлшердегі қалдық реактансты жою үшін емес, сонымен қатар резонанстық жиілігі жоспарланған жиіліктен мүлдем өзгеше антеннаны резонансқа келтіру үшін. Қысқа тік "шапқыш" Мысалы, практикалық себептерге байланысты "шапқыш антеннаны" толқын ұзындығының төрттен бір бөлігінен едәуір қысқа жасауға болады, содан кейін жүктеу орамды пайдаланып резонансқа келтіріледі. Антеннаның негізіндегі физикалық үлкен индуктордың индуктивтік реактансы, қысқа тік антеннаның қажетті жұмыс жиілігіндегі сыйымдылық реактансына кері болады. Нәтижесінде, жүктеу орамының қоректену нүктесінде таза кедергі пайда болады; алайда, қосымша шараларсыз, кедергі коммерциялық коаксиалды кабельге сәйкес келуі тиіс деңгейден сәл төмен болуы мүмкін. Кішкентай "магниттік" контур Импеданс сәйкестігінің тағы бір ерекше жағдайы – салыстырмалы түрде төмен жиілікте (көбінесе, бірақ әрқашан емес, қабылдау үшін) кішкентай контурлы антеннаны қолданғанда, ол дерлік таза индуктор сияқты көрінеді. Мұндай индуктор, оның қоректену нүктесіне параллель қосылған конденсатор арқылы резонансқа келтірілгенде, конденсатор реактансты жою ғана емес, сонымен қатар кішкентай контурдың өте шағын сәулелену кедергісін ұлғайтып, қоректену нүктесінде жақсы сәйкестікке ие кедергіні қамтамасыз етеді. Бұл типтегі антенна көбінесе портативті AM радио қабылдағыштарында қолданылады (автомобиль радиоларынан басқа): стандартты AM антеннасы – феррит таяқшаға оралған сымнан жасалған контур ("loopstick антенна"). Контур, қабылдағыштың күйге келтіруімен сәйкес келетін қосылған күйге келтіру конденсаторы арқылы резонансқа келтіріледі, AM радио толқындарының диапазонында таңдалған қабылдау жиілігінде антеннаның резонанстық күйін сақтау үшін.

Антенналардың өзара кедергісі және өзара әрекеттесуі

Двигательдік антенна элементінен шығатын электр және магнит өрістері әдетте жақын орналасқан антенналардағы, антенна элементтеріндегі немесе басқа да өткізгіштердегі кернеулер мен токтарға әсер етеді. Бұл, әсіресе, әсер ететін өткізгіш бірдей жиілікте резонанстық элемент (ұзындығы жарты толқын ұзындығының еселігі) болғанда айқын байқалады, себебі өткізгіштердің барлығы бір белсенді немесе пассивті антенна массивінің құрамында болуы мүмкін. Әсер ететін өткізгіштер жақын өрісте орналасқандықтан, екі антеннаны, мысалы, Фрис тарату формуласына сәйкес сигналды жіберу және қабылдау ретінде қарастыру жеткіліксіз, кернеулер мен токтарды (электр және магнит өрістері арқылы өзара әсерлесуді) ескеретін өзара кедергі матрицасын есептеу қажет. Осылайша, нақты геометрия үшін есептелген өзара кедергілерді пайдаланып, Яги-Уда антеннасының сәулелену диаграммасын немесе фазалық массивтің әрбір элементі үшін ток пен кернеуті шешуге болады. Мұндай талдау радио толқындарының жер жазықтығы немесе бұрыштық рефлектор арқылы шағылысуын және олардың жақын орналасқан антеннаның кедергісіне (және сәулелену диаграммасына) тигізетін әсерін егжей-тегжейлі сипаттауға мүмкіндік береді. Көбінесе мұндай жақын өрістегі өзара әрекеттесулер қаланбаған және зиянды болып табылады. Жіберу антеннасына жақын кездейсоқ металл заттардағы токтар көбінесе нашар өткізгіштерде пайда болады, бұл RF қуатының жоғалуына және антеннаның сипаттамаларын болжауға қиындық туғызады. Мұқият жобалау арқылы жақын орналасқан өткізгіштер арасындағы электрлік өзара әрекеттесуді азайтуға болады. Мысалы, турникті антеннаны құрайтын екі диполь арасындағы 90 градустық бұрыш олардың арасында өзара әрекеттесу болмауын қамтамасыз етеді, бұл оларды тәуелсіз түрде басқаруға мүмкіндік береді (бірақ турникті антенна дизайнында квадрат фазадағы бірдей сигналмен).