Телевизионные антенны

Антенна — устройство, предназначенное для излучения либо приёма радиоволн.

Антенны в зависимости от назначения подразделяются на приёмные, передающие и приёмопередающие. Антенна в режиме передачи преобразует энергию поступающего от радиопередатчика электромагнитного колебания в распространяющуюся в пространстве электромагнитную волну. Антенна в режиме приёма преобразует энергию падающей на антенну электромагнитной волны в электромагнитное колебание, поступающее в радиоприёмник. Таким образом, антенна является преобразователем подводимого к ней по фидеру электромагнитного колебания (переменного электрического тока, канализированной в волноводе электромагнитной волны) в электромагнитное излучение и напротив.

Первые антенны были сделаны в 1888 году Генрихом Герцем в ходе его экспериментов по доказательству существования электромагнитной волны (Вибратор Герца). Форма, размеры и конструкция сделанных позднее антенн исключительно многообразны и зависят от рабочей длины волны и назначения антенны. Обнаружили широкое использование антенны, исполненные в виде отрезка провода, системы проводников, металлического рупора, металлических и диэлектрических волноводов, волноводов с металлическими стенками с системой прорезанных щелей, а также многие другие типы. Для совершенствования направленных свойств первичный излучатель может снабжаться рефлекторами — отражающими элементами разной конфигурации либо их системами, а также линзами.

Излучающая часть антенн, как правило, изготавливается с использованием проводящих электрический ток материалов, но может изготовляться из изоляционных (диэлектрик) материалов, могут использоваться полупроводники и метаматериалы.

С точки зрения теории электрических цепей антенна для цифрового телевидения представляет собой двухполюсник (либо многополюсник), и мощность источника, выделяемая на энергичной составляющей полного входного сопротивления антенны, тратится на создание электромагнитного излучения. В системах управления антенна рассматривается как угловой дискриминатор — датчик угла рассогласования между направлением на источник радиосигнала либо отражатель и направлением антенны (скажем, антенна с суммарно-разностной диаграммой направленности в составе радиолокационной головки самонаведения). В системах пространственно-временной обработки сигнала антенна (антенная решётка) рассматривается как средство дискретизации электромагнитного поля по пространству.

В специальный класс принято выделить антенны с обработкой сигнала. В частности, одним из таких устройств являются антенны с виртуальной (синтезированной) апертурой, применяемые в авиационной и космической технике для задач картографирования и увеличения разрешающей способности за счёт применения когерентного накопления и обработки сигнала.

Упрощённо тезис действия антенны состоит в дальнейшем. Как правило, конструкция антенны содержит металлические (токопроводящие) элементы, соединённые электрически (непринужденно либо через линию питания — фидер) с радиопередатчиком либо с радиоприёмником. В режиме передачи переменный электрический ток, создаваемый источником (скажем, радиопередатчиком), происходящий по токопроводящим элементам такой антенны, в соответствии с законом Ампера порождает в пространстве вокруг себя переменное магнитное поле. Это меняющееся во времени магнитное поле, в свою очередь, не только воздействует на породивший его электрический ток в соответствии с законом Фарадея, но и создаёт вокруг себя меняющееся во времени вихревое электрическое поле. Это переменное электрическое поле создаёт вокруг себя переменное магнитное поле и так дальше — появляется взаимосвязанное переменное электромагнитное поле, образующее электромагнитную волну, распространяющуюся от антенны в пространство. Энергия источника электрического тока преобразуется антенной в энергию электромагнитной волны и переносится электромагнитной волной в пространстве. В режиме приёма переменное электромагнитное поле падающей на антенну волны наводит токи на токопроводящих элементах конструкции антенны, которые поступают в нагрузку (фидер, радиоприёмник). Наведённые токи порождают напряжения на входном импедансе приёмника.

Электромагнитное излучение, создаваемое антенной, владеет свойствами направленности и поляризации. Антенна как двухполюсник владеет входным сопротивлением (импедансом). Настоящая антенна преобразует в электромагнитную волну лишь часть энергии источника; остальная энергия тратится в виде тепловых потерь.

Разработка (синтез) отличной антенны является неоднозначной, нетривиальной и зачастую трудной задачей. Следственно при проектировании антенн идут на соглашение, так как антенна должна не только обеспечить требуемую диаграмму направленности и заданные электрические параметры, её конструкция должна быть ещё и крепкой, недорогой, технологичной, упрямой к воздействию окружающей среды, ремонтопригодной, а в последнее время — зачастую выдвигается требование экологичности — минимизации потенциального урона от излучения и расходов на утилизацию.