Радиоантенны 
Вибратор Герца, также известный как диполь Герца, представляет собой простейшую антенну, использованную Генрихом Герцем в экспериментах 1888 года для подтверждения существования электромагнитных волн. Конструкция вибратора включала медный стержень с металлическими шарами на концах.
Между ними был установлен искровой промежуток, подключенный к катушке Румкорфа. Наименьший из вибраторов, примененных Герцем, имел длину 26 сантиметров и генерировал колебания с частотой около 500 мегагерц, что соответствовало длине волны приблизительно 0,6 метра.
Под элементарным электрическим вибратором понимается проводник, длина которого значительно меньше длины излучаемой электромагнитной волны λ, обтекаемый высокочастотным током с одинаковой амплитудой и фазой на всей его протяженности.
Диаграмма направленности излучения такого вибратора в плоскости, проходящей через его ось, имеет форму восьмерки. В перпендикулярной плоскости направленность излучения отсутствует, и диаграмма принимает вид круга. Примером реализации элементарного вибратора является вибратор Герца.
Первая практическая антенна в виде несимметричного вибратора была представлена изобретателем радио А.С. Поповым спустя пятнадцать лет. Несимметричный вибратор состоит из вертикального провода длиной в четверть волны, между нижним концом которого и заземляющим контуром включается передатчик или приемник.
Заземление обычно реализуется в виде системы радиально расположенных проводников, соединенных общим проводом с одной из клемм передатчика или приемника. Диаграмма направленности излучения в горизонтальной плоскости имеет форму круга.
Александр Степанович Попов в 1895 году разработал вертикальный вибратор, который является модификацией диполя Герца. Этот вертикальный несимметричный вибратор обеспечивает интенсивное электромагнитное излучение вдоль поверхности земли, что делает его особенно полезным в системах радиосвязи и радиовещания на длинных и средних волновых диапазонах.
Одной из ключевых характеристик антенны данного типа является сопротивление излучения (Rизл). Величина Rизл прямо пропорциональна излучаемой мощности при постоянном токе в вибраторе, повышает коэффициент полезного действия (КПД), расширяет полосу пропускаемых частот и снижает максимальную напряжённость электрического поля у поверхности антенного провода при заданной подводимой мощности.
Для расширения полосы пропускаемых частот и уменьшения максимальной напряжённости поля можно увеличить диаметр антенного провода или использовать несколько параллельно соединённых проводов.
Антенна Бевереджа, разработанная в 1923 году, представляет собой конструкцию длиной 10 миль и характеризуется значительным улучшением помехозащищенности при приёме радиосигналов на длинных, средних и коротких волнах. Она названа в честь своего изобретателя, H.H. Бевереджа. Антенна состоит из горизонтального проводника с активной нагрузкой на конце, равной приблизительно 600 Ом и протяженностью в несколько длин волн.
Антенна Бевереджа относится к категории антенн бегущей волны. Она подвешивается на высоте нескольких метров над поверхностью земли в направлении на передающую станцию. Данная антенна обладает широким диапазоном рабочих частот, охватывающим шестикратный интервал, и характеризуется низким уровнем боковых лепестков в горизонтальной плоскости, что способствует повышению помехозащищенности приема.
Коэффициент направленного действия (КНД) антенны Бевереджа варьируется в пределах от 40 до 250, а коэффициент полезного действия (КПД) составляет от 0,05 до 0,5%. Из-за низкого КПД данная антенна не используется для передачи.
В 1935 году советский учёный С. И. Надененко предложил конструкцию широкополосной антенны, которая впоследствии получила название диполь Надененко. Согласно общепринятому определению, диполь Надененко представляет собой симметричный вибратор, выполненный из шести-восьми параллельных проводов, расположенных по образующим цилиндра. Эта антенна используется в качестве приёмо-передающего устройства преимущественно в диапазонах метровых и декаметровых волн для целей связи и вещания.
Диполь Надененко характеризуется низким волновым сопротивлением, которое варьируется в пределах 250-400 Ом. Это свойство обеспечивает слабую зависимость входного сопротивления от длины волны и позволяет эффективно согласовывать антенну с питающим фидером. Коэффициент направленного действия (КНД) диполя Надененко, с учётом влияния поверхности Земли, устраняющей излучение в нижнее полупространство, находится в диапазоне от 6 до 12.
В период с 1930 по 1940 годы для приёма сигналов на длинных и средних волнах, помимо несимметричных вибраторов, использовались рамочные (магнитные) антенны, а также сложные антенные системы, состоящие из рамок и вертикального вибратора. Эти типы приёмных антенн обладают направленными свойствами в горизонтальной плоскости, что позволяет снизить уровень помех при приёме сигналов, если источник помех расположен в направлениях минимума диаграммы направленности антенны.
Прочие антенны
В 1950–1960-х годах в диапазонах коротких, метровых и сантиметровых волн получили распространение так называемые частотно-независимые антенны. Эти антенны характеризуются стабильностью параметров (формы диаграммы направленности, коэффициента направленного действия, входного сопротивления и других) в широком диапазоне частот, который может достигать 10–20 и более раз. Одним из наиболее распространённых типов частотно-независимых антенн является логопериодическая антенна.
Значительный вклад в развитие теории щелевых антенн внесли советские учёные Михаил Семёнович Нейман и Александр Александрович Пистолькорс. Антенны бегущей волны включают в себя спиральную антенну, антенну типа «волновой канал», диэлектрическую антенну, антенну поверхностной волны (импедансную антенну) и другие. Коэффициент направленного действия антенн бегущей волны, используемых в СВЧ-диапазоне, обычно не превышает 100.
В 1960-е годы наметились перспективные направления развития теории и техники антенн, включая создание антенных решёток, состоящих из большого числа излучающих элементов (электрических вибраторов, рупоров и других), каждый из которых подключён к отдельному выходному блоку передатчика с регулируемым фазовращателем.
Управление соотношением фаз полей в отдельных излучающих элементах позволяет быстро изменять направление максимального излучения и форму диаграммы направленности антенн. Аналогичным образом создаются приёмные антенные решётки, состоящие из большого числа слабонаправленных антенн, подключаемых к отдельным входным блокам приёмника. Также разрабатываются антенные комплексы на основе использования электронных вычислительных машин.
В настоящее время активно внедряются и эксплуатируются экономичные и легко устанавливаемые антенны, изготовленные на основе металлизированных плёнок с применением пневматики для придания антенне необходимой конфигурации. Независимо от конструктивных изменений, все антенны являются потомками диполя Герца.
ЕН-антенна, разработанная на рубеже XXI века, представляет собой инновационное устройство в области радиотехники. Инициатива её создания была выдвинута в 1996 году Тедом Хардом. Данная антенна является модификацией широкополосного диполя Надененко, однако её размеры существенно сокращены до 2% от длины волны.
Принцип работы ЕН-антенны основывается на фазовом смещении векторов электрических (E) и магнитных (H) полей на 90°. Это позволяет формировать электромагнитные волны непосредственно в вибраторе, обеспечивая при этом усиление, сопоставимое с полноразмерным диполем Герца, длина которого составляет 50% от длины волны. Широкополосность ЕН-антенны соответствует характеристикам диполя Надененко.
В настоящее время ЕН-антенны производятся промышленным способом в различных странах Европы, Японии и других государствах.
Несмотря на достигнутые успехи, в области физики и волновой теории остаются нерешённые вопросы. Теоретические обоснования работы ЕН-антенн, предложенные различными авторами, не всегда находят признание в научном сообществе. В связи с этим продолжается поиск новых подходов и решений в рамках волновой теории.
Учёные, скептически относящиеся к концепции ЕН-антенн, требуют дополнительных доказательств. Как отмечал Макс Планк, научная теория утверждается, когда уходят из жизни представители старой научной парадигмы. Вероятно, со временем будут получены новые данные, которые позволят расставить все точки над «i» в этом вопросе.
masters.donntu.ru
