Для чего радиоприемнику нужна антенна кратко

Обновлено: 04.07.2024

Антенна служит для приема электромагнитных колебаний; радиоприемник преобразует улавливаемые колебания к такому виду, при котором может работать оконечный аппарат (громкоговоритель, приемная телевизионная трубка, телеграфный аппарат и др.)
Радиоприемники в зависимости от назначения подразделяются на радиовещательные (приемники звукового вещания и телевизионных программ) и профессиональные (приемники для служебной радиосвязи, радионавигации и др.)
Для каждой категории назначения радиопередатчиков, и соответственно, принимающих их сигнал радиоприемников выделяется свой диапазон частот. Так исторически сложилось, что диапазоны разбиты по величине длины волны ( λ ), которая определяется по формуле:

где с - скорость распространения радиоволн в вакууме, которая примерно равна скорости света 300 000 км/сек ;
f - частота сигнала.
Это означает, что длина волны равна расстоянию которое "пролетает" один период несущей частоты радиосигнала в пространстве.

Диапазоны радиоволн

Сверхдлинные волны (СДВ) - длинее 10 000 метров (частоты 20 - 30 кГц).
Длинные волны (ДВ) - длиной 1 000 - 10 000 метров ( 300 - 30 кГц).
Для радиовещания к ДВ относятся волны длиной 700 - 2 000 м (150 -430 кГц).
Средние волны (СВ) - длиной 100 - 1 000 метров (3 МГц - 300 кГц).
Для радиовещания в СВ диапазоне отведен участок от 187 до 575 метров (1,6 МГц - 520 кГц).
Короткие волны (КВ) - длиной 10 - 100 метров (30 - 3 МГц).
Ультракороткие волны (УКВ) - короче 10 метров (частоты выше 30 МГц).
УКВ разделяют на:
метровые - длины 1 -10 метров (300 - 30 МГц);
дециметровые (ДМВ) - длины 10 см - 1 м (3 ГГц - 300 МГц);
сантиметровые (СМВ) - длины 1 -10 см (30 - 3 ГГц);
миллиметровые - длины 1 - 10 мм (300 - 30 ГГц);
субмиллиметровые - длины короче 1 мм (частоты выше 300 ГГц).

Антенна радиоприемника.

Первым, и очень значительным элементом во входной цепи радиоприемника, является приемная антенна. От эффективности ее работы зависит качество воспроизводимой приемником информации.
При излучении передатчиком электромагнитных волн в каждой точке пространства образуется определенное значение напряженности электрического Е и магнитного Н полей ( рис.1 ).
Векторы Е и Н взаимно перпендикулярны и ориентированы так, что если вращать рукоятку буравчика от вектора Е к вектору Н по кратчайшему пути, то направление движения буравчика совпадет с направлением распространения электромагнитной (э.м.) волны. Уровень э.м. поля численно оценивается напряженностью электрической составляющей поля Е измеряемая в вольт/метр . На практике радиоприема пользуются более мелкими единицами - милливольт/метр (мВ/м) и микровольт/метр (мкВ/м) . Эти единицы связаны соотношениеми:
1 В/м = 10³ мВ/м; 1мВ/м = 10³ мкВ/м.
Приемная антенна, находясь в поле э.м.волны, подвергается воздействию электрической и магнитной силы и в ней наводится электродвижущая сила (э.д.с.) той же частоты, с которой совершаются электрические колебания в антенне радиопередатчика.
При исследовании взаимодействия приемной антенны со входом радиоприемника используют эквивалентную схему антенны ( рис.2 ). Основным вопросом является определение выделяемой мощности в нагрузке приемной антенны при действии на нее падающей волны. А для этого необходимо знать возникающий в нагрузке ток.
Приемная антенна по отношению к сопротивлению нагрузки Zн играет роль генератора со своей э.д.с. |Еа| и имеющий внутреннее сопротивление Za . Если эти значения известны, то тогда можно вычислить амплитуду тока |I| , напряжение |U| и мощность Р , отдаваемую в нагрузку Zн = Rн + jXн:

|I| = |Еа|/(Za + Zн)
|U| = |Еа|·[Zн/(Za + Zн)]
P = |I|²·Rн/2.

где Emax - напряженность поля в направлении максимального приема или излучения;
Еср - среднее значение напряженности поля.
В формуле к.н.д. значения напряженности поля возводятся в квадрат, а мощность высокочастотных колебаний пропорциональна квадрату напряженности поля. Значить К - это отношения максимальной и средней мощностей полей сигнала.

С целью уменьшения влияния помех применяют частотную избирательность . Для этого с помощью выбора параметров (формы и габаритных размеров) конструируют такую антенну, которая бы принимала полезный сигнал в определенном диапазоне:
∆f = fмакс - fмин .
Различают антенны:
1) настроенные ;
2) узкодиапазонные (узкополосные) ;
3) широкодиапазонные (широкополосные) ;
4) сверхширокополосные .
Настроенные работают только на одной рабочей частоте.
Узкодиапазонные могут работать без перестройки только в узком диапазоне (относительная полоса частот ∆f / fср , т.е. отношение разности граничных частот диапазона ∆f = fмакс - fмин к его центральной части fср = (fмакс + fмин) / 2 , составляет менее 10% ).
Широкодиапазонные работают без перестройки в широком диапазоне и относительная полоса частот находится в пределах от 10% до 50% .
Сверхширокополосные перекрывают диапазон частот в отношении fмакс : fмин = 5:1 и более.

Кстати, немного интересной информации: Первый в мире радиоприемник спроектировал физик из России Попов А.С. в 1895 году. Между прочим уже 125 лет прошло с тех пор. Радиосистема работала с азбукой Морзе, а вообще приемник Попова лег в основу производства и создания последующей электроники для радиосвязи.

Как она работает?

У многих радиоприемников в конструкции присутствует антенна, которая имеет возможность поворота на 360° а также телескопическую конструкцию. Антенна изготовлена из металлических сплавов и поэтому хорошо проводит такие частицы как электроны.

Работает антенна принимая радиоволны. Радиоволны, которые посылают вышки радиостанций издают электромагнитные импульсы. В пространстве создаётся магнитное поле, а перпендикулярное ему - электрическое поле.

Таким образом металлическая антенна, которая отлично проводит электроны, начитает проводить очень слабый ток и электроны летают по ней то вверх, то вниз - так передается радиосигнал, который преобразуется в приемнике в приятную музыку или голоса дикторов. Всё потому что металлическая антенна отличный приёмник таких электромагнитных волн.

Некоторые сравнивают принцип работы антенны в приемнике с игрой на музыкальном инструменте, например скрипке. Звук - это тоже волны, а струны играют роль приёмника, как антенна. Корпус скрипки правильно резонирует звук от струн и преобразует их в прекрасную мелодию.

Для чего антенну можно поворачивать, наклонять и удлинять?

Из-за того что на пути радиоволны есть большое количество препятствий, которые могут изменять её качество. Антенну можно поворачивать и наклонять туда куда нужно, а именно по направлению к радиоволне.

Имеет также значение и удаленность от радиостанции, если она довольно близко, то в принципе в любом положении антенны она будет ловить хороший сигнал.

Так или иначе, поворотами и углом антенны, можно добиться наилучшего приема сигнала. И оставить в таком положении. Впрочем, это вы прекрасно знаете и без меня 😁🙂

Длина антенны тоже имеет роль, если длина антенны кратна длине радиоволны, то сигнал усиливается и соответственно качество воспроизведения улучшается. Поэтому антенны в радиоприемниках имеют телескопическую конструкцию.

Да, сейчас с приходом цифровых форматов и широкого распространения сети интернет радио потихоньку теряет свою актуальность. Хотя радио до сих пор очень популярно у водителей. Со временем, скорее всего, радио уйдет в прошлое, по крайней мере таким каким оно было до появления интернета оно уже не будет.

Например, уже сейчас многие радиостанции уже вещают через интернет или даже ведут прямые видео-трансляции.

Итак, простая казалось бы антенна радиоприёмника имеет довольно непростую конструкцию. Её можно поворачивать на 360°, наклонять под разными углами, а ещё изменять длину антенны. Всё это положительно сказывается на приёме сигнала радио и соответственно на качестве воспроизведения вашей любимой радиостанции.

Разберемся, какими бывают антенны для радио, и как их подключить.

Особенности

Антенна для радиоприёмника должна быть несложной в исполнении, но эффективной. Она позволяет выйти из зоны радиотени, для этого её поднимают на несколько метров. Вам повезло, если вы живёте на последнем этаже высотного дома – длина фидера (кабеля) будет небольшой. В противном случае рядом с антенной размещают радиоусилитель: несколько десятков метров кабеля способны поглотить сигнал, принятый наверху, и толку от антенны не будет.

Антенна для радио может быть любой:

четвертьволновая или на 3/4 волны штырь;
симметричный вибратор (два четвертьволновых штыря);
петлевой возбудитель;
директорная или логопериодическая (конструкция достигает впечатляющих размеров);
линейка диполей, выстроенных в ряд (такие антенны ставят на ретрансляторах ТВ каналов и радиостанций, для базовых станций сотовой связи);
магнитная.

Чаще всего встречаются телескопические антенны, они есть в каждом мобильном FM-приёмнике.

Еще один вариант легко получить, присоединив к одной из телескопических антенн центральный проводник коаксиального кабеля, к другой – его оплётку. Антенны разводятся в разные стороны и не лежат в одной плоскости.

Третья конструкция должна быть размером с половину длины волны.

Последний вариант будет вышиной с трёхэтажный дом: такие антенны расположены на телебашнях, где места для них вдоволь, для бытового применения они не подойдут.

Автомобильная антенна для FM-приёма – укороченный штырь, к которому для компенсаций потерь сигнала полагается встроенный в корпус усилитель. Эффективность такой антенны можно существенно поднять, нарастив штырь до 75 или 225 см.

Принцип действия

В ответ на приходящие радиоволны, представляющие собой переменное электромагнитное поле, антенна откликается появлением разнонаправленных токов, появляющихся при приёме радиоволн. Частота переменного поля совпадает с частотой излучения передающей антенны, подключённой к выходу передатчика. Возникающий в приёмной антенне ток совпадает с частотой тока, на которой и работает передатчик.

Если размеры антенны являются кратными длине волны, то можно добиться резонанса на принимаемой частоте, благодаря которому качество приёма является наилучшим. Этого и добиваются, изготавливая антенны под определённую частоту, среднюю для конкретного диапазона. Например, для FM-диапазона это частота 98 МГц – длина волны чуть больше 3-х метров, следовательно, четвертьволновой штырь достигает чуть больше 75 см. Телескопическая антенна, позволяющая регулировать длину, может быть выдвинута в точном соответствии с частотой принимаемой радиостанции. Так, для частоты 100 МГц длина антенны должна быть строго 75 см.

Отклонения в зоне уверенного приёма этой же радиостанции не фатальны, но там, где приём слаб, желательно выдвинуть её на расчётную длину, особенно если планируется вместе с ней использовать и дополнительный усилитель.

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.

Внешняя (дополнительная) антенна – буквально путь спасения для дешёвых радиоприёмников, чьё качество приёма невысоко: не каждый слушатель закажет фирменный китайский Tecsun или Degen по цене 2,5-7 тысяч рублей, обладающий очень хорошей чувствительностью и отличным качеством стереозвука в наушниках.

Обзор видов

Хорошая антенна для УКВ проявит себя ещё лучше, если её использовать как наружную. Антенны с усилителем называют активными (усиливающими). Мощные антенны в основном ставят на радиоретрансляторах, радиорелейных линиях (радиостволах), где качество приёма и передачи должно быть максимальным. К комнатным антеннам относят в основном штыревые (уже знакомые телескопические) и рамочные. Последние встраивают в музыкальные центры, радиоколонки – они располагаются либо в виде дорожки на печатной плате, либо встраиваются в другое место под крышкой корпуса и имеют вид спиральной плёнки, согласующей петли, в виде катушки и другого.

Направленные

К направленным антеннам относят несколько видов устройств.

Двойная телескопическая, или симметричный диполь, применяют для радиоприёма в домашних условиях. Проста в сборке и установке. Её направленность недостаточно острая, но для относительно низкочастотных (по сравнению с теледиапазоном современного цифрового ТВ) она сойдёт. Линейка симметричных диполей из-за больших габаритов используется в основном для сотовой и связи по Wi-Fi.

Магнитная – пара катушек на ферритовом или стальном сердечнике. Применяется не для УКВ, а на средних (530… 1710 килогерц) и длинных (148… 375 кГц) волнах – для приёма используется не электрическая, а магнитная составляющая радиосигнала. Имеет двустороннюю направленность, из-за чего AM-приёмник поворачивают, добиваясь максимума сигнала – особенно при удалении от AM-передатчика на сотни и тысячи километров.

Ненаправленные

Как подключить?

Четвертьволновой штырь не требует особого подключения – провод припаивается ко входу радиоплаты приёмника. Симметричный вибратор и более сложные антенны требуют коаксиального кабеля, так как одна из сторон является противовесом для другой и припаивается к оплётке кабеля, а не к центральному проводнику. Похожим образом подключаются директорная, логопериодическая, линейка диполей, простейший петлевой вибратор.

Если вы живёте в деревне, где, кроме фонарных столбов, господствующая высота отсутствует, строго рекомендуется к противовесу (оплётке) подключать защитное заземление. Рядом с антенной ставится ещё один штырь, выше неё по действующей высоте, и также подключается к заземлению – это громоотвод. Если о последнем не позаботиться, то при ударе молнии можно не только лишиться радиоприёмника, но и, находясь рядом с ним, получить смертельный удар током – напряжение искрового разряда может достигать 100 млн вольт, что является несовместимым с жизнью.

Коллективные телеантенны, кабель от которых заведён в подъезд многоквартирного дома и разведён по квартирам, снабжены грозозащитой. Комнатные же антенны не требуют защиты от грозы.

О том, как сделать FM-антенну для приемника своими руками, смотрите далее.

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

Диаграмма направленности следующая:

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.

Данная статья обрисовывает лишь небольшую часть антенн и не претендует на замену учебнику антенно-фидерных устройств.

Читайте также: