Для того чтобы диполь излучал значительную долю подводимой к нему мощности, его длина не должна быть мала по сравнению с l/2. С этим связана трудность излучения очень длинных волн. Если lподобрано правильно и потери энергии на нагрев проводников диполя и линии малы, то преобладающая доля мощности источника тратится на излучение. Таким образом, диполь является потребителем мощности источника, подобно включенному в конец линии активному сопротивлению, потребляющему подводимую мощность. В этом смысле диполь обладает сопротивлением излучения R _и, равным тому активному сопротивлению, в котором потреблялась бы такая же мощность.

  Описанный выше диполь является простейшей передающей антенной и называется симметричным вибратором. Впервые такой вибратор использовал Г. Герц (1888) в опытах, обнаруживших существование радиоволн. Электрические колебания в диполе Герца (см. Герца вибратор ) возбуждались с помощью искрового разряда - единственного известного в то время источника электрических колебаний. Наряду с симметричным вибратором применяется (для более длинных волн) несимметричный вибратор ( рис. 6 ), возбуждаемый у основания и излучающий равномерно в горизонтальной плоскости.

  Наряду с проволочными антеннами (проволочными вибраторами) существуют и другие виды излучателей радиоволн. Широкое применение получила магнитная антенна. Она представляет собой стержень из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью m ,на который намотана катушка из тонкого провода. Силовые линии магнитного поля магнитной антенны повторяют картину силовых линий электрического поля проволочного диполя ( рис. 7 , а, б), что обусловлено принципом двойственности.

  Если в стенках радиоволновода или объёмного резонатора,где текут переменные поверхностные токи сверхвысоких частот, прорезать щель так, чтобы она пересекла направление тока, то распределение токов резко искажается, экранировка нарушается и электромагнитная энергия излучается наружу. Распределение полей щелевого излучателя подобно распределению полей магнитной антенны. Поэтому щелевой излучатель называется магнитным диполем ( рис. 7 , в, г ;см. также Щелевая антенна ). Диаграмма направленности магнитного и щелевого излучателей, так же как и электрического диполя, представляет собой тороид.

  Более направленное излучение создают антенны, состоящие из нескольких проволочных или щелевых излучателей. Это - результат интерференции радиоволн , излучаемых отдельными излучателями. Если токи, питающие их, имеют одинаковые амплитуду и фазу (равномерное синфазное возбуждение), то на достаточно далёком расстоянии в направлении, перпендикулярном излучающей поверхности, волны от отдельных излучателей имеют одинаковые фазы и дают максимум излучения. Поле, созданное в других направлениях, значительно слабее. Некоторое увеличение напряжённости поля имеет место в тех направлениях, где разность фаз волн, приходящих от крайних излучателей, равна ( n+ 1) p/2, где n -целое число. В этом случае сечение диаграммы направленности плоскостью содержит ряд лепестков ( рис. 8 ), наибольший из которых называется главным и соответствует максимуму излучения, остальные называются боковыми.

  В современной антенной технике применяются антенные решётки, содержащие до 1000 излучателей. Поверхность, на которой они расположены, называется апертурой (раскрывом) антенны и может иметь любую форму. Задавая различное распределение амплитуд и фаз токов на апертуре, можно получить любую форму диаграммы направленности. Синфазное возбуждение излучателей, образующих плоскую решётку, позволяет получить очень высокую направленность излучения, а изменение распределения тока на апертуре даёт возможность изменять форму диаграммы направленности.

  Для повышения направленности излучения, которое характеризуется шириной главного лепестка, необходимо увеличивать размеры антенны. Связь между шириной главного лепестка q ,наибольшим размером апертуры Lи излучаемой длиной волны l определяется формулами:

для синфазного возбуждения и

если излучатели расположены вдоль некоторой оси, а сдвиг фаз в них подобран так, что максимум излучения направлен вдоль этой оси ( рис. 9 ). С- постоянные, зависящие от распределения амплитуды токов по апертуре.

  Если радиоволновод постепенно расширяется к открытому концу в виде воронки или рупора ( рис. 10 ), то волна в волноводе постепенно преобразуется в волну, характерную для свободного пространства. Такая рупорная антенна даёт направленное излучение.

  Очень высокая направленность излучения (до долей градуса на дециметровых и более коротких волнах) достигается с помощью зеркальных и линзовых антенн. В них благодаря процессам отражения и преломления сферический фронт волны, излучаемой электрическим или магнитным диполем либо рупорным излучателем, преобразуется в плоский. Однако из-за дифракции волн в этом случае диаграмма также имеет главный и боковые лепестки направленности. Зеркальная антенна представляет собой металлическое зеркало 1, чаще в виде части параболоида вращения или параболического цилиндра, в фокусе которого находится первичный излучатель ( рис. 11 ). Линзы для радиоволн представляют собой трёхмерные решётки из металлических шариков, стерженьков и т.п. (искусственные диэлектрики) или набор прямоугольных волноводов.

  Приём радиоволн.Каждая передающая антенна может служить приёмной. Если на электрический диполь действует распространяющаяся в пространстве волна, то её электрическое поле возбуждает в диполе колебания тока, которые затем усиливаются, преобразуются по частоте и воздействуют на выходные приборы. Можно показать, что диаграммы направленности диполя в режимах приёма и передачи одинаковы, т. е. что диполь принимает лучше в тех направлениях, в которых он лучше излучает. Это является общим свойством всех антенн, вытекающим из принципа взаимности: если расположить две антенны - передающую Аи приёмную В- в начале и в конце линии радиосвязи, то генератор, питающий антенну А, переключенный в приёмную антенну В, создаёт в приёмном устройстве, переключенном в антенну А, такой же ток, какой, будучи включенным в антенну А, он создаёт в приёмнике, включенном в антенну В. Принцип взаимности позволяет по свойствам передающей антенны определить её характеристики как приёмной.

В  Энергия, которую диполь извлекает РёР· электромагнитной волны, зависит РѕС‚ соотношения между его длиной l, длиной волны l Рё углом y между направлением vРїСЂРёС…РѕРґР° волны Рё диполем. Существен также СѓРіРѕР» j между направлением вектора электрической волны Рё диполем ( СЂРёСЃ. 12 ). Наилучшие условия приёма, РїСЂРё j = 0.В  РџСЂРё j = В p/2 электрический ток РІ диполе РЅРµ возбуждается, С‚. Рµ. приём отсутствует. Если же 0 < j < p/2, то очевидно, что энергия, извлекаемая приёмной антенной РёР· поля ~ ( Ecosj) ². Р�ными словами, эта энергия связана СЃ поляризацией приходящей волны. Р�Р· сказанного выше следует, что РІ случае излучающего Рё принимающего диполей для наилучших условий приёма необходимо, чтобы РѕР±Р° диполя лежали РІ РѕРґРЅРѕР№ плоскости Рё чтобы приёмный диполь был перпендикулярен направлению распространения волны. РџСЂРё этом приёмный диполь извлекает РёР· приходящей волны столько энергии, сколько несёт СЃ СЃРѕР±РѕР№ эта волна, РїСЂРѕС…РѕРґСЏ через сечение РІ форме квадрата СЃРѕ стороной равной

  Шумы антенны.Приёмная антенна всегда находится в таких условиях, когда на неё, кроме полезного сигнала, воздействуют шумы. Воздух и поверхность Земли вблизи антенны, поглощая энергию, в соответствии с Рэлея - Джинса законом излучения создают электромагнитное излучение. Шумы возникают и за счёт джоулевых потерь в проводниках и диэлектриках подводящих устройств.

  Все шумы внешнего происхождения описываются так называемой шумовой, или антенной, температурой T _A. Мощность Р _швнешних шумов на входе антенны в полосе частот Dn приёмника равна:

Р  _С€ =k T _A Dn

( k- Больцмана постоянная ). На частотах ниже 30 Мгцпреобладающую роль играют атмосферные шумы. В области сантиметровых волн решающий вклад вносит излучение поверхности Земли, которое попадает в антенну обычно за счёт боковых лепестков её диаграммы направленности. Поэтому для слабонаправленных антенн антенная температура, обусловленная Землёй, высока; она может достигать 140-250 К; у остронаправленных антенн она составляет обычно 50-80 К, а специальными мерами её можно снизить до 15-20 К.

  О конкретных типах антенн, их характеристиках и применении см. в ст. Антенна.

  Лит.:Хайкин С. Э., Электромагнитные волны, 2 изд., М. - Л., 1964; Гольдштейн Л. Д., Зернов Н. В., Электромагнитные поля и волны, М., 1956; Рамо С., Уиннери Дж., Поля и волны в современной радиотехнике, пер. с англ., 2 изд., М. - Л., 1950.

  Под редакцией Л. Д. Бахража.

Рис. 11. Схема зеркальной антенны: 1 - параболический отражатель; 2 - волновод, соединяющий двухщелевой излучатель 3 с генератором; 4 - образуемый излучателем сферический фронт волны; 5 - плоский фронт волны после отражения от зеркала.

Рис. 1. Виток катушки индуктивности.

Рис. 8. Сечение диаграммы направленности антенны плоскостью.

Рис. 3. Структура электрического Е и магнитного H полей вблизи диполя: пунктир - силовые линии электрического поля; тонкие линии - силовые линии магнитного поля; О - точка наблюдения.

Р РёСЃ. 4. Мгновенные картины электрических силовых линий вблизи диполя для промежутков времени, отстоящих РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР° РЅР° ¹/ ₈периода Рў колебаний тока.

Рис. 12 к ст. �злучение и приём радиоволн.

Рис. 2. Электрический диполь.

Рис. 10. Cxeмa рупорного излучателя. Стрелками показаны силовые линии электрического поля; точки - силовые линии магнитного поля, перпендикулярные плоскости рисунка, выходящие из его плоскости (крестики - уходящие за плоскость).

Рис. 7. Сопоставление электрического диполя (а), магнитного (6) и щелевого (в, г) излучателей; 1 - проводник с током; 2 - стержень из материала с высокой магнитной проницаемостью; 3 - металлический экран, в котором прорезана щель; 4 - проводники, идущие от генератора высокочастотных электрических колебаний; 5 - силовые линии электрического поля; 6 - силовые линии магнитного поля.

Рис. 6. Несимметричный вибратор; Г - генератор электрических колебаний.

Рис. 5. Пространственная диаграмма направленности электрического диполя.

Рис. 9. Принцип действия антенны, излучающей вдоль оси системы диполей; S - путь, пройденный волной, на котором отставание фазы компенсируется опережением фазы излучающего тока.