Ультракороткі хвилі застосовуються в радіолокації, для передачі радіомовних програм з частотною модуляцією в телебаченні, для багатоканальної радіозв'язку і для інших цілей. Підставою для такого широкого застосування діапазону УКВ є можливість здійснення в цьому діапазоні широкосмугового модуляції, гостроспрямованої випромінювання і прийому.
Конструкція антени УКХ залежить від того, в якій частині діапазону працює антена. Конструкція залежить також, для якого виду апаратури антена призначена. Наприклад, телевізійні передавальні антени повинні забезпечувати широку смугу пропускання близько 6 МГІ і ненаправленої випромінювання. Для максимальної дальності зв'язку потрібно підняти передавальну телевізійну антену на висоту до декількох сот метрів.
Радіомовні антени в станціях з частотною модуляцією також повинні бути ненаправленими і мати гарну частотну характеристику, але в більш вузькій смузі, ніж телевізійні. І телевізійні, і радіомовні антени УКХ працюють на метрових і дециметрових хвилях при горизонтальній поляризації.
Антени УКВ діляться по розташуванню в них елементів випромінювання на лінійні і поверхневі. До лінійним антен УКВ відносяться поодинокі полуволновой вібратори (найпростіші, петльові) і решітки з цих вібраторів (синфазних антени). У поверхневих антенах випромінювання і прийом здійснюються великими поверхнями, за якими протікають струми СВЧ. Тут маються на увазі рупорні, параболічні, лінзові і інші антени.
Антена типу «хвильовий канал»
Ця антена, звана також діректорной, складається з активного півхвильового вібратора (1), сполученого з передавачем або приймачем, і ряду пасивних вібраторів (2,3,4,5). Всі вони розташовані в одній горизонтальній площині. Пасивний вібратор (2), званий рефлектором, знаходиться по одну сторону, а інші вібратори (3,4,5 ...), звані директорами, - по іншу сторону від активного вібратора. Ця система вібраторів забезпечує направлене випромінювання від рефлектора до директорів.
Пасивні вібратори прикріплюють до стріли без ізоляторів, навіть якщо стріла металева, так як стріла симетрична щодо плечей вібраторів і вона не впливає на процес випромінювання і прийому електромагнітних хвиль.
У місці розташування будь-якого вібратора поле створюється його власним струмом і хвилею, що йде від рефлектора до директорів. Тому потрібно, щоб в кожному наступному вибраторе ток відставав по фазі на такий же кут, на який відстає хвиля, що розповсюджується між цими вібраторами в просторі. Тоді кожен вібратор підсилює хвилю в міру її руху в головному напрямку, т. Е. Діректорной антена являє собою грати лінійних електричних вібраторів, порушуваних за принципом антен біжучих хвиль.
Антени «хвильової канал» широко застосовуються в якості приймальних телевізійних, як прийомних і передавальних в системах бездротової передачі даних, в інших системах зв'язку, в радіолокації. Широкому їх поширенню сприяють висока посилення, хороша спрямованість, компактність, простота, невелика маса. Антену застосовують на діапазонах, починаючи з коротких хвиль, в діапазонах метрових і дециметрових хвиль і на більш високих частотах, на СВЧ-діапазонах.
Діелектричні антени представляють собою один або кілька конусоподібних стрижнів, виготовлених з діелектрика з малими втратами. В якості такого діелектрика широко застосовують полістирол, що має відносну діелектричну проникність ε = 2,5 і кут втрат 10 -2- - 5 * 10 -3.
Стрижень (1) порушується штирем (2), що є продовженням внутрішнього проводу коаксіальної лінії (3), яка живить антени. Зовнішній провід фідера з'єднується з металевим патроном (4). який відображає хвилі, порушувані штирем, і цим забезпечує їх поширення тільки по інший бік штиря. У деяких конструкціях одну половину стрижня зрізують, а іншу поміщають на металеву основу, яким за методом дзеркальних зображень заповнюється відсутня половина стержня.
Відомо, що в діелектричному стрижні відповідного перетину поширюються електромагнітні хвилі, які за структурою полів можна віднести до хвиль типу НЕ11. Електричне поле хвилі НЕ11 переважно поперечний. Значить у всьому обсязі стрижня є поперечні струми зміщення. Як і струми провідності, вони здатні викликати випромінювання хвиль. Якщо домогтися повного випромінювання електромагнітної енергії з поверхні стрижня (щоб від його відкритого кінця енергія не відбивалася), то наявні в стрижні поперечні струми зміщення утворюють антену біжучої хвилі з осьовим випромінюванням.
Діелектричні антени застосовуються в сантиметровому і прилеглої до нього короткохвильової частини дециметрового діапазонів довжин хвиль і є порівняно широкосмуговими (відносна смуга 40. 50%) антенами
Спіральна антена являє собою згорнутий в спіраль дріт (1), який харчується через коаксіальний фідер (2). Внутрішній провід фідера з'єднується зі спіраллю, а зовнішня оболонка фідера - з металевим диском (3).
Властивості спіральної антени в значній мірі визначаються формою і розмірами спіралі. За формою спіраль може бути не тільки циліндричної, але і конічної, плоскою або мати вигляд ламаної лінії. Циліндрична спіральна антена характеризується наступними геометричними розмірами:
a - радіус спіралі
lA - довжина спіралі по її осі
p - число витків спіралі
Характерною особливістю спіральних антен є їх високий вхідний опір, що дозволяє в ряді випадків без використання додаткових узгоджувальних трансформаторів привести його до 50 Ом для передачі по звичайному коаксіальному кабелі. Застосовується, як правило, для прийому і передачі на високих частотах.
Плоскі антени поверхневих хвиль
Антенами поверхневих хвиль називаються такі, в яких випромінювання відбувається з поверхні сповільнює структури. Рупор (1) збуджує бeгущіе хвилі в уповільнює структурі (2), що має вигляд плоскої металевої пластини з прямокутними виступами. Фазова швидкість про хвиль, які розповсюджуються уздовж ребристої поверхні, менше швидкості світла с.
У великої різноманітності, антени поверхневих хвиль знаходять широке практичне застосування в системах зв'язку, радіолокації, телеметрії і т. Д. Антени поверхневих хвиль використовуються в дециметровому і сантиметровому діапазонах хвиль. Зазвичай вони допускають роботу в смузі частот, що становить ± 10-15%. У деяких випадках за допомогою спеціальних заходів ця смуга може бути розширена.
Рефлекторні (дзеркальні антени)
Рефлекторними (дзеркальними) антенами називаються пристрої, в яких використовується явище відбиття хвиль від рефлектора (дзеркала) для перетворення ненапрямлених або слабонаправленних електромагнітних хвиль, створюваних первинним випромінювачем (облучателем), в гостронаправлені хвилі, що випромінюються в простір.
Зазвичай в якості рефлектора (дзеркала) застосовується параболоїд обертання або параболічний циліндр. Параболоїд є поверхнею, що описується параболою при її обертанні навколо своєї осі. Параболічний циліндр описується при переміщенні параболи вздовж паралельних прямих, званих утворюють циліндра. Зустрічаються і інші антенні рефлектори, побудовані на основі параболи. Перераховані рефлекторні антени називаються інакше параболічними.
Дзеркальні антени - найбільш поширений тип гостронаправлених антен. Вони застосовуються в різних діапазонах хвиль, починаючи від оптичного і закінчуючи короткохвильовим. Широке застосування дзеркальних антен пояснюється простотою їх конструкції, можливістю отримання високої спрямованості, збереженням спрямованих властивостей в широкій смузі частот малими активними втратами. малої шумовий температурою.
Принцип дії лінзових антен заснований на властивості лінз змінювати швидкість, а відповідно і напрямок поширення електромагнітних хвиль, що падають на лінзи. Лінзові антени, як і рефлектори, перетворять сферичні або циліндричні хвилі, порушувані облучателем, в плоскі. У рефлекторних антенах цей процес обумовлений віддзеркаленням хвиль від дзеркала, а в лінзових - заломленням хвиль в лінзі.
Зазвичай освітлена поверхня лінзи, тобто звернена до опромінювача, має криволінійні контури і створює необхідну переломлення хвиль, а протилежна, тіньова поверхню служить розкривом лінзи. Розкривши, як правило, має вигляд плоскої прямокутної (а) або круглої площадки (б). Залежно від того, яку форму має заломлююча поверхня, розрізняють сферичні і циліндричні лінзи.
Лінія, перпендикулярна площині розкриву і проходить через його центр, називається віссю лінзи. Опромінювач поміщається на цій осі в точці F, званої фокусом лінзи. Найближча до фокусу точка лінзи вважається її вершиною. Відстань між фокусом і вершиною лінзи називається фокусною відстанню.
Лінія, перпендикулярна осі лінзи і проходить через фокус, називається фокальною. Опромінювач циліндричної лінзи розташовується уздовж фокальної лінії, а опромінювач сферичної лінзи - в її фокусі.
Залежно від матеріалу виготовлення лінзові антени поділяються на діелектричні, металлопластінчатие і з штучним діелектриком.
На практиці лінзові антени застосовуються, головним чином, для перетворення розходиться пучка променів в паралельний, тобто для перетворення криволінійної (сферичної або циліндричної) хвильової поверхні в плоску.