НВЧ-зв'язку. У шкільному курсі геометрії парабола визначається як геометричне місце крапок, рівновіддалених від деякої фіксованої прямої лінії і фіксованої крапки, яка не належить цій лінії. Згадана фіксована крапка називається фокусом; фіксовану лінію називають директрисою (мал. 11, а). В результаті звернення параболи навколо власної осі виходить поверхня, що іменується параболоїдом. Поперечний перетин параболоїда, проведений паралельно його осі, є параболою, тоді як при перетині, який перпендикулярно даній осі, утворюється коло. Подібні поверхні використовуються при створенні прожекторів, оптичних телескопів і радіотелескопів, а також НВЧ-антен. Таке широке їх застосування пояснюється наступною властивістю: якщо джерело електромагнітної енергії (або звуку) помістити у фокус параболоїда і якщо поверхня параболоїда є такою, що відображає, тоді хвилі відбиватимуться паралельно осі параболоїда. На мал. 11, би представлений вид подібного ефекту в поперечному перетині. Теоретично при освіті світивши, паралельного осі параболоїда, дисперсія відсутня. Проте на практиці дисперсія матиме місце, оскільки об'єм джерела енергії більше однієї крапки. Вірно також твердження, зворотне приведеному раніше: якщо хвилі, що приймаються, паралельні осі параболоїда, що відображає, результуючий сигнал буде сконцентрований у фокусі.
Мал. 11. Параболічна антена, що відображає
де а) – парабола;
б) – відображаючі властивості параболічної антени;
в) – діаграма випромінювання параболічної антени.
На мал. 11, в представлений типовий приклад діаграми спрямованості параболічної антени, що відображає. У табл. 2 приводяться параметри ширини світивши для антен різних розмірів при частоті сигналу 12 Ггц. Слід зазначити, що чим більше діаметр антени, тим більше сфокусованим буде промінь.
Таблиця 2. Ширина променя для параболічних антен різного діаметру, що відображають, при частоті сигналу f = 12 Ггц
Діаметр антени, м | Ширина променя, градуси
0,5 | 3,5
0,75 | 2,33
1,0 | 1,75
1,5 | 1,166
2,0 | 0,875
2.5 | 0,7
5,0 | 0,35
в) Коефіцієнт підсилення антени
Коефіцієнт посилення є мірою спрямованості антени. Даний параметр визначається як відношення потужності сигналу, що випромінює в певному напрямі, до потужності сигналу, що випромінюється ідеальною ненапрямленою (ізотропною) антеною в будь-якому напрямі. Якщо, наприклад, коефіцієнт посилення антени рівний 3 дБ, це означає, що її сигнал сильніше за сигнал ізотропної антени в даному напрямі на 3 дБ (у 2 рази). Збільшення потужності сигналу в одному напрямі можливо лише за рахунок решти напрямів розповсюдження. Іншими словами, збільшення потужності сигналу в одному напрямі спричиняє за собою зменшення потужності в інших напрямах. Необхідно відзначити, що коефіцієнт посилення характеризує спрямованість сигналу, а не збільшення вихідної потужності по відношенню до вхідний (як може показатися з назви), тому даний параметр часто ще називають коефіцієнтом направленої дії.
Ефективна площа антени пов'язана з попереднім параметром і також залежить від розмірів і форми антени. Відношення між коефіцієнтом направленої дії антени і її ефективною площею можна записати в наступному вигляді:
, (1)
Де G – коефіцієнт направленої дії антени;
- ефективна площа;
f – несуча частота;
с – швидкість світла;
- довжина несучої хвилі.
У табл. 3 приводяться значення коефіцієнта посилення антени і ефективної площі для деяких поширених форм антен.
Таблиця 3. Коефіцієнти підсилення і ефективна площа деяких типів антен
Тип антени | Ефективна площа , | Коефіцієнт підсилення потужності (щодо ізотропної антени)
Ізотропна | 1
Нескінченно малий диполь або контур | 1,5
Півхвильовий диполь | 1,64
Рупорна антена, площа розтруба | 0,81 | 10
Параболічна, площа лицьової поверхні | 0,56
Турнікетна (два перпендикулярно пересічних диполя) | 1,15 | 1,15
г) РЕЖИМИ РОЗПОВСЮДЖЕННЯ
При розповсюдженні сигнал, що випромінює антеною, може огинати поверхню Землі, відбиватися від верхніх шарів атмосфери або розповсюджуватися уздовж лінії прямої видимості.
Огинання поверхні Землі
При обгинанні поверхні Землі (див. мал. 12, а) шлях розповсюдження сигналу в тому або іншому ступені повторює контур планети. Передача може проводитися на значні відстані, що набагато перевищують межі прямої видимості. Даний ефект має місце для частот до 2 Мгц. На здатність сигналів, що належать даній смузі частот, повторювати кривизну земної поверхні впливають декілька чинників. Одним з них є те, що електромагнітна хвиля індукує електричний струм на поверхні Землі; це приводить до уповільнення хвилевого фронту біля земної поверхні. В результаті хвилевий фронт відхиляється у бік земної поверхні і, таким чином, повторює її кривизну. Іншим чинником є дифракція. Дане явище пов'язане з поведінкою електромагнітних хвиль за наявності перешкод.
Мал. 12. Типи розповсюдження радіохвиль.
Де а) – розповсюдження навколоземних хвиль (частота до 2 MГц);
б) –відбивання від верхніх слоїв атмосфери(2-30 МГц);
в) – розповсюдження сигналу вздовж візуальної лінії (>30 МГц).
Розсіювання електромагнітних хвиль вказаного діапазону в атмосфері відбувається таким чином, що у верхні атмосферні шари ці хвилі не потрапляють.
Найбільш поширеним прикладом зв'язку з використанням хвиль, що огинають поверхню Землі, є радіомовлення в АМ-діапазоні.
Віддзеркалення від верхніх шарів атмосфери Радіохвилі, що відбиваються від верхніх шарів атмосфери, використовуються для любительського, персонального і службового радіозв'язку, а також для міжнародного радіомовлення (саме такі хвилі використовують радіокомпанії Голос Америки і Бі-Бі-Сі). При даному типі розповсюдження сигнал наземної антени відбивається від іонізованих шарів верхньої частини атмосфери, що іменуються іоносферою, у напрямку до Землі. Хоча може здатися, що віддзеркалення радіохвиль від іоносфери аналогічно віддзеркаленню від твердої поверхні, насправді даний ефект викликаний заломленням хвиль. Суть ефекту заломлення буде пояснена пізніше.
Як показано на мал. 12, б, віддзеркалення сигналу від верхніх шарів атмосфери (і згодом від Землі) може відбуватися багато разів. Якщо радіохвиля розповсюджується так само, сигнал може виходити на відстані тисяч кілометрів від передавача.
Розповсюдження уздовж лінії прямої видимості
Якщо частота радіосигналу перевищує 30 Мгц, то обгинання їм земній поверхні і