[1.5] Антенны: диаграмма направленности, усиление, согласование #
Техник БПЛА · радиосвязь, РЭБ и РЭР
Антенна не усиливает сигнал, а перераспределяет излучаемую мощность в пространстве, и это определяет её выбор для каждой задачи.
Содержание
1. Что такое усиление антенны
Усиление антенны [вики] показывает, во сколько раз плотность потока энергии в направлении главного лепестка превышает плотность потока изотропного излучателя при той же подводимой мощности. Антенна не добавляет энергии, а концентрирует её в нужном направлении за счёт ослабления в остальных.
| Тип антенны | Усиление | Ширина лепестка | Применение |
|---|---|---|---|
| Изотропный излучатель | 0 дБи | сфера | Теоретическая модель |
| Четвертьволновый штырь | от 1 до 2 дБи | круговая в горизонте | Приёмник на аппарате |
| Полуволновый диполь | 2,15 дБи | круговая в горизонте | Наземная станция, аппарат |
| Антенна типа «клевер» | от 1 до 3 дБи | близка к круговой | Передатчик изображения |
| Коллинеарная антенна | от 5 до 9 дБи | сжата по углу места | Стационарная станция |
| Панельная антенна | от 8 до 14 дБи | от 30 до 60° | Наземная станция, сектор |
| Антенна типа «волновой канал» | от 10 до 16 дБи | от 25 до 40° | Работа на дальность |
| Спиральная антенна | от 10 до 15 дБи | от 30 до 45° | Приём изображения на дальности |
| Параболический отражатель | от 18 до 28 дБи | от 5 до 15° | Специальные линии |
Плата за усиление. Чем больше усиление, тем уже главный лепесток. Антенна с усилением 16 дБи и шириной лепестка 25° требует постоянного наведения: выход аппарата за пределы лепестка означает потерю от 15 до 25 дБ мгновенно. Для подвижного объекта без системы автоматического сопровождения усиление свыше 12 дБи применяется с осторожностью.
2. Диаграмма направленности и мёртвые зоны
Штыревая антенна излучает максимально в плоскости, перпендикулярной её оси, и практически не излучает вдоль оси. Над концом вертикально установленного штыря находится зона, в которой уровень сигнала падает на 20 дБ и более.
2.1 Практические следствия
- Полёт точно над наземной станцией при вертикальной антенне сопровождается провалом уровня сигнала. Это нормальное явление, а не неисправность.
- Антенна наземной станции наклоняется на угол от 15 до 30° от вертикали в сторону района полёта, если аппарат работает на большом удалении и малой высоте.
- На аппарате антенна приёмника размещается так, чтобы её ось была перпендикулярна направлению на станцию в основном режиме полёта.
- Две антенны приёмника разносятся по углу на 90° и по расстоянию не менее чем на половину длины волны [вики].
| Положение аппарата | Угол к оси антенны | Ослабление |
|---|---|---|
| На горизонте | 90° | 0 дБ |
| Угол места 45° | 45° | от 2 до 4 дБ |
| Угол места 70° | 20° | от 8 до 12 дБ |
| Точно над станцией | 0° | от 20 до 30 дБ |
3. Согласование и коэффициент стоячей волны
Антенна согласована с трактом, если её входное сопротивление равно волновому сопротивлению кабеля, обычно 50 Ом. При рассогласовании часть мощности отражается обратно в передатчик. Степень рассогласования характеризуется коэффициентом стоячей волны [вики].
| Коэффициент стоячей волны | Отражённая мощность | Потери | Оценка |
|---|---|---|---|
| 1,0 | 0 % | 0 дБ | Идеальное согласование |
| 1,5 | 4,0 % | 0,18 дБ | Норма |
| 2,0 | 11,1 % | 0,51 дБ | Допустимо |
| 2,5 | 18,4 % | 0,88 дБ | Требует проверки |
| 3,0 | 25,0 % | 1,25 дБ | Предел эксплуатации |
| 5,0 | 44,4 % | 2,55 дБ | Опасно для передатчика |
Сами потери мощности при рассогласовании невелики. Опасность заключается в другом: отражённая волна нагревает выходной каскад передатчика. Маломощные модули беспилотных систем не имеют защиты и выходят из строя за секунды при работе на оборванную или закороченную антенну.
3.1 Причины роста коэффициента стоячей волны
- Механическое повреждение антенны или излом кабеля у разъёма.
- Попадание влаги в разъём.
- Близость антенны к проводящим элементам конструкции.
- Применение антенны другого диапазона.
- Некачественная пайка центрального проводника.
4. Размещение антенн на аппарате
- Антенны разных линий разносятся максимально далеко друг от друга. Минимальное расстояние между антенной передатчика изображения и антенной приёмника командной линии составляет 10 см.
- Излучатель выносится за пределы корпуса и не закрывается углепластиком.
- Кабель фиксируется так, чтобы вибрация не приводила к излому у разъёма.
- Антенна не размещается в плоскости вращения воздушного винта: периодическое перекрытие винтом создаёт модуляцию [вики] уровня сигнала.
- Антенна приёмника спутниковой навигации размещается выше остальных, с экраном от передатчика изображения.
- Силовые провода двигателей скручиваются и разводятся от антенных кабелей.
Взаимное влияние линий. Передатчик изображения мощностью 1 Вт, расположенный в 3 см от приёмника командной линии, перегружает его входные цепи даже при работе в другом диапазоне. Это проявляется как резкое сокращение дальности управления при включении передачи изображения. Проверка выполняется сравнением уровня сигнала при включённом и выключенном передатчике изображения.
Практическая работа 1.5
Цель. Проверить антенно-фидерный тракт и выявить взаимное влияние радиолиний.
Порядок выполнения.
- Измерить коэффициент стоячей волны каждой антенны на рабочей частоте.
- Зафиксировать уровень принятого сигнала командной линии на удалении 100 м при выключенном передатчике изображения.
- Повторить измерение при включённом передатчике изображения на минимальной, затем на максимальной мощности.
- Определить снижение уровня и сделать вывод о достаточности разноса антенн.
- Поворачивая аппарат на 360° вокруг вертикальной оси, зафиксировать уровень сигнала через каждые 45° и выявить направления затенения.
Критерий выполнения. Построена круговая таблица уровня сигнала по курсу, выявлены зоны затенения, оценено влияние передатчика изображения на командную линию.
5. Проверьте себя
- Почему антенна с большим усилением не всегда лучше для подвижного объекта?
- Что происходит с уровнем сигнала при пролёте точно над наземной станцией?
- Чем опасен высокий коэффициент стоячей волны, если потери мощности при этом малы?
- Каково минимальное расстояние между антеннами передатчика изображения и приёмника командной линии?
- Как выявить взаимное влияние радиолиний на аппарате?
Контрольный перечень
6. Источники
- Ротхаммель К. Антенны. Том 1 и 2.
- Рекомендация Международного союза электросвязи ITU-R BS.1698 об оценке полей.
- Баланис К. Теория антенн: анализ и проектирование, глава о диаграммах направленности.
Проверено: 20.09.2026
↑ К оглавлению- мод. : Четверг, 24 сентября 2026