Диполь-антена

В радіо і телекомунікаціях диполь антена або вібратор Герца^[1] — найпростіший і найбільш широко вживаний різновид антен.^[2][3] Диполем є будь-який клас антен, яка утворює діаграму сигналу подібну до елементарного електричного диполя.^[4] Як правило диполь антена складається з двох однакових провідних елементів,^[5] якими можуть бути металеві дроти або прути, які як правило мають подвійну симетрію.^[3][6][7] Для створення сигналу передавач подає керований струм на дві половини антени, а у випадку із приймальною антеною вихідний сигнал з двох половин антени подається на радіоприймач. Кожна частина фідера^[en], що йде до передавача чи приймача сполучена з одним провідників. Загальновідомим прикладом диполь антени є "дворога" телевізійна антена^[en], яку використовують для приймання радіо сигналу телебачення.

Напівхвильова диполь антена приймає радіо сигнал. Радіохвиля, що надходить до антени (електричне поле якої показане як E, зеленими стрілочками) викликає коливання електричного струму у елементах антени (чорні стрілочки), почергово змінюючи заряд від позитивного (+) до негативного (−) на двох частинах антени. Оскільки довжина антени дорівнює половині довжини хвилі при частоті радіо хвилі, напруга (показана V, червоним) і струм в антені утворюють стоячу хвилю. Це коливання струму передається по лінії передачі антени на радіоприймач (представлений резистором R).

З теоретичної думки диполь-антена є найпростішим типом антен.^[1] Як правило вона складається із двох провідників однакової довжини із під'єднаним фідером між ними.^[8][9] Диполі часто використовують як резонаторну антену. Якщо точка живлення таких антен замкнена, тоді вона зможе резонувати на певній частоті, як гітарна струна. Використовувати антену на близькій до цього частоті вигідно з погляду опору (імпедансу) точки подачі (і таким чином коефіцієнту стоячої хвилі), тож її довжина визначається необхідною довжиною хвилі (або частотою) роботи.^[3] Найбільш часто використовують напівхвильовий диполь із центральною подачею, який матиме довжину в половину довжини хвилі. Діаграма спрямованості напівхвильового (або більшості інших) типу диполя максимально перпендикулярна провіднику, і спадає до нуля в осьовому напрямку, таким чином він втілює всенаправлену антену^[en] при вертикальному становленні, або (як правило) слабо спрямовану антену при горизонтальному встановленні.^[10]

Історія

Німецький фізик Генріх Герц вперше продемонстрував існування радіохвиль в 1887 використовуючи пристрій, який ми зараз знаємо як диполь-антену (з ємнісним кінцевим навантаженням). З іншого боку, Гульєльмо Марконі емпіричним способом знайшов, що він може лише заземлити передавач (або одну сторону лінію передачі) і роздавати сигнал лише однією половиною антени, таким чином зрозумівши принцип вертикальної або монополярної антени^[en].^[7] Для низьких частот Марконі зміг досягти комунікації на великі відстані, таким чином це стало більш практичним; якщо радіо використовували на вищих частотах (особливо ультракороткі і дециметрові хвилі) було вигідно встановлювати ці, набагато менші антени на верхівці вежі, що потребувало використовувати диполі або їх різновиди.

В ранні часи розвитку радіо, таким чином названі антени Марконі (монополярні) і подвійні (дипольні) антени розглядали як різні винаходи. У сучасній радіотехніці «монополярну» антену розглядають як особливий випадок диполя, який має уявний елемент «під землею».