Основные электрические параметры и расчет поля излучения антенн - Лекция

Основные электрические параметры и расчет поля излучения антеннПрименение принципа суперпозиции к расчету поля излучения антеннКаждая антенна как пассивное линейное устройство может работать в режимах передачи и приема. В обоих режимах антенна характеризуется направленными, поляризационными, фазовыми свойствами и входным сопротивлением. К основным характеристикам и параметрам, описывающим эти свойства, относятся: диаграмма направленности (ДН); В режиме передачи дополнительно антенна характеризуется поляризационной диаграммой (ПД).Свойства направленности антенны описывают характеристикой (диаграммой) направленности. Количественно эти свойства оценивают с помощью таких параметров, как ширина диаграммы направленности, уровень боковых лепестков, коэффициент направленного действия (КНД) и других. Входным сопротивлением антенны называется отношение напряжения между точками питания антенны (зажимы антенны) к току в этих точках. Если антенна питается волноводом, то входное сопротивление определяется отражениями, возникающими в волноводном тракте.Диаграмма направленности (антенны) - графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны или коэффициента направленного действия антенны от направления антенны в заданной плоскости. Диаграммой направленности (ДН) антенны по полю часто называют зависимость модуля комплексной амплитуды вектора напряженности электрической компоненты электромагнитного поля, создаваемого антенной в дальней зоне, от угловых координат точки наблюдения, то есть зависимость (рис. Узконаправленные антенны имеют один ярко выраженный максимум, который называют основным лепестком и побочные максимумы, обычно имеющие отрицательное влияние, высоту которых стремятся уменьшить. Узконаправленные антенны применяют для концентрации мощности радиоизлучения в одном направлении для увеличения дальности действия радиоаппаратуры, а также для повышения точности угловых измерений в радиолокации. Широко направленные антенны имеют хотя бы в одной плоскости диаграмму направленности, которую стремятся приблизить к кругу.В передающих антеннах неизбежны потери мощности, подводимой к антенне от генератора, на тепловой нагрев проводников и изоляторов. (1) где - мощность, излучаемая антенной; - мощность потерь в антенне. (КНД) антенны - отношение квадрата напряженности поля, создаваемой антенной в данном направлении, к среднему значению квадрата напряженности поля по всем направлениям. Следует различать КНД и коэффициент усиления (КУ) антенны: КНД целиком и полностью определяется формой ДН антенны и не учитывает КПД антенны , то есть не учитывает потерю энергии в элементах конструкции антенны и объектах, расположенных в ближней зоне антенны. По определению КНД также есть отношение среднего (во времени) значения плотности потока мощности, излучаемой данной антенной в данном направлении, характеризуемом углами , , к плотности потока мощности, излучаемой воображаемой абсолютно ненаправленной (изотропной) антенной, при равенстве мощностей, излучаемых обеими антеннами.Фазовой диаграммой называется зависимость фазы вектора Е поля антенны в дальней зоне от угловых координат точки наблюдения P. Фазовую диаграмму изображают в прямоугольных или полярных координатах, а значение фазы отсчитывают от значения ее в направлении главного максимума ДН. Фазовая характеристика (ФХ) - это зависимость фазы поля, создаваемой антенной в дальней зоне, от направления при постоянном расстоянии от антенны. Эквифазная поверхность (фронт волны) представляет собой поверхность в пространстве, во всех точках которой в данный момент фаза поля одинакова. В отличие от амплитудной ДН ФХ зависит от положения начала координат на антенне.Часть подводимой к антенне мощности теряется на тепло (нагревание элементов антенны), Другая часть подводимой мощности излучается в пространство. Коэффициент полезного действия определяет способность антенны преобразовывать подводимую к ней энергию в излучаемую: , где - мощность активных потерь в антенне; - активная часть входного сопротивления антенны.Если в полосе частот со средней частотой характеристики и параметры антенны сохраняют свои значения в заданных пределах, отношение называется относительной полосой пропускания антенны. При расчете поля антенны в дальней зоне используется принцип суперпозиции (сложения), отражающий свойство электромагнитного поля: поля нескольких источников в данной точке пространства складываются векторно. Применительно к задаче определения поля заданной антенны в дальней зоне использование этого принципа заключается в следующем: вся антенна разбивается на элементарные части, находится поле каждой элементарной части, а затем эти поля суммируются. Изучение свойств передающих антенн начинаются с определения электромагнитного поля, созданного произвольной антенной, находящейся в свободном пространстве, при условии, что для этой антенны решена так называемая внутренняя задача.

Содержание

1. Основные электрические параметры передающих антенн

1.1 Направленные свойства антенн подвижной радиосвязи

1.2 Диаграмма направленности

1.3 Коэффициент направленного действия

1.4 Коэффициент усиления антенны

1.5 Фазовая диаграмма и характеристика

1.6 Коэффициент полезного действия