Амплитудная характеристика направленности.

Параметры антенн

Классификация антенн

В основе всех физически реализуемых методов создания антенн с высокой степенью направленности излучения лежит принцип распределения, подлежащий излучению мощности по большому числу пространственно разнесенных излучателей.

Все антенны можно разделить на две большие группы:

- излучающие провода (вибраторные антенны);

-излучающие поверхности;

Антенны, имеющие площадь раскрыва (апертуру), называются апертурными. В системах передачи, работающих на частотах выше 1 ГГц, используются излучающие поверхности; на более низких частотах – излучающие провода.

Вибраторные антенны:

- симметричный вибратор;

- несимметричный вибратор (штыревая антенна);

- петлевой вибратор;

- многовибраторные антенны (антенные решетки, антенна типа бегущей волны).

Апертурные антенны:

- рупорные;

- параболические;

- рупорно-параболические;

- двухзеркальные;

- перископические и др.

Основными параметрами антенн являются: амплитудная характеристика направленности; диаграмма направленности; коэффициент направленного действия; коэффициент усиления; эффективная площадь антенны; коэффициент защитного действия и др.

Направленные свойства антенны принято определять амплитудной характеристикой направленности, т.е. зависимостью напряженности излучаемого антенной поля в точке наблюдения от углов и (рис.2.2) при .

Рисунок 2.2

Удобнее пользоваться нормированной характеристикой направленности

. (2.1)

Нормированная характеристика направленности по мощности

. (2.2)

Диаграмма направленности – графическое изображение амплитудной характеристики направленности.

Обычно диаграммы направленности строят для двух главных плоскостей: горизонтальной (плоскость ) и вертикальной (плоскость ). Эти плоскости, как правило, выбираются так, чтобы в одной из них был расположен вектор , а в другой .могут быть построены как в полярной (рис.2.3), так и в прямоугольной системе координат (рис.2.4). Направление максимального излучения называется главным направлением, а соответствующий ему лепесток – главным. Остальные лепестки являются боковыми.

Рисунок 2.3

Рисунок 2.4

Главный лепесток характеризуется обычно шириной по половинной мощности , определяемой из га уровне 0,707 (или на уровне- 3, если последняя построена в логарифмическом масштабе).

Коэффициент направленного действия характеризует способность антенны концентрировать излученное электромагнитное поле, в каком либо направлении, представляет собой отношения плотности потока мощности, излучаемого антенной в данном направлении (см. рис.2.3), к усредненной по всем направлениям плотности потока мощности .

(2.3)

Чем больше , тем уже главный лепесток и меньше относительный уровень боковых лепестков. Для апертурных антенн

(2.4)

где - геометрическая площадь раскрыва (апертуры) антенны;

- коэффициент использования излучающей поверхности (апертуры). ;

- длина волны.

У большинства антенн радиорелейных и спутниковых систем передачи ширина по половинной мощности в вертикальной и горизонтальной плоскостях одинаковы

. (2.5)

Коэффициент усиления учитывают к.п.д. антенны и равен

. (2.6)

В диапазоне дециметровых и сантиметровых волн , то можно считать . Отсюда, коэффициент усиления антенны можно считать по формуле (2.4).

Коэффициент защитного действия вводится для характеристики степени ослабления антенной сигналов, принятых с побочных направлений, и рассчитывается по формуле

, (2.7)

где - мощность, излучаемая в главном направлении;

- мощность, излучаемая в обратном направлении.

Эффективная площадь (поверхность) апертурных антенн определяется соотношением.

. (2.8)

У апертурных антенн, работающих как на передачу, так и на прием используется не вся площадь апертуры. Это учитывается коэффициентом использования поверхности (площади) .

(2.9)

(2.10)

Из приведенных выше соотношений (2.4), (2.6), (2.8) следует, что чем больше геометрические размеры антенны на той же частоте коэффициент усиления возрастает. Коэффициент усиления антенны так же возрастает при увеличении рабочей частоты (уменьшении ).