Параметри антен

Вплив зсуву фаз.

а) б) в) г)

Рис. 1.48 Хвилі з еліптичною поляризацією за період ВЧ коливань: E_v(t) при E_v=1 та ψ(v)=0 (а); E_g(t) при E_g=0.5 ψ(g)=π/2 (б); просторова орієнтація кінця вектораЕ_р(t)= E_v(t)+ E_g(t) (в); область зміни поляризаційного вектора E_p (г)

а) б) в) г)

Рис. 1.48 Хвилі з еліптичною поляризацією за період ВЧ коливань: E_v(t) при E_v=1 та ψ(v)=0 (а); E_g(t) при E_g=0.5 ψ(g)=0 (б); просторова орієнтація кінця вектораЕ_р(t)= E_v(t)+ E_g(t) (в); область зміни поляризаційного вектора E_p (г)

Вплив співвідношення амплітуд

а) б) в) г)

Рис. 1.49 Хвилі з еліптичною поляризацією за період ВЧ коливань: E_v(t) при E_v=1 та ψ(v)=0 (а); E_g(t) при E_g=0.5 ψ(g)=0 (б); просторова орієнтація кінця вектораЕ_р(t)= E_v(t)+ E_g(t) (в); область зміни поляризаційного вектора E_p (г)

Колова поляризація.

Контрольні питання

2.

…

2.1. Загальні зауваження

Вплив параметрів антен на системи безпровідного зв’язку.Подальшим етапом дослідження антен є розгляд їх параметрів. Параметри антен використовуються не лише при дослідженні окремих антен, а мають більш широке застосування. Наприклад, для розрахунку напруженості поля в радіолініях широко використовується фундаментальна залежність:

де - потужність передавача, – коефіцієнт підсилення антени, – віддаль від антени до точки спостереження.

Таким чином, при відомій потужності передавача та коефіцієнті підсилення передавальної антени можна визначити напруженість поля в точці спостереження [], розташованій на віддалі r від передавача. Варто зауважити, що доведення вказаної залежності здійснюється саме при розгляді параметрів антен.

Враховуючи те, що потужність передавача та віддаль зв’язку задані, та практично не підлягають вибору, то одним з шляхів покращення якості зв’язку (збільшення рівня напруженості поля Е(v,g) в точці приймання) може бути вибір антен з більшим коефіцієнтом підсилення. Тому розгляд коефіцієнта підсилення антен заслуговує особливої уваги.

Параметри антен можуть бути спільними (як для антен, що використовуються в якості передавальних або приймальних) так і специфічними (для антен, що використовуються в якості тільки передавальних, або тільки приймальних). Варто зауважити, що більш просто визначити параметри антен при використанні їх в якості передавальних, що використовується на практиці.

Основні параметри антен.Взагалі антену характеризують більше десяти

різних параметрів. Наприклад, діапазон робочих частот антени також відноситься до параметрів антени. Але все-таки при проектуванні мереж зв’язку спочатку антена вибирається за основними параметрами, а потім вже звертається увага на її діапазон робочих частот. Очевидно, що згаданий коефіцієнт підсилення антени відноситься до таких основних параметрів. Для його визначення необхідні інші параметри, які також можна віднести до основних:

Рис.2.1. Основні параметри антен

Крім того до основних параметрів можна віднести ШГП, яка розглядалась в розділі 1.

2.2. Коефіцієнт підсилення та його складові

При проектуванні систем зв’язку часто використовується лише один параметр антен – коефіцієнт підсилення (2.1). Саме він впливає на віддаль зв’язку. Тому складність (і вартість) антен залежить від вимог до їх коефіцієнта підсилення. Часто коефіцієнт підсилення визначається в децибелах. Наприклад, коефіцієнт підсилення півхвильового СВ становить,орієнтовно, 2 дБ, а кращих антен – до 16-20 дБ. При розгляді коефіцієнта підсилення може виникнути логічне питання: який коефіцієнт підсилення може мати антена, що має тільки один вивід (який є одночасно входом - для передавальної антени та виходом - для приймальної антени). Тому загальноприйнятий термін коефіцієнта підсилення можливо і вибрано не зовсім вдало. Визначається коефіцієнт підсилення антен наступним чином:

(2.2)

де η- коефіцієнт корисної дії, D- коефіцієнт спрямованої дії (КСД).

Серед вказаних коефіцієнтів (2.2) більш простим є коефіцієнт корисної дії, який розглядається далі.

2.2.1. Коефіцієнт корисної дії

Комплексна потужність, яка підводиться від передавача до антени, розділяється на три складові:

(2.3)

де P_B - потужність випромінювання; P₁ - потужність втрат в антені та середовищі,що її оточує; P₂ - реактивна потужність полів, зв’язаних з антеною.

Ступінь близькості реального перетворення потужності Р_а в Р_В до ідеального перетворення вказує коефіцієнт корисної дії, який визначається наступним чином:

(2.4)

При конструюванні антен стараються наблизити коефіцієнт корисної дії до одиниці.

Потужність втрат зумовлена наступними причинами:

· власне антеною, тобто не ідеальними властивостями провідників та діелектриків, з яких виготовлена антена;

· оточуючим середовищем в ближній зоні (будівлі, дерева, поверхня землі і т.д.), яке поглинає частину потужності.

Таким чином, очевидні шляхи підвищення коефіцієнта корисної дії – зменшення потужності втрат.

Потужності залежать від амплітуди струму І_А на затискачах антени:

(2.5,a)

(2.5,б)

де R_В - опір випромінювання; R₁- опір втрат.

З врахуванням залежностей (2.4), (2.5,а,б) коефіцієнт корисної дії також можна визначити наступним чином:

(2.6)

Значно складнішим є КСД.

2.2.2. Коефіцієнт спрямованої дії

Порівнючи ДС різних антен (рис.1.9) можна зауважити, що вони забезпечують різну спрямованість поля випромінювання. Але потрібний кількісний показник спрямованості ДС, який дозволить порівняти між собою антени різних типів. Таким показником є КСД.

Чим більше значення КСД, тим більшу просторову концентрацію енергії забезпечує антена. Отже, більше значення напруженості поля (в напрямку максимуму ДС) забезпечує антена при заданій потужності випромінювання Р_В. Використовується декілька еквівалентних визначень КСД.

КСД, як відношення кутових густин потужності двох антен. Одним з найбільш вживаних визначень КСД є таке, що базується на понятті кутової густини потужності випромінювання:

Рис. 2.2. Визначення КСД на основі кутової густини потужності випромінювання.

В даному випадку КСД визначається як відношення кутових густин потужностей досліджуваної та еталонної антен при умові рівностей потужностей випромінювання в обох випадках:

(2.7)

В якості еталонної антени, в основному, використовується ІА, яка випромінює в усіх напрямках електромагнітні хвилі однакової інтенсивності. Як показано ( Додаток 2.1) на основі залежності (2.7) можна визначити КСД через нормоване значення ДС наступним чином:

Залежність (2.8) широко використовується при дослідженні антен. Для багатьох антен нормована ДС F(v,g) не залежить від кута g. Такими є,наприклад, СВ,ДГ, ЕГ, ( табл. 1.2). В цьому випадку визначення КСД значно спрощується:

Приклади визначення КСД антен. Розглянемо визначення КСД антен на основі залежності (2.9) та даних табл.1.2. Для визначення КСД ДГ використовується програма 2.1.