Просторова та плоска характеристики спрямованості антен в полярній та прямокутній системі координат

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В деяких випадках необхідно, щоб антена передавальної радіостанції однаково інтенсивно випромінювала в усіх напрямках. Наприклад при роботі радіомовлення, що обслуговує певний район, в центрі якого власне і розташована антена. Але інколи, наприклад коли передавач повинен обслуговувати радіоприймач, розміщений в певному напрямку, а також при роботі радіолокаційних установок необхідно концентрувати електромагнітну енергію в певних напрямках. В таких випадках доцільно використовувати антени направленої дії, що відрізняються здатністю концентрувати випромінювання в заданих напрямках.

Наочне представлення про розподіл енергії хвилі дає амплітудна характеристика направленості, що визначається залежності амплітуди напруженості створюваної антеною поля від напрямку в просторі. Напрямок визначається азимутальним і меридіальним кутами сферичної системи координат, як показано нижче:

Рис. 1

При цьому поле визначається на одній і тій же (доволі великій) відстані r від антени і припускається що втрати в середовищі відсутні. Графічне зображення характеристики направленості називають діаграмою спрямованості ДС.

Просторова діаграма направленості зображується у вигляді 3D поверхні. Побудова такої діаграми незручна. Тому на практиці зазвичай будують діаграму направленості в деякій одній площині, в якій вона зображується плоскою кривою чи в полярних чи декартових системі координат. Дане визначення відноситься до діаграми направленості по полю. В деяких випадках використовується поняття характеристики (діаграми) направленості по потужності, що визначається залежністю густини потоку потужності від напрямку в просторі. Густина потоку потужності представляє собою потужність, що проходить через одиничну площадку, розміщену перпендикулярно напрямку поширення хвиль. Тому діаграма направленості по потужності пропорційна

Нижче наведені діаграми направленості різних типів. Найпростіший випромінювач у вигляді елементарного диполя має тероїдальну діаграму спрямованості що виражається формулою E=E0sin(0).

Рис. 2

Більшість антен мають спрямовані властивості. Ці властивості характеризуються діаграмою спрямованості - залежністю ЕРС на затисках антени від напрямку приходу сигналу. Діаграми будуються в полярній (мал. 3) чи в прямокутній (мал. 4) системах координат для вертикальної і горизонтальної площин.

Рис. 3

Рис. 4

Діаграми спрямованості антен найчастіше є багатопелюстковими. Пелюсток, що відповідає напрямку приходу хвилі при якому в антені наводиться максимальна ЕРС., називається головним. У більшості випадків діаграма спрямованості має ще зворотний (задній) і бічні пелюстки. Для зручності порівняння між собою різних антен їхньої діаграми спрямованості нормують, тобто будують у відносних величинах, приймаючи найбільшу ЕРС. за одиницю (чи за 100%).

Антени які повинні володіти ненаправленою дією характеризуються коефіцієнтом рівномірності діаграми спрямованості, під яким розуміється відношення мінімального значення напруженості поля до максимально в межах діаграми в даній площині.

Для порівняння між собою направлених антен вводять параметр, що зветься коефіцієнтом направленої дії. Під цим коефіцієнтом розуміють число D що показує у скільки разів слід збільшити потужність випромінювання передаючої антени при переході від направленої антени до ненаправленої, для того щоб зберегти незмінною напруженість поля в місці прийому.

D=Ps0/Ps

Де Ps0 - потужність випромінювання ненаправленої антени.

Ps - потужність випромінювання направленої антени.

Для оцінки підсилення радіосигналу антени з врахуванням її направленої дії і втрат в ній, служить параметр, що називається коефіцієнтом підсилення антени G, рівний добутку коефіцієнта направленої дії антени на її ККД:

Основними параметрами діаграми спрямованості є ширина (кут розчину) головного пелюстка в горизонтальній і вертикальній площинах.

Також важливим параметром є коефіцієнт захисної дії антени. Часто коефіцієнт захисної дії виражають у логарифмічних одиницях - децибелах:

де Еmax -- ЕРС., що наводиться в антені, коли на передавач спрямований головний пелюсток діаграми, а Езв-- ЕРС., що наводиться в антені, коли на передавач спрямований задній пелюсток.

Спрямовані властивості антени характеризуються також коефіцієнтом спрямованої дії (КСД) - числом, що показує, у скількох разів потужність сигналу, що надходить на вхід телевізора при прийомі на дану спрямовану антену, більше потужності, яку можна було б одержати при прийомі на ненаправлену чи спрямовану еталонну антену. У якості еталонної антени найчастіше використовують напівхвильовий вібратор (диполь), коефіцієнт спрямованої дії якого стосовно гіпотетичної ненаправленої антени дорівнює 1,64 (чи 2,15 дб). КСД позначається буквою В, і КСД характеризує гранично можливий виграш по потужності, що може дати антена завдяки своїм спрямованим властивостям у припущенні, що в ній цілком відсутні втрати. У дійсності будь-яка антена має втрати і виграш, що дається нею, по потужності завжди менше гранично можливого. Реальний виграш антени по потужності щодо гіпотетичного ізотропного чи випромінювача напівхвильового вібратора характеризується коефіцієнтом підсилення по потужності Кр, що зв'язаний із КСД співвідношенням:

антенний напівхвильовий ізотропний електрорушійний

Коефіцієнт спрямованої дії і коефіцієнт посилення антени приймаюча ненаправлена антена приймає сигнали з усіх напрямків. Спрямована приймальня антена має просторової вибірковістю. Це має важливе значення, оскільки при малому рівні спрямованості поля в місці прийому така антена збільшує рівень прийнятого сигналу і послаблює зовнішні перешкоди, що приходять з інших напрямків. Коефіцієнт спрямованої дії приймальної антени являє собою число, що показує, у скільки разів потужність, що надходить на вхід телевізора при прийомі на направлену антену, більше потужності, яку можна отримати при прийомі на ненаправлену антену (при тій же напруженості поля). Властивості спрямованості антени характеризуються діаграмою спрямованості. Діаграма спрямованості приймальні антени представляє собою графічне зображення залежності напруги сигналу на вході телевізора від кута повороту антени у відповідній площині. Ця діаграма характеризує залежність ЕРС, наведеної в антені електромагнітним полем, від напрямку приходу сигналу. Будується вона в полярній або прямокутної системі координат.

Рівень бічних і задніх пелюсток характеризує перешкодозахищеність антени.

Вона визначається за допомогою коефіцієнта захисної дії (КЗД) антени, під яким розуміють відношення потужності, що виділяється антеною на узгодженому навантаженні при прийомі з заднього або бокового напрямку, до потужності на тому ж навантаженні при прийомі з головного напрямку. Часто коефіцієнт захисної дії виражають у логарифмічних одиницях - децибелах: Спрямовані властивості антени характеризуються також коефіцієнтом спрямованої дії (КСД) - числом, що показує, у скільки разів потужність сигналу, що надходить на вхід телевізора при прийомі на дану спрямовану антену, більше потужності, яку можна було б отримати при прийомі на ненаправлену або направлену еталонну антену. У якості еталонної антени найчастіше використовують полуволновой вібратор (диполь), коефіцієнт спрямованої дії якого стосовно гіпотетичної ненаправленної антени дорівнює 1,64 (або 2,15 дБ). КСД характеризує гранично можливий виграш по потужності, який може дати антена завдяки своїм спрямованим властивостям у припущенні, що в ній повністю відсутні втрати. Насправді будь-яка антена має втратами і що дається нею виграш по потужності завжди менше гранично можливого. Реальний виграш антени по потужності щодо гіпотетичного ізотропного випромінювача або напівхвильового вібратора характеризується коефіцієнтом підсилення по потужності К, який пов'язаний з КСД співвідношенням: де г) - коефіцієнт корисної дії (ККД) антен. ККД антени характеризує втрати потужності в антені і являє собою відношення потужності випромінювання до суми потужностей випромінювання і втрат, тобто до повної потужності, яка підводиться до антени від передавача:

де Рu - потужність випромінювання, Рп - потужність втрат.

За допомогою просторових та плоских характеристик спрямованості в полярній системі координат можна наочно зрозуміти роботу антен.

Размещено на Allbest.ru