Учебное пособие: Основы радиосвязи
Нормированная диаграмма направленности такого излучающего
элемента в двух взаимно перпендикулярны плоскостях при φ = 0 и φ =
π/2 имеет следующий вид []:
 ,(3.4)
где
отношение амплитуды напряженности электрического поля к
максимальной амплитуде, соответствующей углу места θ = 0; l = a для
плоскости φ = 0 (т.е.x0z) и l = b для плоскости φ = π/2 (т.е.y0z
). Графики функции  , построенные для 2-х значений  , приведены на
рис. 3.9
Как видим, диаграмма направленности имеет вид лепестка,
причем максимум излучения направлен перпендикулярно излучающей плоскости. Если
размер плоскости увеличен, то главный лепесток сужается и появляются боковые
лепестки, создающие излучения в других направлениях.
Появление максимумов и минимумов в диаграмме
направленности объясняется усиливающей и ослабляющей интерференцией полей,
созданных отдельными участками излучающей поверхности. Ширину главного лепестка
оценивают величиной 2θ0, где θ0 - минимальный угол, при котором  , либо
величиной 2θ-3дБ, где θ-3дБ - угол, при котором  падает на 3 дБ по
сравнению с максимальный значением.
Из (3.4) и рис.3.9 следует, что для создания
узконаправленных диаграмм нужно увеличивать линейные размеры антенны l с тем,
чтобы выполнялось соотношение l>>λ.
3.6 Типы антенн
Существуют передающие антенны, предназначенные для
излучения радиоволн, и приемные антенны, служащие для их приема. Антенны –
устройства взаимные, их можно использовать и для излучения, и для приема.
Имеется огромное количество типов антенн, различающихся
диапазонами рабочих частот и диаграммами направленности. При проектировании
антенн задаются следующие параметры:
полоса частот;
вид диаграммы направленности и поляризация излучаемых
(или принимаемых) радиоволн;
минимальные потери энергии в антенне;
входное сопротивление и максимальный Kсв в фидере;
минимальный шум (для приемных антенн).
Антенны классифицируются по различным признакам: частоте,
виду диаграммы направленности, конструкции. В зависимости от конструкции,
существуют следующие типы антенн:
Линейные;
Апертурные;
Антенные решетки.
Линейные антенны
Особенностью линейных антенн является то, что поперечные
их размеры малы по сравнению с продольными. К линейным относятся проволочные и
щелевые антенны – рис. 3.10.
Г- и Т-образные антенны выполнены из проводника узкого
сечения и применяются на низких частотах. Вибраторные щелевые и полосковые
антенны применяют в разных частотных диапазонах, в том числе и на СВЧ. Линейные
антенны создают, обычно, слабонаправленное излучение.
Апертурные антенны.
В апертурных антеннах излучение происходит в некоторой
плоскости, называемой апертурой, или раскрывом. К этому типу антенн относятся
рупорные, зеркальные и линзовые антенны (рис.3.11).
Простейшей апертурной антенной является волноводный рупор
(рис.3.11а). Распространенным типом рассматриваемого вида являются зеркальные
антенны, представляющие собой параболоид вращения, облучаемый, например,
рупором (рис.3.11б). К апертурным относятся и линзовые антенны, выполненные из
высококачественного диэлектрика (рис.3.11в).
Размеры апертуры обычно значительно больше длины волны, в
результате имеется возможность создания остронаправленных лучей.
Антенные решётки.
Антенной решёткой называется совокупность ряда
излучателей, расположенных на некоторой поверхности. В простейшем случае - это
линейка излучателей (рис.3.12а)
Антенные решетки позволяют сужать диаграмму
направленности. Если на пути электромагнитной волны поставить управляемый
фазовращатель, то появляется возможность изменять направление излучения,
создавать многолучевую диаграмму направленности или излучение специальной
формы.
Решетки с возможностью управления фазой колебаний,
излучаемых отдельном элементом, называют фазированными антенными решетками
(ФАР) (рис.3.13)
Для уменьшения мощности источника колебаний, питающего
решетку, увеличения надежности передающей системы последовательно с
фазовращателями включают усилители мощности (УМ) (рис.3.14). Такие антенны
называют активными фазированными антенными решетками (АФАР).
3.7 Основные параметры антенн
Для характеристики антенн используют следующие параметры:
1) ширина луча, ;
2) уровень боковых лепестков,  , дБ;
3) коэффициент направленного действия, D;
4) коэффициент полезного действия,  ;
5) коэффициент усиления, G;
6) действующая площадь приемной антенны, Sпр;
7) шумовая температура приемной антенны,  .
Ширина луча и уровень боковых лепестков.
Первые два параметра определяются по диаграмме направленности
(рис.3.15). Ширина луча - это угол, в пределах которого напряженность
электрического поля не падает ниже –3дБ относительно максимального значения
(рис.3.15а).
Уровень боковых лепестков оценивается величиной
 , дБ,
или
 , дБ,
где  - мощность и напряженность
электрического поля наибольшего бокового лепестка;  - мощность и напряженность в
направлении максимума диаграммы направленности (рис.3.15).
Коэффициент направленного действия антенны.
Для оценки степени концентрации энергии электромагнитного
поля в определённом направлении применяется параметр
 ,
называемый коэффициентом направленного действия антенны;  - мощность,
излучаемая ненаправленной антенной;  - мощность направленной антенны
при одной и той же амплитуде напряженности электрического поля в приемной
антенне (рис.3.16).
Коэффициент полезного действия антенны η.
Этот коэффициент показывает, какая часть мощности
электромагнитных колебаний, поступающих в антенну из передатчика, излучается в
пространство
где  - мощность, излучаемая
направленной антенной;  - мощность передатчика.
Коэффициент усиления антенны.
показывает, во сколько раз мощность колебаний, излучаемых
ненаправленной антенной больше мощности поступающей от передатчика в реальную
(направленную) антенну при одной и той же амплитуде  в приемной антенне. Коэффициент
усиления антенны дает возможность оценить, во сколько раз можно уменьшать
мощность передатчика при той же дальности связи за счет применения направленной
антенны.
Действующая площадь приемной антенны.
где  - мощность, поступающая в приемную
антенну из пространства; П – величина вектора Пойнтинга в месте расположения
приемной антенны.
Шумовая температура приемной антенны Т .
Данный параметр служит мерой уровня случайных флуктуаций
напряженности электрического поля (шума) в приемной антенне.
Мощность шума
 ,
где k = 1,38 - постоянная Больцмана;  - полоса
пропускания антенны; ТА – шумовая температура антенны, измеряемая в Кельвинах.
Cвязь между параметрами антенны.
Приведём известные из антенной техники соотношения между
перечисленными параметрами антенн:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 |
