Основные параметры и характеристики передающих антенн

на зажимах проволочной антенны к комплексной амплитуде тока, протекающего через данные зажимы

Рисунок 1 - Условное обозначение проволочной антенны (а) и эквивалентная схема проволочной передающей антенны (б)

мнимую части, измеряемые в Ом:

Комплексный коэффициент отражения задан выражением:

Под нормированным сопротивлением понимают отношение комплексного сопротивления антенны на ее входных зажимах к волновому сопротивлению фидерной линии:

Вывод: Антенно-фидерная система должна быть согласована с генератором или приемником для передачи максимальной мощности от генератора в нагрузку, то есть комплексное сопротивление антенны должно быть комплексно сопряжено с внутренним сопротивлением генератора или волновым сопротивлением кабеля.

антенне мощность большей частью излучается, при этом значительно меньшая ее часть теряется на активном сопротивлении проводников антенны, в земле, в окружающих антенну и проводящих электрический ток телах (металлических предметах, оттяжках, строениях и т.п.)

Излучаемая антенной мощность определяется как

где

- сопротивление излучения антенны в характерных сечениях, Ом;

- квадрат действующего значения тока в этих же сечениях, А.

Вывод: Таким образом, сопротивлением излучения антенны называют коэффициент пропорциональности между мощностью излучения антенны (полезная мощность) и квадратом действующего значения тока в антенне, определяемым в характерных сечениях.

передающей антенны в ходе преобразования электрической энергии в тепловую энергию за счет нагрева проводников антенны, в земле, изоляторах, элементах настройки антенны и т.д.

Мощность потерь можно определить в виде:

где

- сопротивление потерь антенны в характерных сечениях, Ом;

- квадрат действующего значения тока в этих же сечениях, А.

Вывод: Таким образом, сопротивлением потерь антенны называют коэффициент пропорциональности между мощностью потерь антенны и квадратом действующего значения тока в антенне, определяемым в характерных сечениях.

или зажимы передающей антенны; 2) те точки вдоль проволочной передающей антенны, в которых действующее либо амплитудное значение тока максимально – точки, соответствующие пучности тока.
Будем обозначать амплитудное и действующее значения тока в точках питания (зажимах) как и , а амплитудное и действующее значения в пучности как и .
В сумме сопротивление излучения и сопротивление потерь определяют активную составляющую входного сопротивления антенны.

Коэффициентом полезного действия антенны называют отношение мощности излучения антенны к полной активной мощности, подводимой к антенне от генератора через фидерную линию, который определяют в соответствии с формулами:

от источника излучения (передающая антенна) к приемнику радиоволны (приемная антенна) посредством электромагнитного поля, характеризующегося векторами напряженности электрического и магнитного полей и вектором Пойнтинга. Напряженности электрического и магнитного полей радиоволны есть гармонические функции четырех переменных: пространственных координат и времени.

В данном выражении введены обозначения:

-амплитуда напряженности электрического поля в точке излучения, В/м

- начальная фаза напряженности в точке излучения, рад

- угловая частота волны, рад/с

- комплексный коэффициент распространения волны

- коэффициент фазы, рад/м

- коэффициент затухания, дБ/м, Нп/м

-длина волны, м.

напряженностью электрического поля соотношением:

Волновое сопротивление среды распространения определяется абсолютными магнитной и комплексной диэлектрической проницаемостями как

где

- абсолютная магнитная проницаемость среды, Гн/м

- комплексная диэлектрическая проницаемость, Ф/м

- волновое сопротивление вакуума.

его модуль есть плотность потока мощности Вт/м2, переносимой волной в данном направлении в пространстве. Вектор Пойнтинга связан с электрическим и магнитным векторами волны соотношением

Рисунок 2 – К определению поля от ненаправленного (изотропного) излучателя

Среда – свободное пространство. Излучатель ненаправленный (аналог – лампочка накаливания). Задача определить напряженность электри-ческого поля на расстоянии r от излучателя. Выделим площадку на поверхности сферы величиной 1 кв. м. Тогда мощность электромагнитной волны, приходящаяся на данную площадь численно равна плотности потока мощности, переносимого волной в данном направлении и имеет размерность Вт / кв.м. Фаза вектора Пойнтинга определяется как

направлении, можно рассчитать как

где

- мощность, подводимая к изотропному излучателю от источника электрической энергии, Вт.

Направление переноса энергии в данной точке пространства совпадает с направлением вектора Пойнтинга, а его численное значение определено через напряженности электрического и магнитного поля волны как:

(или величины ей пропорциональной) от направления в пространстве на точку наблюдения. Положение любой точки в пространстве в декартовой системе координат принято задавать тремя координатами. Однако в теории антенн широко используется сферическая система координат, в которой направление на точку наблюдения определяется радиус-вектором , азимутальным и меридиональным углами сферической системы координат как показано на рисунке.

Рисунок 3 – К определению направления на точку наблюдения в сферической системе координат

практике обычно строят ДН в какой-либо одной плоскости, в которой она изображается в виде плоской кривой или в полярной или декартовой системе координат.
Диаграмма направленности, у которой максимальное значение равно 1 и которая не имеет размерности, называется нормированной диаграммой направленности. Для получения значений нормированной ДН необходимо каждое значение амплитуды напряженности электрического поля, созданное волной в данной точке наблюдения, поделить на максимальное значение амплитуды электрического поля, созданного волной в направлении максимального излучения.

максимального и нулевого излучений. Главным (основным) лепестком ДН называют такой лепесток в ДН, в котором амплитуда напряженности электрического поля принимает наибольшее из возможных значений. Все остальные лепестки называют второстепенными или боковыми.

Рисунок 4 – Нормированные диаграммы направленности антенной решетки в азимутальной плоскости в полярной и прямоугольной системах

ДН в азимутальной плоскости

направления в пространстве на точку наблюдения. Данная зависимость имеет размерность Вт/м2 .

Рисунок 6 – Амплитудные диаграммы направленности по полю (а) и мощности (б)

Под шириной ДН (раскрывом главного лепестка) подразумевают угол между направлениями, вдоль которых амплитуда напряженности поля уменьшается в раз, по сравнению с величиной напряженности поля в направлении максимума излучаемой энергии, а плотность потока мощности в пределах ширины диаграммы направленности уменьшается вдвое.

раз пришлось бы увеличить мощность излучения антенны при замене направленной антенны абсолютно ненаправленной при условии сохранения одинаковой амплитуды напряженности электрического (магнитного) поля в месте приема (при прочих равных условиях). Под ненаправленной антенной будем понимать антенну, создающую в любом направлении в пространстве одинаковое по амплитуде электромагнитное поле.

или

- мощность излучения ненаправленной антенны

- мощность излучения направленной антенны

Вывод: КНД в направлении главного лепестка или максимального излучения для реальных антенн достигает значений от единиц до сотен тысяч раз. Он показывает тот выигрыш, который можно получить за счет использования направленных антенн.