Диаграмма направленности

Диаграмма направленности.

Напряженность поля, излучаемого антенной, зависит от  положения точки наблюдения.

Функциональное описание  этой зависимости производят в сферической системе координат. (R,Q,j)

В дальней зоне напряженность электромагнитного поля

,

где  – волновое число,  – множитель, пропорциональный или амплитуде тока (проволочные) или напряженности поля в раскрыве (апертурные) и  являющиеся функцией размеров антенн.

Функция  – называется векторная комплексная ДН по полю, представляет собой зависимость амплитуды, фазы и поляризации поля от угловых координат на сфере дискритизованного радиуса R.

Она представляется в виде

Рекомендуемые материалы

, 

где  –  действительно положительная функция, называемая нормированной амплитудной ДН

 – векторная функция, модуль которой равен 1, называемая поляризационной ДН

 – действительна функция, называемая фазовой ДН.

Амплитудная ДН

Амплитудная ДН по полю – зависимость амплитуды поля от угловых координат и определяется выражением:

Нормировка 

максимум 

ДН по мощности 

Амплитудная ДН – представляет собой пространственную трехмерную  поверхность.

Как правило, ДН рассматривают представленной в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Рис. 8. Вид диаграммы направленности 

Для антенн линейной поляризации вертикальная плоскость – плоскость вектора   и горизонтальная плоскость – вектор (Е-плоскость и Н-плоскость).

Строить как в полярной системе координат, так и в декартовой системе координат.

Способы изображения ДН двумерных антенн.

Рис. 9.  Полярная ДН по полю

Рис. 10.  Декартовая ДН по полю и по мощности.

Узкие ДН удобно представлять в декартовой системе координат.

Если необходимо отразить большой динамический диапазон по амплитуде, то используют логарифмический масштаб.

Рис. 11.  Декартовая ДН в логарифмическом масштабе

Важными характеристиками ДН с  выраженной областью преимущественных излучений являются: направление главного максимума – , , УБЛ, КНД.

а)  –  направление главного максимума

б)   –  определяется по  или  и –3дБ в логарифмическом масштабе

в) УБЛ=.   Для нормированной ДН УБЛ=

г) КНД – он показывает во сколько раз должна быть увеличена излучаемая мощность при замене направленной антенны на ненаправленную, чтобы напряженность поля создаваемые ими в точке наблюдения, были одинаковыми.

Обычно КНД определяют в направлении максимума излучения и обозначают через . КНД в произвольном направлении связан с  отношением:

 – функция описывающая  пространственную ДН.

Для узких ДН       

Поляризационная ДН  представляет собой единичный вектор поляризации, совпадающий по направлению с вектором электрического поля антенны и описывающий зависимость его ориентации от угловых координат времени.

Вид поляризации поля, излучаемого антенной, определяют по форме кривой, которую описывает конец вектора   за период  ВЧ колебаний в плоскости перпендикулярной к направлению на точку наблюдения:

1) линейная

2) вращающаяся

а) круговая

б) эллиптическая

по часовой стрелке – правая

против часовой стрелки – левая.

 – в  виде двух взаимно ортогональных составляющих

О – основная поляризация

П – паразитная поляризация (кроссполяризация)

причем 

Уровень  кроссполяризационной составляющей можно определить из разложения поляризационной ДН по базисным ортам, записанного вида:

,

где  и   – взаимно ортогональные орты, соответственно основной и паразитной составляющих поляризации

Рекомендуем посмотреть лекцию "68 Искусство".

 –  вещественная функция, характеризующая уровень поля основной поляризации для различных направлений

  –  характеризует плотность потока мощности основной поляризации, называют поляризационной эффективностью антенны в данном направлении.

Рис.12.  Поляризационный элипс

При a=0  и a=1 эллипс вырождается в отрезок прямой.