А.И. Куприянов - Основы защиты информации (1022813), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Перенос волной электромагнитной энергии в пространстве характеризуется вектором, равным векторному произведению напряженностей электрического и магнитного полей, Вт/м'. П = ЕхН. (4.1) Направление вектора П совпадает с направлением распространения волны, а его модуль численно равен количеству энергии, которую волна переносит в единицу времени через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны.
Понятие о потоке энергии любого вида было впервые введено Н.А.Умовым в 1874 г. Формула для вектора П была получена на основании уравнений электромагнитного поля Дж.Г. Пойнтингом в 1884 г. Поэтому вектор П (4.1) именуют вектором Умова — Пойнтинга. Процесс распространения периодически изменяющегося электромагнитного поля — волновой. Электромагнитные волны излученного поля, встречая на своем пути проводники, возбуждают в них ЭДС той же частоты, что и частота создающего наведенную ЭДС электромагнитного поля. Часть энергии, которую переносят электромагнитные волны, передается токам, возникающим в проводниках.
Расстояние, на которое перемещается фронт волны за время, равное одному периоду электромагнитного колебания, называют длиной волны А= сТ. (4.2) 62 ', Используя поверхности равных фаз, длину электромагнитной ' ны можно определить как кратчайшее расстояние между дву::;:поверхностями равных фаз, на которых фазы отличаются на 2я. верхность равных фаз — это фронт волны. В зависимости от ' мы поверхности равных фаз (или волнового фронта) различа'-плоские, цилиндрические и сферические волны. Все перечис' ные типы электромагнитных волн являются поперечными магнитными волнами: у них векторы Е и Н осциллируют .Направлениях, перпендикулярных направлению распространеволны (направлению вектора П).
':: Отношение амплитуд напряженностей взаимосвязанных элекеских и магнитных полей, равное для свободного простран, Ом, ~о = — = — =120яа 377, !Е! Е !н! и (4.3) " ывается волновым сопротивлением свободного пространства. .::;-,,: Среднее значение плотности потока энергии за период элект"магнитных колебаний связано в соответствии с (4.1) и (4.3) с ряженностью электрического поля соотношением 1ЕУ (!П!>=2т ,;::, Мощностью излучения источника называется величина, численно ная среднему количеству энергии, которую теряет этот источэлектрического поля на образование потока электромагнитй энергии в единицу времени сквозь замкнутую поверхность, атывающую источник, В том случае, когда гипотетический ис-: чник электромагнитного поля находится в центре сферы ради- Я и равномерно (изотропно) излучает во все стороны, мощть его излучения Р~ = 4яЯ'(!Щ.
(4.4) 4.2.2. Излучение электромагнитных волн радиодиапазона антеннами ';; Устройства, специально предназначенные для излучения и(или) иема электромагнитных волн, — это антенны. Передающие и иемные антенны обладают свойством взаимности (обратимо- ), в соответствии с которым одна и та же антенна может как ать, так и принимать электромагнитные волны. Основные б3 параметры антенны в режиме излучения, сохраняются и при приеме антенной электромагнитных волн. Современные антенные устройства весьма разнообразны как с точки зрения выполняемых задач, так и с точки зрения конструкций. Конструкция антенны зависит от рабочего диапазона волн, желаемой направленности излучения, величины излучаемой мощности, места установки и т.д.
Принципы действия — физические принципы преобразования антеннами подводимых фидерами электромагнитных колебаний в электромагнитное поле в пространстве и, наоборот, преобразование поля в токи и напряжения на входе приемных устройств также весьма разнообразны. Мощностью излучения Рх называется среднее количество электромагнитной энергии, излучаемой антенной в единицу времени. Полная мощность Р, потребляемая антенной от источника сигнала, складывается из мощности излучения Рх и мощности потерь Р„.
Последняя является следствием конечной проводимости проводников антенны, несовершенства диэлектриков, а также потерь мощности в земле и окружающих предметах. Таким образом, полная мощность в передающей антенне (4.5) Р= Р~+Р„. В тех случаях, когда известна амплитуда тока на входе антенны, в месте соединения антенны с линией передачи (фидерной линией), каждую из мощностей в (4.5) можно представить в виде: ~в~2 ~1 У2 Д У2 (4.6) где Я, — полное сопротивление антенны; Я~ — сопротивление излучения антенны; ߄— сопротивление потерь; 1„— амплитуда тока на клеммах антенны. Сопротивление излучения Ях равно такому активному сопротивлению, на котором при токе, равном току на входе антенны, рассеивается мощность, равная излучаемой ею мощности.
Величина сопротивления излучения антенны зависит от характера распределения тока в антенне, а также от соотношения размеров антенны и длины излучаемой электромагнитной волны. Так, например, все полуволновые вибраторы обладают Ях = 73,1 Ом, а все вибраторы длиной в одну волну имеют Я~ = 210 Ом. В общем случае сопротивление излучения антенны является комплексной величиной, мнимая часть которой определяет реактивную мощность излучения, локализованную в ближней зоне антенны (зоне индукции). Антенна преобразует энергию источника электромагнитных колебаний в энергию электромагнитного поля. Коэффициент поб4 '" ого действия этого преобразователя определяется отноше- (4.7) зывается тем больше, чем больше сопротивление излучения '„::,аравнению с сопротивлением потерь.
Величина КПД антенн ается достаточно высокой, например КПД полуволнового ратора 21, = 0,9. !;Антенна излучает энергию не изотропно. О энергии, излучае';й антенной в единицу телесного угла в различных направле, судят по диаграмме направленности. Диаграммой направости антенны (ДНА) по полю называется зависимость наенности электрического поля, создаваемого антенной в рав":. даленных точках дальней зоны, от направления излучения. остранственным представлением этой зависимости работать ,' ольно сложно, поэтому обычно строят не пространственную , а ее сечение двумя взаимно ортогональными плоскостялиния пересечения которых совпадает с направлением мак' ума излучаемой мощности.
Обычно одну из этих ортогональплоскостей совмещают с вектором Е, а вторую — с векто- Н. :-',::На диаграмме направленности можно выделить направления ' симальной мощности излучения (приема) и меньшего, по- : ного излучения. Отношение мощностей, излучаемых по глав- и побочному направлениям, называется относительным уров- боковых лепестков и измеряется в децибеллах (дБ). Для приме';::на рис. 4.2 изображена ДНА, имеющая сравнительно высокую йравленность (узкий главный лепесток — глобальный макси- диаграммы — и относительно небольшие значения максиму- 'в излучения по боковым лепесткам).
'::.На практике часто используются антенны с резко выраженми направленными свойствами. При помощи таких антенн оп" еляют направление на объекты, отражающие или излучающие - ктромагнитные волны (для использования в радиолокации, онавигации, радиоэлектронной разведке). Направленные ан'ины увеличивают дальность действия радиоэлектронных устств за счет концентрации излучаемой энергии в узком секто'':пространства, повышают скрытность работы радиоэлектронсистем в условиях радиопротиводействия, уменьшают влияумышленных помех в условиях ведения радиоэлектронной " ьбы. -:-'::.Как и ширина ДНА, коэффициент направленного действия ': Д) антенны является также числовой характеристикой сте., н концентрации излучаемой в пространство энергии. КНД вривнов 30 140 20 150 160 10 170 0 180 -170 †1 -150 — 10 -20 -140 ' (4.10) бб 67 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 -130 -120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 а -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 б Рис.
4.2. Диаграмма направленности антенны; а — в полярных координатах; б — в прямоугольных координатах показывает, во сколько раз необходимо увеличить мощность излучения при переходе от направленной антенны к воображаемой ненаправленной (изотропной) антенне при условии, что к ним подводится одинаковая мощность и они имеют одинаковые КПД. Иногда применяют эквивалентное определение КНД как числа, показывающего, во сколько раз мощность излучения антенны, приходящаяся на единицу телесного угла в данном направлении, больше мощности излучения изотропной антенны, отнесенной к единице телесного угла, при равенстве полных мощностей, излучаемых обеими антеннами: Ю(в,гр) = 4я — ' р(в, р) :; Р®гр) — мощность излучения, приходящаяся на единицу ; есного угла в направлении, определяемом углами 0 и ~р; р— ая мощность излучения.
;:-,'Как видно, мощность излучения антенны, приходящаяся на едителесного угла, зависит от направления излучения, т.е. от уг- ' 8 и гр; и график изменения КНД в пространстве от углов 0 и гр я от ДНА по мощности лишь постоянным множителем. Макная величина КНД колеблется от нескольких единиц у слабовленных антенн станций связи до нескольких десятков и даже "' н тысяч у антенн с узкой ДНА (РЛС, космических комплексов ). '::-Две антенны, имеющие одинаковые ДНА и, следовательно, оди' овые КНД, при равной подводимой мощности могут создавать , динаково расположенных относительно антенн точках приема ные напряженности поля в зависимости от величины потерь гии в антенне.
Для того чтобы учесть влияние потерь энергии в нне на КНД антенны, вводят понятие коэффициента усилеантенны (КУ), который определяется как произведение КПД '"КНД: 6=~,В. (4 9) ';:Приемная антенна подводит энергию СВЧ ко входу прием- ;;:Коэффициент пропорциональности между плотностью пото;:::::мощности электромагнитного поля около антенны и мощнона ее выходе имеет размерность площади и называется эфутивной поверхностью приемной антенны Ю: ~п~ 5', = —" ;"У больших отражательных антенн эффективная поверхность по- ' равна (несколько меньше) площади геометрического размера 'крыва, нормального направлению на источник излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
