Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Помимо КНД, направленные свойства антенны оценивают также углом раствора главного лепестка ДН в какой-либо плоскости при заданном уровне относительной мощности. Этот угол называют ширимой луча в соответствующей плоскости. Чаще всего используется определение ширины луча ЛО на уровне половинной мощности (уровень 0,707 по полю, или — 3 дБ) относительно главного максимума излучения. Реже пользуются определением ширины луча «по нулям» Мо, т. е.
угловым расстоянием между минимумами излучения. Наряду с шириной луча очень важным параметром является уровень боковогх лепестков антенны. Чаще всего уровень боковых лепестков характеризуют максимумом наибольшего бокового лепестка по отношению к значению главного максимума. Прн сложной поляризационой структуре поля уровень боковых лепестков находяг как по основной, так и по паразнтной составляющим вектора поляризации. Ширина луча и уровень боковых лепестков антенны являются параметрами, определяющими разрешающую способность и помехозащищенность радиосистем. Поэтому в технических заданиях на разработку антенн этим параметрам уделяется большое значение. Их значения контролируют прн вводе антенны в эксплуатацию и периодические проверяют в процессе эксплуатации.
Зависимость КНД от ширины луча н уровня боковых лепестков. Для остронаправленных антенн с игольчатой ДН интеграл в знаменателе выражения для КНД (7.18) может быть представлен и виде суммы: / = ~ Рэ дя = ~ Ез Ы+ ~ /:э Ф2=! +/ «л гл где ()„— телесный угол, занимаемый главным лепестком диаграммы направленности (по нулевому уровню излучения). Первое слагаемое /„ пропорционально доле мощности излучения, приходящейся на главный лепесток ДН, н второе слагаемое /аок пропорционально доли мощности излучения через боковые и задние лепестки ДН.
Выражение для КНД антенны (7.18) теперь может быть разбито на два множителя: 4я Хгл 4п /а — /( «г =«) (1 гб)" /гл /З /гл /3 Первый сомножнтель представляет собой так называемый )(Нд антенны по главному лепестку /(О: ()г=4п// =4п )/ ~ Рз(6, гр)ЙЯ. гл (7.19) Именно такой КНД имела бы гипотетическая антенна с единственным главным лепестком ДН при полном отсутствии бокового и заднего излучения.
Входящая во второй сомножитель выражения для .0 величина ро 1 носит название коэффиицента рассеяния Ъь — — /г //з= ') с'з(бг Р)б(« / ф сэ(О, Р)б() 4« — я и=«« гл Р' = 4Л/(абдт) ««40 000/(Лбйт) . и показывает относительную долю мощности излучения антенны, приходящуюся на область боковых и задних лепестков ДН. Соответственно величина 1 — ()а есть относительная доля мощности излучения, сосредоточенная в главном лепестке ДН, т. е. это эффективность главного луча. Пример 2. Аппрокснмкруем реальную игольчатую ДН с помощью упрощенной функцнн (рнс. 7.9), равной единице в пределах небольшого телесного угла Яг«=ЛОЛф (это «главный» лепесток) н всюду равной небольшому значенню г< ! в области бокового нзлучення (/ — это «эффектнвный уровень боковых лепестков»).
Используя зту функцню в определеннн КНД (7.!0), находнм Р =л 4я/(Лбау + гз (4н — Лбат)]. Для не слншком узких лучей н для малых уровней бокового нзлучення, т. е. прн выполнения неравенства ЛОйрЪ/х(4я — ЛОЛю), зффектнвность главного луча блнзка еднннце н КНД антенны прантнческн совпадает с КНД по главному лепестку: Однако прн сужении главного лепестка и прн постоянном уровне бокового излучения происходит рост коэффициента рассеяния.
при условии лв<рл= =Р(4п — ЛВЛю) як4ии эффективность главного луча составляет 05, т. е. КНД антенны снижается вдвое по сравнению с О'. Прн ширине главного лепестка Лв=агэ=!' снижение КНД вдвое происходит при уровне бокового излучения !.=0,005 илн — 46 дБ. При дальнейшем сужении луча и при постоянном ! коэффициент рассеяния стремится к единице, эффективность главного луча приближаетсн к нулю, а КНД стремится к постоянному значению: Пгц(О) = (Да при Лйдт-ьо, 4=совы.
Таким образом, при наличии равномерного бокового излучения с эффективным значением ! (по полю) КНД антенны при сколь угодно узких лучах ограничивается значением й„„=!!Р, В большинстве реальных антенн боковые лепестки имеют тенденцию быстрого снижения по мере удаления от главного лепестка ДН, а ширина ~лавного лепестка обычно является.
не настолько малой, чтобы Рнс. Хэ. Идеализированная ДН эффективность главного луча антен- антенны ны падала ниже 0,8. Для таких антенн широко распространена инженерная оценка КНД по формуле 6 = 82 000((лавр), (7.20) где под ЛО и Лгр понимаются значения (в градусах) ширины главного лепестка реальной ДН на уровне половинной мощности. Действительно, с помощью несложных расчетов можно убедиться, что при пларной форме главного лепестка ДН заключенная в нем мощность примерно равна мощности излучения идеализированного лепестка секторной формы с одинаковым значением поля в максимуме и с шириной в каждой из двух ортогональных плоскостей, равной соответствующей ширине луча реальной ДН по уровню поло- винной мощности. $ т.б. передАющдя АнтеннА кАк чеТырехпОлюсник В этом параграфе будут получены соотношения для математического моделирования действия передающей антенны от ее входа до точки наблюдения в дальней зоне.
Для этого потребуется уточнить н расшифровать такие параметры антенны, как сопротивление излучения, действующая длина, входное сопротивление, КПД, коэффициент усиления. Сопротивление излучения и действующую длину можно связать с уже,определенным КНД антенны следующим образом. Вычислим по методу вектора Пойнтинга (см. формулы (П.!3) и комментарии к ним) мощность излучения антенны, создающей электромагнитное поле (7.11): Входящий сюда определенный интеграл, согласно (7.18), равен 4п/(), где /) — КНД антенны в направлении максимального излучения. После очевидных сокращений находим сопротивление излучения, отнесенное к точке А: /~з=(~,п~/~)) (Э,/) р, и действующую длину антенны (также отнесенную к выбранной точке А излучающей системы): й„=) )//)// /(Л,п).
(7.21) Можно считать, что действую|цап длина антенны устанавливает формальную связь между КНД и сопротивлением излучения при известных длине волны и параметрах среды, окружающей антенну. Заметим, что для диполя Герца действующая длина совпадает с длиной диполя. Подставим выражение для действующей длины антенны (7.21) в формулу для напряженности электрического поля (7.1Ц н сделаем некоторые перегруппировки сомножителей: — =/л 1 — р(6, р) Е .
йх,О . е (7.22) )~Й2с " у зя Вектор Ю=Е/)'2л, в левой части соотношения (7.22) имеет размерность )' Вт/м, а по направлению и фазе совпадает с вектором Е. Квадрат модуля вектора Ж точно равен модулю вектора Пойнтинга, и поэтому в дальнейшем будем называть Е вектором интенсивности излучения. Множитель Ул) /тт/2 в правой части (7.22) может быть записан через мощность излучения антенны в виде ) Рэехр(уел), где фаза ~рл совпадает с фазой излучающего тока !л.
С учетом новых обозначений выражение (7.22) переписывается в виде ФЩ, 6, ч)=е ~~л)~Р О/(4п)Р(В, э)е — Ии//т', (7.23) где  — полный КНД антенны в направлении максимального излучения, а комплексная векторная ДН удовлетворяет условию нормировки к единичному максимуму. Определенным недостатком формулы (7.23) является то, что она не учитывает неизбежных потерь части подводимой к антенне мощности на нагрев неидеальных про- водников н изоляторов.
Вводя коэффициент полезного действия (КПД) антенны ~=-Р )Р „=Р ~(Р +Р„), где Є— полная входная мощность; Р,— мощность излучения н Р, — мощность омическнх потерь в антенне н в согласующем устройстве (см. также формулу (П.14)1 из (7.23) получаем соотношение Эя, 6, ~р)=еНл р Р,„)/ЕИ~/(4п) Г(6, р)е — )ЭЯЯ. (7.24) Входящее в (7.24) произведение КНД на КПД антенны принято называть коэффициентоя усиления антенны 6=0з). Коэффициент усиления показывает, во сколько раз должна быть увеличена входная мощность прн замене реальной направленной антенны с потерями на абсолютно не направленную гипогетнческую антенну без потерь при условии сохранения модуля вектора Пойнтннга в точке наблюдения. Выделение коэффнцнентз усиления как самостоятельного параметра связано с тем, что именно эта величина легко поддается непосредственному измерению методом сравнения.
В этом методе используется вспомогательная эталонная антенна с известным коэффицнентом усиления 6 , прн работе через которую в дальней зоне получают определенный уровень интенсивности нзлучения (ю (. Затем вспомогательную эталонную антенну заменяют на измеряемую и подаваемая на ее вход мощность регулируется так, чтобы в точке наблюденяя интенсивность излучения по-прежнему была равна ф„[. Коэффициент уснлення измеряемой, антенны теперь может быть найден как произведение известного коэффициента усиления эталонной антенны на отношение входных мощностей в первом н втором случаях (обычно это отношение определяется с помощью калиброванного аттенюатора).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
