Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Еслн же необходимо знать раздельно значения КНД и КПД, то следует дополнительно снимать амплитудную ДН измеряемой антенны, вычнслять по ней КНД с помощью формулы (7.!8) н, наконец, находить КПД делением коэффициента усиления на КНД. Вернемся к формуле (7.24) н установим связь входящей в нее мощности Р, с режимом на входе антенны. В качестве входа выберем фиксированное сечение подводящей линии передачи, расположенное перед согласующим устройством, в области одномодового режима (см. рис.
7.1). Нормированные напряження падающей и отраженной волн й„н й, либо полные нормнрованные напряжение н ток й и 1, связанные с й„и й, известными соотношениями й=йэ+ +и,=й„(1+р), (=й„— й,=и (1 — р), определяют режим входа (р— коэффициент отражения на входе). Напомним, что модуль нормированного напряжения падающей волны определяется как корень квадратный из проходящей мощности (размерность ) Вт ), фаза нормированного напряжения й, совпадает с фазой поперечного электрического поля падающей волны в линии входа. Отношение полных нормированных напряжения и тока в сечении входа антенны определяет нормированное а еходное сопротиеление антенны а=г+)х=й/зз= (1+р) !(1 — р) или нормированную входную проводимость антенны у=у+)Ь= 1/х= (1. р)!(1+р).
В терминах нормированных напряжений и токов входная мощность антенны может быть записана следующим образом: зо.„= Ке (а(а) = ()!з г= — '!й!х у= '!и„!з(! — Их). Соответственно возможны такие альтернативные представления поля излучения антенны: !г'~ 'р' г (7.25а) И )' й еттл 1 — г (О, р) — ° (7.25б) т' 4» )7 (и„! $хг1 — ~~)т (7.25в) Формулы (7.25) дают нормированное описание ксквозного» действии любой передающей антенны от точки входа до точки наблюдения поля в дальней зоне. Удобство этих формул состоит в том, что в них не входят в явной форме какие-либо размеры антенны и длина волны. Достаточно знать следующие параметры: векторную нормированную ДН Г(0, тр); коэффициент усиления антенны 6; нормированное входное сопротивление (или проводимость, или коэффициент отражения).
И еще одно замечание относительно формулы (7.25в). Входящая в эту формулу величина 1 — !р(з наглядно показывает уменьшение входной мощности антенны из-за несогласованности ее входа, причем наряду с множителем 1 — !р!в в (7.25в) входит коэффициентусиления антенны 6. Поэтому иногда при использовании формулы (7.25в) включают множитель 1 — !р!з в эквивалентный коэффициент усиления 6,„,=6(! — !р!я=()т)(1 — !р)х), учитывающий наряду с омическими потерями в антенне потери мощности на отражение от ее входа. э 7.7. РАБОЧАЯ ПОЛОСА ЧАСТОТ Н ПРЕДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ АНТЕННЫ Введенные в предыдущих параграфах параметры антенны характеризуют ее прн монохроматическнх колебаниях, т. е.
на одной частоте. Однако в любой реальной радиосистеме используется частотный спектр и часто предусматривается возможность смены частот. Поэтому важнейшим параметром антенны является рабана» ' Для антенн, питаемых линиями передачи с Т-волной, возможно также использование ненормированных входных сопротивлений и проводимостей. полоса частот, в пределах которой другие ее параметры не выходят за пределы допусков, установленных техническим заданием. Обычно границы рабочей полосы частот определяются наиболее зависящим от частоты параметром.
Например, очень часто рабочая полоса частот ограничивается ухудшением согласования входа, т. е. падением КБВ инже допустимого значения. В других случаях ограничение полосы частот может быть обусловлено изменением положения максимума ДН, расширением луча и падением КНД и т. д.
Наблюдаются случаи, когда верхняя и нижняя границы полосы частот ограничиваются разными факторами, например со стороны нижних частот — качеством согласования, а со стороны верхних частот — искажением формы ДН. Полностью судить о полосе частот антенны удается после завершения расчетов и экспериментального исследования опытного образца. Условно принято считать узкополосными антенны с рабочей полосой частот меньше !0% номинальной частоты. Широкополосные антенны могут иметь полосу частот 10 — 50Ъ.
Антенны с более широкой рабочей полосой частот (до нескольких октав) называют диапазоиными. И наконец„если отношение верхней и нижней границ рабочей полосы частот достигает 5: 1 и более, можно считать антенну частотно-независимой. Еще одним важным параметром передающих антенн является предельная рабочая мощность. Предельная мощность обычно ограничивается электрической прочностью диэлектриков антенны, а также электрической прочностью окружающей антенну среды (особенно это касается бортовых антенн, работающих в разреженных слоях тропосферы н ионосферы), Кроме того, в антеннах с большой подводимой ко входу мощностью существует опасность так называемого теплового пробоя из-за перегрева диэлектриков и н проводников проходящей высокочастотной мощностью.
Расчеты электрической и тепловой прочности антенн составляют весьма специфическую область теории и в данной книге не рассматриваются. Глава 8 АНТЕННЫ В РЕЖИМЕ РАДИОПРИЕМА й КК ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫ Рассмотрим две произвольные антенны 1 и 2, удаленные настолько, что каждая из них находится в дальней аоне другой антенны (рис.
8.1). Пусть нормированные входные сопротивления антенн в режиме передачи равны зд, и гав Возможны два варианта передачи мощности: от первой антенны ко второй и от второй антенны к первой. Если антенна 1 возбуждается генератором с нормированной ЭДС е, и внутренним нормированным сопротивлением йм то нормированный ток на входе ат ет (~да+~а) (8.1) Интенсивность излучения антенны 1 в точке расположения антенны 2 (точнее, в точке, относительно которой известна фазовая характеристика направленности второй антенны при отсутствии первой), согласно формуле (7.25а), юм=~',3 О, а4 )Г,<В„а~ -ю че,, (8.2) Рис. З.1.
Передача монтиости между двумя антеннами 1 l и'м(ид~+ит)до р 4и е,= . Ра(зм та) едр( — /Щ) $' бтг (8.3) где отношение векторов, стоящих в числителе и знаменателе, имеет смысл, поскольку этн векторы параллельны. В другом варианте, когда генератор с нормированной ЭДС ет и внутренним сопротивлением га включается во вторую антенну„а где 6~ — максимальный коэффициент усиления первой антенны; гд~ — вещественная часть входного сопротивления; Р~ (Оь ~р~)— выборка из комплексной векторной ДН первой антенны в направлении на вторую антенну; Яо — расстояние между точками, по отношению к которым заданы фазовые характеристики антенн. При помещении второй антенны в поле локально плоской электромагнитной волны (8.2) в сечении входа второй антенны, нагруженном на нормированное сопротивление йа, появляется нормированный ток )ан пока не известный.
Исключая входной ток ' аз соотношений (8.2) и (8.1), можно выразить в явном виде зДС первая антенна с нагрузкой 21 является приемной, аналогично по- лучаем ЭДС 12 (~А2+ .2) Дэ Е2= (8.4) 2 (Э2 т2> эхР ( — Яйэ) ~ О~У где 62 — максимальный коэффициент усиления второй антенны; гА2 — вещественная часть входного сопротивления 222 в режиме передачи; углы Оь 1Р2 соответствуют направлению на первую антенну. Возникающий под воздействнем ЭДС е2 ток 112 в сечении входа первой антенны при сопротивлении нагрузки 21 также пока не известен. Если окружающее обе антенны н расположенное между ними пространство линейно и нзотропно, т.е. в нем отсутствуют подмагннченные гиротропные среды, то на основании теоремы взанмностн можно записать соотношенне 81/~21 =Е2>1112, СПравеДливоЕ для СЛУчаев передачи мощности и разных направлениях.
С учетом (8.3) и (8.4) это соотношение приводится к виду 8 21 (2А2 + 21) 112 ~12 ( А2 + Ав) )/О~г Р1 (В1, т1) )/6~ Гт(эт, тН Группируя в каждой части равенства величины, относящиеся только к одной антенне, получаем некоторую константу Ж вЂ” — .' ', (8.5) 112 (2 ц + У1) 1З (2А2 + 22) )/О1г < Ж12Р1(В1, т1)> ф' П~ (д21Р2(эю тт)> так как произвольное варьированне параметров одной антенны практически не влияет на параметры другой антенны, находящейся в ее дальней зоне. Так как обычное скалярное произведение двумерных векторов имеет внд (аЬ>=а1б1'+атб2*, то скалярные произведения в (8.5) следует раскрывать по правилу (аЬ">=а1б1+ +в262. Для определении константы И рассмотрим простейшую приемную антенну в виде днполя Герца длиной ( с сопротивлением нагрузкн А.„(рнс.
8.2). Пусть падающая плоская электромагнитная волна имеет линейную поляризацию с вектором Е=!,Ю,„где .Е,,— напряженность поля в центре внбратора, Эта волна создает на зажимах разомкнутого днполя ЭДС Ю,= — Е,,(э(пй, под воздействнем которой в нагрузке протекает ток П2(21пэ )О=Ю(~н+~еэ) = — -'+ 2 (8.6) где 222=)122+)Х22 — входное сопротивление днполя в передающем Режиме; знак минус учитывает, что эта ЭДС компенснрует каса- А (Ура(йе )) /Л)/Ог Уп (ел +*„ (8.8) где 8' — вектор интенсивности падающей на антенну плоской электромагнитной волны (размерность 1Вт/и); Г(6, ~р) — выборка из нормированной векторной комплексной ДН антенны в направлении прихода волны; йл — нормированное входное сопротивление антенны и й„— нормированное сопротивление нагрузки.
Итак, любая передающая антенна может быть использована в качестве приемной и трактоваться как эквивалентный генератор с нормиров иной ЭДС ()~ Вт) е,„.=/Л) 'Огл/и (Ф~) (8.9) и внутренним сопротивлением, равным входному сопротивлению антенны в передающем режиме. Для описания приемной антенны необходимы параметры: векторная комплексная ДН Г(6, ~р); коэффициент усиления (т'=л)тб нормированное входное сопротивление йл=гл+/хл, причем все онн могут быть определены в режиме передачи. Поскольку параметры Г(6, ~р), 6 н гл не изменяются при переходе от режима передачи тельный компонент вектора напряженности электрического поля на проводнике диполя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
