sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Для других направлений КНД также существует н определяется формулой прнмер 1. для днполя Герца в свободном пространстве нормнронанная дн ннсег внд пз(О, о) =а1пзб. Подстановна атой функции в (7.18) прнводнт к результату 17= 1,б. Если же расположить днполь на нулевой высоте перпендикулярно бесконечной идеально проводящей плоскости, то (1 3. несмотря на то что нормнроаанная ДН определяется той же функцией. Возрастанне КНД вдвое обусловлено тем, что пределы интегрирования по углу 8 в знаменателе (7.18) сокращаются до интервала (О, п/2). Действнтельно, диполь теперь излучает мощность только а одно полупространство, причем модуль вектора Пойнтннга в нем учетверяется вследствие появления зеркального нзображення днполя (см.
рнс. П.4 приложения). Ширина луча и уровень боковых лепестков. 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 1=-Р )Р „= Рэ((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).
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
