3. Основні параметри та характеристики антен

1. Під діаграмою направленості (ДН) будемо розуміти залежність амплітуди напруженості електричного поля Е, яке створюється антеною в точці спостере­ження, від напряму на цю точку (кутових координат φ,ψ) при постійній відстані точки спостереження до антени (r = const). Для наглядності та простоти гра­фічного спостереження ДН частіше всього зображають у вигляді двох плоских кривих в полярній системі координат. Одна з цих кривих - діаграма направле­ності в горизонтальній площині - представляє собою розподіл напруженостей електричного поля випромінювання на описаному в горизонтальній площині навкруги антени кола та є функцією кута (азимута) в горизонтальній площині Е_ψ. Інша крива - діаграма направленості в вертикальній площині - представляє собою розподіл напруженостей електричного поля випромінювання на описано­му в вертикальній площині навкруги антени кола та є функцією кута в верти­кальній площині (кута місця) Е_φ.

На рис. 3.1 приведені найбільш розповсюджені форми діаграми направле­ності голкова, яка застосовується в радіорелейних лініях, в радіолокації, радіокеруванні та віялова, яка має добру направленість в горизонтальній пло­щині та малу в вертикальній, що полегшує пошук цілей в радіолокаційних систе­мах.

а) б)

Рис. 3.1 Діаграма направленості: а) голкоподібна в горизонтальній і вертикальній площинах; б) віялоподібна в вертикальній площині.

2. Ширина головної пелюстки Діаграма направленості може мати декілька напрямків максимального випромінювання (декілька пелюсток). Один з них, який має найбільшу величину, називається головним. Ширина головної пелюст­ки, яка є робочою, характеризує ширину діаграми направленості. Ширина го­ловної пелюстки визначається як кутова величина 2ψ0,5, 2φ0,5 по точках половинного спадання потужності відносно вершини Е_max (рис 3.1,6).

У направлених антен ширина головної пелюстки складає від декількох десятків градусів до одиниць хвилин (наприклад у радіоастрономічних антен).

3. Ефективна площа характеризує розмір площі, через яку приймальна антена збирає енергію: - коефіцієнт використання поверхні розкриву; S - поверхня розкриву антени.

4. Коефіцієнт направленої дії (КНД) - відношення потужностей випромінювання направленої та ненаправленої антени, які створюють в даному напрямі на одній і тій ж відстані однакову напруженість поля. Таким чином, КНД пока­зує, який енергетичний виграш дає застосування направленої антени по­рівняно з ненаправленою. Взагалі КНД визначається в напрямку максимуму діаграми направленості антени. Обчислюють КНД антени за формулою:

KНД = 4S_q/1

Оцінюють КНД по формулі КНД ≈ 41253/ψ₀φ₀, де ψ₀ та φ₀ - ширина головної пелюстки по точках нульової потужності.

Іноді замість КНД краще використовувати коефіцієнт підсилення (КП) ан­тени, який визначає собою добуток КНД на ККД антени. Так як ККД антени близький до одиниці, то без великої помилки можна вважати, що КНД та КП рівні між собою.

5. Поляризаційна характеристика - це залежність амплітуди сигналу в ан­тені з лінійною поляризацією , яка приймає електромагнітні хвилі з передавальної антени, від кута повороту цієї антени в площині, перпендику­лярній випромінюванню. Поляризаційна характеристика визначається видом поляризації хвилі- При цьому розрізняють лінійну, кругову і еліптичну поляри­зації.

6 Вхідний опір антени (Z_а) є еквівалентною величиною, яка визначає уз­годження антени с НВЧ трактом. В загальному випадку Z = R_а + iX_a, де R_а = R_n + R_t - активна складова; R_n - опір, який характеризує теплові втрати;

r_t - опір, який характеризує ефект випромінювання; Х_a - реактивна складова, яка характеризує відбиття від антени. Взагалі, коефіцієнт стоячої хвилі антени КСХ < 1,5. При цій умові Х_a << R_a і вхідний опір антени приблизно дорівнює хвильовому опору тракту живлення Z_a ≈ Z_b.

7. Коефіцієнт корисної дії (ККД) обчислюють як відношення потужності випромінювання Р_t до повної потужності, яка підводиться до антени Р_a = р_t + Р_n:

де р_n - потужність теплових втрат в антені.

8. Робочий діапазон частот антени характеризується інтервалом частот від f_max до f_min, в якому значення всіх параметрів антени не виходять за межі заданих. Частіше всього критерієм для визначення смуги частот є вхідний опір.

9. Характеристики керування променем антени виходять з вимог до харак­теристик сканування (сектор огляду, швидкість огляду, безперервний або дис­кретний огляд і т.і.) і характеризується допустимим значенням КНД в різних ре­жимах роботи (пошук або супроводження), часом перемикання з одного променя на інший, часом перемикання з передачі на прийом. В антені з механічним скануванням променя задані характеристики керування променем визначають необхідні механізми обертання антени. Вони не з'вязані безпосередньо з розрахунком антени.

10. До енергетичних характеристик відносяться максимально допустима без пробою і перегріву антени потужність випромінювання, а також потужність керування положенням променя (при механічному скануванні ця потужність визначається конструкцією антени і її електроприводом, а при електричному - за­тратами потужності на керування фазообертачами в колі окремих випромінювачів антени).

11. Кліматичні та механічні характеристики визначаються місцем їх вста­новлення на космічних кораблях, ракетах, літаках, морських та річних судах, ав­тотранспорті, наземних РЛС і станціях радіоліній, переносних РЛС і т.і.

12. До експлуатаційих характеристик відносяться маса, габаритні розміри, зручність та простота обслуговування, періодичність регламентних робіт антен. Вимоги до них залежать від призначення НВЧ пристроїв та умов їх застосуван­ня.