8. Основные параметры антенны(кнд, кпд, ку, убл и т.Д.) (Богачков)

1).ДН. Главной характеристикой антенны является диаграмма направленности. ДН характеризует распределение энергии в пространстве. ДН определяется для дальней зоны антенны, которая определяется по формуле: , где D – максимальный линейный размер антенны, λ – длина волны.

ДН бывают:1).ДН по напряжённости; 2).ДН по мощности.

ДН в общем случае можно представить в виде: , где E(θ,φ) – амплитудная характеристика; p(θ,φ) – поляризационная характеристика; exp{iΦ(θ,φ)} – фазовая характеристика.

Для построения ДН выполняют нормирование.Виды построения ДН могут быть следующими:

- Двумерные (в двух плоскостях)

- Картографическое построение ДН (в плоскостях азимута и угла места строятся уровни).

- Плоские ДН – представляют в полярной системе координат, реже – в декартовой системе координат.

2) КНД является мерой концентрации электромагнитной энергии в пространстве и показывает, во сколько раз необходимо увеличить мощность, подведённую к абсолютно ненаправленному источнику, чтобы получить такую же напряжённость поля в дальней зоне, как у данной антенны.

Для практических расчётов КНД применяют формулу: [θ] – рад

3) КПД. Для передающих антенн КПД определяется по формуле: , где R_∑ – сопротивление излучения антенны.

4)КУ. Две антенны, имеющие одинаковые ДН, а значит и КНД, при равной подводимой мощности могут создавать в одинаково расположенных точках приёма различные напряжённости, что обусловлено различной величиной потерь энергии в антеннах. Для их учёта вводят коэффициент усиления:

КУ – число, показывающее во сколько раз мощность излучения реальной антенны в данном направлении, отнесённая к единице телесного угла, больше мощности, излучаемой в единице телесного угла абсолютно ненаправленной антенны с КПД=100%, при условии равенства мощностей, подводимых к антеннам.

5) Мощность излучения – мощность, излучаемая антенной в окружающую среду через замкнутую поверхность, непосредственной примыкающую к поверхности антенны. ,

где P_∑ – мощность, которая излучается в открытое пространство,

P_Р – реактивная мощность (в ближней зоне)

, где P_П – мощность потерь.

В отдельных случаях можно ввести понятие тока на входе антенны (на зажимах). Разделив каждое слагаемое в формуле выше на значение тока, можно получить формулу для определения полного сопротивления антенны:

При настройке в резонанс реактивная часть X_А=0, сопротивление потерь R_п=0, и тогда:

В этом случае R_∑ называется входным сопротивлением антенны. Входное сопротивление антенны – сопротивление излучения (в резонансе).

Для одной и той же антенны входное сопротивление будет разным в зависимости от конструктивного исполнения антенны.

Для антенн СВЧ диапазона не всегда удаётся ввести понятие тока, напряжения и входного сопротивления. Под входным сопротивлением понимают сопротивление на конце линии, которое определяется по результатам измерения электромагнитного поля.

6) Действующая высота антенны равна длине прямолинейного провода с равномерным распределением амплитуды тока, который создаёт в максимуме ДН такую же интенсивность поля, как и антенная в максимуме своей ДН.

7)ДПА. Для антенн с излучающим раскрывом вводят понятие эффективной (действующей) площади антенны. В теории антенн доказывается, что если имеется раскрыв с равномерным и синфазным распределением поля, то КНД рассчитывается по формуле: , где S – геометрическая площадь антенны.Пусть распределение не будет равномерным и синфазным, тогда .

A – эффективная площадь антенны (A≤S всегда)

Коэффициент использования поверхности:

Действующая (эффективная) площадь антенны – площадь раскрыва некоторой антенны с равномерным и синфазным распределением поля, которая создаёт в максимуме ДН такую же интенсивность поля, что и рассматриваемая антенна в максимуме своей ДН при условии равенства мощности и КПД.

8) Относительный УБЛ – отношение напряжённости поля в направлении максимума какого-либо бокового лепестка к напряжённости поля в направлении главного максимума.

Для оценки всего бокового излучения используют средний или среднеквадратичный уровень.

Средний УБЛ: , где Ω_гл – телесный угол

Среднеквадратичный УБЛ:

Коэффициент рассеяния показывает, какая часть мощности излучается в боковые лепестки. Для обычных антенн его величина составляет 30-40%, для специальных антенн – 10-15% и меньше.