 |
Глава 6. Направленность действия антенн
|
|
|
|
Глава 6. НАПРАВЛЕННОСТЬ ДЕЙСТВИЯ АНТЕНН
Под направленностью понимается способность антенны концентрировать излучение преимущественно в определенных направлениях. Направленные свойства антенны непосредственно связаны с характером диаграммы направленности (ДН) и зависят от геометрии, размеров и типа антенны, а также от ее расположения относительно проводящих экранов (например, борта летательного аппарата) или поверхности земли.
Для характеристики направленных свойств антенн, помимо диаграмм направленности, вводятся следующие параметры:
1) ширина диаграммы направленности 
;
2) коэффициент направленного действия антенны (к. н. д. );
3) коэффициент усиления (к. у. );
4) коэффициент обратного излучения;
5) уровень боковых лепестков ДН антенны.
Кроме того, направленные свойства тесно связаны с поляризационной характеристикой антенны и ее шумовой температурой.
§ 6. 1. ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ И ЕЕ ШИРИНА
В первой главе было введено понятие ДН антенны. Остановимся на ее рассмотрении несколько подробнее.
Диаграммой направленности антенны называется графически представленная зависимость амплитуды напряженности электрического поля антенны от ее направления в пространстве:
Данное определение относится к ДН по полю. В некоторых случаях используется понятие ДН по мощности, определяемой зависимостью плотности потока мощности от направления антенны в пространстве: 
Если мысленно поместить антенну в центре сферы, поверхность которой находится в дальней зоне антенны, то для получения пространственной ДН следует в разных точках сферы измерить напряженность поля и изобразить на графике ее зависимость от направления.
|
|
|
На практике в целях упрощения обычно ограничиваются рассмотрением ДН в двух главных взаимно перпендикулярных плоскостях, линия пересечения которых совпадает с направлением максимума ДН. Одну из этих плоскостей обычно совмещают с вектором электрического поля антенны 
(Е-плоскость), тогда другая плоскость совпадает с вектором 
антенны (Н-плоскость). В этом случае ДН изображается на плоскости кривыми 
в полярной (рис. 6. 1а) или прямоугольной (рис. 6. 1б) системах координат.
ДН, у которой максимальное значение равно единице, называется нормированной. Она получается путем деления всех значений нормированной диаграммы на ее максимальное значение:
Рис. 6. 1. Диаграмма направленности антенны:
а - в полярной системе координат; б, в - в прямоугольной системе координат; г -картографическое изображение диаграммы направленности антенны
ДН по полю и мощности связаны между собой. Действительно, вектор Пойнтинга 
, но 
, поэтому излучаемая мощность в данном направлении пропорциональна квадрату напряженности электрического поля: 
. Следовательно, 
.
Таким образом, ДН по мощности есть ДН по полю, каждое значение которой возведено в квадрат (рис. 6. 1, в);
В тех случаях, когда требуется полностью охарактеризовать поле излучения антенны по всем направлениям, применяют картографическое изображение ДН, сущность которого состоит в следующем.
Если пространственную ДН антенны окружить сферой, то каждой точно ее поверхности будет соответствовать определенное значение углов 
. При проектировании на поверхность сферы кривых, соответствующих равным значениям интенсивности поля в ДН, их проекции образуют замкнутые кривые равной интенсивности. Участок поверхности сферы вместе с полученными кривыми равной интенсивности можно изобразить затем на плоскости с использованием какой- либо картографической проекции: прямоугольной (рис. 6. 1, г), полярной и др. Числа у кривых на таких проекциях (рис. 6. 1, г) указывают уровень поля по отношению к полю в направлении главного максимума, а точки внутри отдельных групп замкнутых кривых соответствуют направлениям главного и бокового максимумов.
|
|
|
Такой метод изображения пространственной ДН нагляден и в случае необходимости позволяет легко построить плоские ДН в любой интересующей нас плоскости.
Под шириной ДН антенны 
понимают величину угла между направлениями, в которых напряженность поля составляет значение 
от величины поля в направлении максимального излучения (рис. 6. 1, а, б). Поскольку такому определению ширины ДН соответствуют направления, в которых величина излучаемой мощности уменьшается в два раза, то этот же угол называют шириной ДН на уровне половинной мощности 
(рис. 6. 1, в)
В некоторых случаях, особенно при теоретическом анализе, пользуются шириной ДН по нулевым значениям 
, соответствующий величине угла между двумя ближайшими к максимуму ДН направлениями, где поле равно нулю (рис. 6. 1, в).
Ширина ДН в зависимости от назначения антенны лежит в очень широких пределах - от десятков градусов до долей минуты.
|
|
|
