 |
§ 6. 3. Коэффициент усиления антенны (К. У. )
|
|
|
|
§ 6. 3. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ АНТЕННЫ (к. у. )
Коэффициент усиления антенны 
определяется аналогично к. н. д., только сравнение ведется не по мощности излучения, а по мощностям, подводимым к антеннам.
К. у. антенны показывает, во сколько раз необходимо увеличить подводимую мощность при переходе от направленной к ненаправленной антенне, чтобы получить то же значение напряженности поля в точке приема. При этом предполагается, что коэффициент полезного действия (к. п. д. ) ненаправленной антенны равен единице. Из определения следует, что
где 
к. п. д. антенны (здесь 
сопротивление потерь антенны).
Обычно интересуются максимальными значениями к. н. д, и к. у.:
К. у. простейших типов антенн, таких, как симметричный вибратор, практически совпадает с к. н. д., так как их к. п. д. 
. Для ряда антенн, особенно с управляемым в пространстве положением ДН, 
и даже ниже. Поэтому их к. н. д. и к. у. значительно отличаются друг от друга.
К. н. д. и к. у. антенны измеряются как в абсолютных единицах, так и логарифмических (децибелах или неперах): 
.
§ 6. 4. УРОВЕНЬ БОКОВЫХ ЛЕПЕСТКОВ И КОЭФФИЦИЕНТ ОБРАТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ АНТЕННЫ
Уровень боковых лепестков оказывает существенное влияние на основные параметры радиолокационной станции (РЛС): помехозащищенность, вероятность ложного обнаружения и скрытность работы.
Величину бокового излучения антенны оценивают с помощью различных параметров, одним из которых является относительный уровень боковых лепестков
Таким образом, 
представляет собой отношение напряженности поля антенны в направлении максимума бокового лепестка к напряженности поля антенны в направлении главного максимума ДН. Обычно этот параметр определяют для самого большого по величине бокового лепестка и выражают в процентах или децибелах. Антенны современных радиолокационных станций имеют боковые лепестки на уровне - 30 дБ и ниже.
|
|
|
Для оценки всего бокового излучения антенны вводят другой параметр - средний уровень боковых лепестков
где 
телесный угол, занимаемый основным лепестком.
Более наглядной характеристикой бокового излучения является коэффициент рассеяния
показывающий ту часть мощности, которая излучается боковыми лепестками. В специально выполненных антеннах 
и даже меньше, в то время как в обычных антеннах 
Между уровнем бокового излучения и достижимым значением к. н. д. остронаправленных антенн существует связь. Так, для получения к. н. д. 
средний уровень бокового излучения должен быть равен 
. Следовательно, для реализации высоких к. н. д. необходим узкий луч и малый средний уровень бокового излучения.
Коэффициент обратного излучения характеризует отношение полей (или векторов Пойнтинга), создаваемых антенной в направлении обратного излучения и главного максимума ДН. Этот коэффициент измеряется в относительных единицах и децибелах. Так, в случае полуволнового вибратора коэффициент обратного излучения равен единице.
§ 6. 5. ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕННЫ
Поляризация антенны определяется по поляризации ее поля излучения и, как правило, по электрическому вектору. В общем случае у вектора 
с течением времени происходит изменение в пространстве как его величины, так и направления, и эти изменения определяются поляризационными характеристиками антенны.
При анализе указанных характеристик вводится понятие плоскости поляризации, под которой понимают плоскость, проходящую через вектор и направление распространения энергии (вектор Пойнтинга).
Если плоскость поляризации с течением времени не меняет своего положения в пространстве, то такую поляризацию называют линейной. При этом различают горизонтальную, вертикальную и наклонную поляризации.
|
|
|
Поляризация поля называется вращающейся, если плоскость поляризации вращается вокруг направления распространения с частотой колебаний поля 
. Наиболее общим случаем является эллиптическая поляризация, при которой конец вектора электрического поля описывает в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, эллипс, вращаясь со средней угловой скоростью .
Поляризационная характеристика поля представляет собой зависимость э. д. с. на клеммах индикаторной антенны линейной поляризации от угла поворота 
этой антенны (рис. 6. 2). При этом амплитуда наведенной э. д. с. для каждого положения индикаторной антенны (например, полуволнового вибратора) пропорциональна наибольшей величине проекции вращающегося электрического вектора на ось вибратора. На рис. 6. 2, а пунктирной линией показана поляризационная характеристика для случая эллиптической поляризации поля излучения. При этом масштаб ее выбран так, что при совпадении оси вибратора с осями эллипса амплитуды наведенных э. д. с. равны полуосям эллипса.
Рис. 6. 2. Поляризационная характеристика и поляризационный эллипс; а - случай эллиптической поляризации поля; б-линейная поляризация; в-круговая поляризация
На рис. 6. 2, б, в изображены соответственно вырожденные эллипсы поляризации и поляризационные характеристики для случаев линейной наклонной и круговой поляризаций.
Приведенные поляризационные характеристики антенны полностью определяются следующими параметрами поляризационного эллипса: углом наклона большой оси эллипса 
к одной из осей выбранной системы координат; осевым коэффициентом поляризационного эллипса (эллиптичностью), равным отношению малой полуоси эллипса к большой: 
; направлением вращения вектора , которое называют правым, если оно составляет правую систему с направлением распространения, и левым- в противоположном случае.
При 
эллипс вырождается в прямую линию и поле имеет линейную поляризацию;
В случае круговой поляризации поля поляризационный эллипс становился окружностью и 
. Таким образом, линейная и круговая поляризации являются предельными случаями эллиптической, осевой коэффициент поляризационного эллипса при которой лежит в пределах 
|
|
|
Вектор 
поля антенны с вращающейся поляризацией можно представить в виде суммы взаимно перпендикулярных поперечных компонент, поля
где 
мгновенное значение вектора электрического поля;
амплитуды ортогональных компонент 
;
разность фаз между компонентами 
;
единичные векторы.
При произвольном значении разности фаз 
между компонентами 
оси поляризационного эллипса не совпадают с координатными осями 
(рис. 6. 2, а); совпадение будет только при значениях 
. В этом случае уравнение поляризационного эллипса имеет вид
где 
мгновенные значения ортогональных компонент эллиптически поляризованного поля:
Если составляющие имеют одинаковые амплитуды ( 
), формула (6. 9) дает уравнение окружности
т. е. поляризация суммарного поля - круговая. Таким образом, для получения поля круговой поляризации ( ) необходимо наличие двух взаимно перпендикулярных линейно поляризованных полей равной амплитуды, фазы которых отличаются на 
или 270°. Амплитуда результирующего поля равна при этом амплитуде одной линейно поляризованной компоненты.
Условием линейной поляризации является симфазность (или противофазность) составляющих вектора напряженности результирующего поля. При этом наклон результирующего вектора поля по отношению к оси 
определяется из условия
Диаграммы направленности антенн вращающейся поляризации определяются отдельно для каждой компоненты: 
нормированная ДН составляющей 
нормированная ДН составляющей 
.
Используя определение к. н. д (6. 1), можно показать, что к. н. д. антенн вращающейся поляризации равен сумме к. н. д. каждой из компонент поля:
При совпадении максимумов ДН каждой составляющей
где 
значения к. н. д. в максимумах соответствующих ДН.
Антенны вращающейся поляризации принимают линейно поляризованные волны с любой ориентацией вектора .
|
|
|
Рассмотренные поляризационные характеристики тесно связаны с направленными свойствами антенны. Так, изменение поляризации поля излучения приводит к изменению направленности действия. Это легко пояснить следующим примером. Если антенна должна излучать заданную линейную поляризацию, а она по конструктивным и технологическим причинам создает другую поляризацию (паразитную или кроссполяризацию), на которую расходуется некоторая мощность излучения 
, то это, естественно, эквивалентно потерям в к. н. д. антенны.
|
|
|
