2097

Передающие антенны и их параметры.

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Группа определяющая электродинамический режим антенны, геометрические размеры и форма поверхностей и проводов, по которым текут электрические токи, частота колебаний и распределение токов, электродинамические параметры материалов антенны и окружающей среды.

Русский

2013-01-06

561.44 KB

60 чел.

Передающие антенны и их параметры.

Радиотехнические параметры можно разделить на две группы:

- группа определяющая электродинамический режим антенны, геометрические размеры и форма поверхностей и проводов, по которым текут электрические токи, частота колебаний и распределение токов, электродинамические параметры материалов антенны и окружающей среды.

- группа характеризующая этот режим - диаграмм направленности, коэффициент направленного действия, сопротивление излучения, КПД, входное сопротивление. диапазонность, поляризационные характеристики.

I. Диаграммы направленности передающей антенны.

1.1. Комплексные диаграммы направленности (ДН) передающей антенны это зависимость комплексной амплитуды электрического (магнитного) поля от угловых координат в сферической системы координат: r, θ, φ :Е(θ; φ) или Н(θ; φ)

Можно ограничиться только ДН по электрическому полю, т.к. в дальней зоне величины электрического и магнитного векторов отличаются постоянным множителем, а направления этих векторов взаимно перпендикулярны.

Комплексная ДН можно записать в следующем виде:

при r = const

где Е(θ; φ) амплитудная ДН по полю; ψ(θ; φ) - фазовая диаграмма

1.2. Амплитудная ДН - зависимость интенсивности электромагнитного поля, излучаемого антенной, или его отдельных компонент от угловых координат в пространстве. ДН непосредственно характеризует направленные свойства антенны, т.е. способность концентрировать электромагнитную энергию в заранее выбранном секторе пространства или, наоборот, осуществлять более или менее равномерное ее пространственное распределение. Определение ДН: А - передающая антенна, И - индикатор, регистрирующий величину мощности принимаемых, электромагнитных колебаний или при соответствующей градуировке величину: модуля вектора Пойтинга, угловой плотности мощности - Р , модуля электрического вектора Е

При увеличении расстояния от антенны структура поля и ДН изменяются. Однако, начиная с некоторого расстояния r , вид ДН не изменяется. Это расстояние – радиус дальней зоны.

Наибольший интерес представляют поля на больших удалениях от антенны, поэтому индикатор располагается на расстояния .

Будем перемещать облучатель по поверхности сферы радиуса с центром в точке . При этом изменяются только две координаты - и . Выполнив измерения, получим зависимости вида: для модуля вектора П; - для угловой плотности мощности; - для амплитуды электрического вектора. Штрихами обозначены амплитудные множители, не зависящие от угловых координат, а функции определяют ДН. Функция - ДН по полю, функции и - ДН по мощности (они имеют одинаковую зависимость от угловых координат, т. к. ).

,

где - поток мощности; - телесный угол.

1.3. Нормированные ДН.

Из расчетов или в результате измерений можно получить любой масштаб функции , т. е. самые разнообразные максимальные значения этой функции. При этом трудно сравнивать направленные свойства различных антенн. Поэтому удобно пользоваться нормированными ДН, которые определяются соотношениями:

- по полю,

- по мощности.

Постоянная величина называется нормирующим множителем. Ясно, что . Выражения для напряженности поля и плотности мощности, определяемые через нормированные ДН, имеют вид:

1.4. Изображение ДН в пространстве.

Изображение ДН в пространстве - выполняется в виде замкнутых поверхностей, являющихся геометрическим местом точек - концов отрезков, проведенных из начала координат в направлениях и ; длины отрезков пропорциональны значениям или в этих направлениях.

Рассмотрим вид в пространстве некоторой ДН . Если отрезок принять равным единице, то расстояние от начала координат до произвольной точки на поверхности ДН .

Ввиду сложности пространственного изображения обычно пользуются сечениями ДН координатными поверхностями и . На рисунке кривой 1 показан след сечения ДН координатной поверхностью , являющейся поверхностью конуса с вершиной в точке . Кривая 1 в общем случае будет неплоской. Чем точнее нужно знать ДН, тем больше нужно сделать сечений. Для получения необходимой полноты представления ДН достаточно сделать сечения двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, проходящими через направление максимального излучения. Такие плоскости называются главными плоскостями антенны. Применительно к данному рис. главными плоскостями будут плоскости (кривая 2) и (кривая 3).

Положение системы координат относительно антенны целесообразно выбирать таким, чтобы одна из главных плоскостей содержала в себе электрический вектор поля излучения и направление распространения. Сечение, содержащее электрический вектор - ДН в Е-плоскости, а сечение главной плоскостью, содержащей магнитный вектор - ДН в Н-плоскости.

1.5. ДН "ненаправленных" антенн.

Аналогичная ДН изображена на рис. в полярной системе координат в горизонтальной плоскости. Для таких антенн важной характеристикой является степень приближения ДН к окружности, которая оценивается коэффициентом равномерности ДН и определяется как , где и - напряженности поля в направлении максимального, и минимального излучения на одинаковых расстояниях от антенны. Если ДН задана в нормированном виде, то .

Иногда коэффициент равномерности определяют как вероятность того, что значения ДН будут не ниже заданного относительного уровня при случайном равновероятном положении точки наблюдения. Она определяется как отношение суммы угловых секторов, в которых значения ДН выше заданного уровня, к 360°.

т.е. при случайном равновероятном положении (по ) приемного пункта относительно передающей антенны напряжение поля в приемном пункте будет не менее 0,8 от максимальной с вероятностью 0,75.

1.6. ДН остронаправленных антенн.

Обычно они имеют несколько максимумов и минимумов. Наибольший лепесток называется главным, остальные – боковыми. Узкие ДН удобно изображать в прямоугольных координатах.

Степень концентрации электромагнитной энергии в пространстве в некоторой степени характеризуется шириной главного лепестка ДН. Условились определять ширину ДН на некотором уровне плотности мощности от максимальной и обозначать эту ширину (или ). Таким образом, ширина ДН есть угол между двумя направлениями в пределах главного лепестка, в которых угловая плотность мощности составляет от максимальной.

Наиболее употребимыми уровнями отсчета являются: S = 0,5; S = 0,1; S = 0. Величину называют шириной ДН "по половинной мощности", - шириной ДН "по нулям" и - шириной ДН "на уровне 0,1" или "на уровне 10 дБ".

Отметим, что уровню половинной плотности мощности соответствует уровень 0,707 по полю, а уровню 0,1 - уровень 0,316 по полю. Боковые лепестки обычно, характеризуются данными по первому из них, имеющему наибольшую величину – величина максимума его направление .

1.7. Фазовые диаграммы антенны.

Фазовые диаграммы антенны - зависимость фазы поля от углов в пространстве при фиксированном расстоянии от начала координат.

Удобной характеристикой фазовых свойств поля излучения антенны является связанный с фазовой диаграммой фронт волны. Полное описание фазы для фиксированного момента времени дается множителем , в котором учтена зависимость фазы от расстояния. Фронт волны есть поверхность в пространстве, во всех точках которой в данный момент времени фаза поля одинакова. Эта поверхность определяется из уравнения , где - некоторая постоянная величина.

Уравнение поверхности равных фаз в сферической системе координат:

 

- волновое число.

Поверхностей с одинаковый значением бесконечное множество, они отстоят друг от друга на расстояниях, равных длине волны .

Если является поверхностью сферы, то антенна является источником сферических волн. Центр этой сферы называется фазовым центром антенны. В случае совпадения фазового центра с началом координат и .

Закон сохранения энергии электромагнитного поля в применении к передающим антеннам записывается в виде:

где - мощность излучения; - мощность потерь в антенне; - мощность реактивных полей, связанных с антенной; - мощность, отдаваемая генератором в антенну.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37607. Исследование характеристик метода доступа в сетях Ethernet 243.5 KB
  Мы добились схожих результатов с Ethernet, однако скорость увеличилась в 2 раза. Загруженности сети 100% соответствует интенсивность сети меньше 50.
37608. Проектирование и моделирование VHDL-описаний интегральных схем 124 KB
  Вывод: в ходе лабораторной работы изучили возможности языка VHDL и пакета ActiveHDL для проектирования заказных БИС
37609. Сценарий для утилиты Apache Ant, реализующий компиляцию 76 KB
  Каждый этап должен быть выделен в отдельным блок сценария; все переменные и константы, используемые в сценарии должны, должны быть вынесены в отдельный файл параметров; MANIFEST.MF должен содержать информацию о версии и о запускаемом классе.
37610. Изучение частотных характеристик мультивибратора Ройера в зависимости от величины нагрузки 310.5 KB
  Установив входное напряжение 30 В, путем изменения нагрузки, изменяем ток нагрузки до минимального возможного значения, фиксируя каждый раз значения токов Iвх , Iн, напряжения на нагрузке и частоты. Рассчитываем значения потребляемой мощности, выходной мощности и КПД
37611. Описание и моделирование регулярных (систолических) схем 289.5 KB
  Необходимо спроектировать VHDL-модель заданного устройства одним из указанных способов согласно требованиям, сформулированным к каждому варианту задания, разработать тестирующие воздействия и выполнить моделирование работы устройства.
37612. Проведение экспериментальных работ при исследовании переходных процессов в электрических цепях 115 KB
  На экране осциллографа получаем изображение зависимости напряжения и тока конденсатора от времени.Зарисовываем осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе: Рассчитываем по осциллограмме постоянные времени разряда и заряда конденсатора по кривой uсt. На экране осциллографа получаем изображения зависимости тока и напряжения катушки от времени. Зарисовываем осциллограммы тока и напряжения катушки: Рассчитываем по осциллограмме постоянные времени при подключении и отключении катушки по кривой it.
37613. История государства и права зарубежных стран (ИГПЗС) 712 KB
  В силу конкретноисторического подхода к государственноправовым явлениям и процессам присущим тому или иному обществу на том или ином этапе его развития оперируя множеством фактов и событий политической жизни деятельности государств правительств классов и партий ИГПЗС ставит своей целью выявление исторических закономерностей развития государства и права. ИГПЗС тесно связана с другой юридической наукой и учебной дисциплиной Теорией государства и права также изучающей закономерности развития государства и права. Теория...
37614. Основи теорії транспортних процесів і систем 4.22 MB
  У цьому розділі вивчаються питання стосовно експлуатаційних властивостей транспортних засобів що використовуються для організації процесу перевезення вантажів та пасажирів. В країнах Азії до цих пір переміщення вантажів та людей за допомогою коромисел є дуже розповсюдженим. В умовах первинно общинного ладу для транспортування людей та вантажів використовувались найпростіші засоби включаючи в'ючних тварин. На сьогодні транспорт це одна із найважливіших галузей матеріального виробництва що виконує перевезення людей та вантажів.
37615. Программирование на языке ассемблера для микропроцессоров фирмы Intel 411.5 KB
  Программист или любой другой пользователь может использовать любые высокоуровневые средства вплоть до программ построения виртуальных миров и возможно даже не подозревать что на самом деле компьютер выполняет не команды языка на котором написана его программа а их трансформированное представление в форме скучной и унылой последовательности команд совсем другого языка машинного. шесть регистров сегментов: cs ds ss es fs gs; регистры состояния и управления: регистр флагов eflags flags; регистр указателя команды eip ip. Его...