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

52 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

81195. Механизм разработки государственного интереса 35.1 KB
  В целом сущность социальных технологий можно определить как инновационную систему методов выявления и использования скрытых потенциалов социальной системы получения оптимального социального результата при наименьших управленческих издержках. Характерными чертами социальных технологий повышения эффективности управления являются: научное обоснование оптимальных пропорций и темпов создания условий необходимых для повышения экономического и социального развития что требует анализа социальноэкономических факторов влияющих на эффективность...
81196. Конфуцианство и его роль в жизни китайского общества 23.48 KB
  Основатель Кунцзы или Конфуций. Конфуций жил в эпоху крупных социальных и политических потрясений: гибла власть чжоуского правителя нарушались патриархальнородовые нормы разрушался сам институт государства. Конфуций заимствовал первобытные верования: культ умерших предков культ Земли и почитание древними китайцами своего верховного божества и легендарного первопредка Шанди. Конфуций был обожествлен а учение превратилось в религию.
81198. Синтоизм как национальная религия Японии 24.16 KB
  Императорский двор стал руководить деятельностью главных синтоистских храмов; наиболее важные обряды стал совершать император объявленный в 7 в. буддизм играл преобладающую роль в религиозной жизни страны многие японцы стали исповедовать две религии. постепенно стал восстанавливать своё влияние и несколько модернизировал своё учение.
81199. Вероучение и культ синтоизма 22.07 KB
  Священными книгами синтоизма считаются Кодзики и Нихон секи. Кодзики содержит мифы космогонического и героического характера. Нихон секи представляет собой в основном японские исторические хроники есть там и мифы о происхождении мира и Японии частично повторяющие сюжеты Кодзики.
81200. Специфика зороастризма 22.95 KB
  Выделяют два самых важных божества: Ахура – Мазда светлое божество олицетворявшее мудрость правду и Ангра – Манью тёмный бог. прежде всего почитался АхураМазда осознававшийся как Богтворец воплощение и носитель блага. Демонов противостоящих ахурам возглавляет главный носитель зла АнхраМанью. Борьба Ахура Мазды и Анхра Манью изначальна бескомпромиссна и каждый человек должен занять свою личную позицию в ней.
81201. История формирования иудаизма 26.17 KB
  Выделяют различные периоды формирования и развития иудаизма. Возникновение иудаизма как религии принято связывать с именем Моисея получивший на горе Синай через Откровение десять заповедей образовавших основу монотеизма и религиозной этики. формируются основные черты иудаизма: строгий монотеизм централизация культа канонизация священных книг появлению веры в сверхъестественную помощь для освобождения от угнетателей и веры в избавителямессию.
81202. Догматы и культ иудаизма 26.33 KB
  Центральная доктрина иудаизма вера в единого Бога который бессмертен вечен всемогущ вездесущ и безграничен. В соответствии с нормами иудаизма верующий поддерживает связь с Богом через молитву а божья воля открывается человеку через Танах.
81203. Структура Ветхого завета в иудаизме 22.12 KB
  Книги Ветхого Завета были написаны в период с XIII по I в. Ветхий Завет состоит из следующих книг: 1 Книги закона Тора Учение или Пятикнижие Моисеево составление книг приписывается Моисею: Бытие сотворение мира и человека рай первые люди грехопадение размножение человечества всемирный потоп Ной патриархи родоначальники еврейского народа Авраам Исаак Иаков Иосиф с братьями поселение евреев в Египте; Исход Моисей 10 заповедей освобождение из плена; Левит религиозное законодательство; Числа законодательство и...