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

59 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

82051. Архітектура рідного міста. Стилістичні ознаки будівель-пам’яток архітектури місцевого значення. Вивчення студентами-архітекторами стилістичних ознак будівель для поглиблення фундаментальних фахових знань 77 KB
  Мета: Підвищити рівень знань та розвинути пізнавальні можливості студентівархітекторів при вивченні архітектурних стилів; поглибити знання студентів про стилістичні ознаки будівель навчити розпізнавати памятки архітектури міста Чернівців за стилями.
82052. Ким бути? Яким бути? 54 KB
  Мета: Зясувати рівень знань учнів про професії; Розширити знання дітей про професії; Формувати інтерес до професій батьків; Розвивати вміння працювати самостійно та в групах; Розвивати вміння планувати та оцінювати свою діяльність Познайомити з поняттями майстер посада...
82053. Врятуй своє майбутнє 60.5 KB
  Пані в чорному: Шановна публіко, панове, Ми починаєм дійства мову, Що розповість не про минуле, Яке нащадки вже забули, А про сучасне піде мова... Важкою буде ця розмова. Не десь у казці, за горами, А тут і зараз поміж нами Йде боротьба зла та добра І вибрати нам всім пора.
82054. Пора навчання – світла й неповторна 60 KB
  Мета: поглибити знання учнів про святкування дня студента, історію Хорольського Міжрегіонального центру звільнених у запас військовослужбовців. Виховувати у учнів любов до життя; любов до молодості, патріотичне відношення до свого навчального закладу, вміння помічати красиве; спостережливість.
82055. О времени, о жизни, о себе... 56.5 KB
  О счастье жить дышать и понимать Как ледяное время бьется в жилах И слушать ночь течение её Стоять и петь под солнцем на горе Вот я иду по солнцу. Ты солнце рушишь изменяя время И хитрости придумываешь чтобы заставить жить меня: Мне солнце мёдом наполняет грудь Пусть звёзды гаснут рано или поздно...
82056. ПОГОВОРИМО ПРО АСТРОНОМІЮ 83.5 KB
  Познайомити учнів з новою наукою про природу - астрономію. її розділи; сформувати уяву про походження і розвиток цій науки; розвинути зацікавленість у вивченні цієї науки та спостереженні за космічними об’єктами; вміння користуватися додатковою літературою; виковувати гордість за досягнення...
82057. Тато, мама і я – дружна сім’я 59.5 KB
  Будем разом відзначати і родину шанувати. Не забути рідну мову батька щирий заповіт мами ніжну колискову що нас вивела у світ. Пісня колискова для мами Колискові вечорами нам співали наші мами а тепер пора і нам заспівать про наших мам. Радість маєш чи тривогу серце мами разом з нами.
82058. Сім’я буде щасливою коли… 155.5 KB
  На світ білому єдине, Як і Дніпрова течія, Домашнє вогнище родинне, Оселя наша і сім’я. В щасливі і в сумні години, Куди б нам не стелився шлях, Не згасне вогнище родинне В людських запалених серцях. (Д. Білоус) Тематичні питання: Які люди, що допомагають іншим, найважливіші? Чи важливо знати історію свого роду?