Основные параметры антенн
Коэффициент усиления (КУ) - это число, показывающее во сколько раз плотность потока мощности П(θ,φ) реальной (направленной) антенны больше плотности потока мощности ПЭ (θ,φ) эталонной (ненаправленной) антенны для этого же направления и на том же удалении при условии, что мощности, подводимые к антеннам одинаковы:
. (4)
На практике, говоря о КУ, подразумевают его значение в максимуме диаграммы направленности антенны (ДНА). Оно обозначается Gmax и при известной ширине ДНА может быть определено из выражения:
, дБ, (5)
где θ0,5 и φ0,5 – ширина ДНА в главных плоскостях.
В составе многих РЭС используются антенны так называемого апертурного типа, в которых излучение или прием электромагнитной энергии происходит через некоторую поверхность (в простейшем случае – плоскость). К антеннам этого типа относятся зеркальные, рупорные, линзовые и некоторые другие виды антенн. В инженерных расчетах можно использовать следующую формулу для расчета КУ таких антенн:
, дБ, (6)
где Sa – эффективная площадь раскрыва антенны, м2; Sр – геометрическая площадь раскрыва антенны, м2; kИП – коэффициент использования площади раскрыва антенны, лежащий для разных типов апертурных антенн в пределах 0,5…0,85.
Для ближней зоны КУ антенны можно оценить по формуле: , дБ. (7)
В случае использования параболической зеркальной антенны с известным диаметром раскрыва зеркала D, ее КУ может быть с приемлемой для инженерной практики точностью рассчитан по следующей формуле:
, дБ. (8)
Диаграмма направленности антенны (ДНА).
ДНА по напряженности поля - это зависимость амплитуды напряженности электромагнитного поля, излучаемого антенной, от угловых координат в пространстве при одинаковом расстоянии до нее. Причем, выбор расстояния ограничен требованием нахождения измерителя в дальней зоне (зоне излучения) антенны. Нормированная ДНА по напряженности обозначается следующим образом:
, (9)
Здесь θ, φ и r - координаты точки наблюдения в сферической системе координат.
Реально, при изучении электромагнитного поля в дальней зоне антенны ограничиваются рассмотрением только ДН по электрической составляющей ЭМП - E(θ,φ), т.к. здесь величины Е и Н связаны между собой волновым сопротивлением свободного пространства: W0 = 377 Ом и Н = Е / W0 .
ДН по плотности мощности (по мощности) - это зависимость плотности потока мощности ЭМП, излучаемого антенной, от угловых координат в пространстве. Нормированная ДН по мощности обозначается следующим образом:
. (10)
Таким образом, ДН антенны по мощности равна квадрату ее ДН по напряженности поля.
Зная нормированные ДНА, можно, обратно решая задачу, определить напряженность поля и плотность потока мощности в произвольном направлении:
Е(θ,φ) = Еmax FЕ(θ,φ); Н(θ,φ) = Нmax FН(θ,φ); П(θ,φ) = Пmax F2(θ,φ). (11)
Следует иметь ввиду, что в общем случае любая антенна может излучать или принимать электромагнитные волны (ЭМВ) любой поляризации. Поэтому существуют понятия ДНА по основной и паразитной (кроссполяризации) поляризации, которые существенно отличаются друг от друга. Вид ДНА по основной поляризации представлен на рисунке 1.
Рис.1
φ – угол наблюдения, образуемый направлением от токи расположения антенны до точки наблюдения направлением главного лепестка ДНА;
φ0,5 – ширина ДНА по уровню половинной мощности (по уровню -3 дБ);
φ0 - ширина ДНА по нулям.
Реальные ДНА, как правило, отличаются от теоретических, поэтому при расчетах ЭМС используют их усредненные математические модели. Их еще называют гарантированные огибающие ДНА, т.к. они являются результатом аппроксимации экспериментальных ДН реальных антенн.
Рис. 2.
Важным параметром любой антенны, влияющим на ЭМС РЭС является кроссполяризационная защита. Она количественно определяется коэффициентом поляризационной защиты:
, (12)
где Gоп(φ) и Gкп(φ) - коэффициенты усиления антенны по основной поляризации и кроссполяризации, соответственно.
Зависимость XPDа(φ) имеет сложный характер, связанный с конструктивными особенностями антенны, однако для всех типов антенн максимум зависимости XPDа наблюдается при φ = 0о, т.е. на главном направлении приема или вблизи оси ДНА. Для антенн с линейной поляризацией (вибраторных, директорных, рупорных и др.) коэффициент поляризационной защиты лежит в пределах 25 дБ ≤ XPDа max ≤ 40 дБ.
Коэффициент защитного действия.
Коэффициент защитного действия Кзд характеризует разность КУ антенны в направлении максимума главного лепестка и с обратного направления и определяется выражением:
. (13)
Значения Кзд для современных антенн РЭС лежат в пределах 20…70 дБ.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|