Электрические характеристики антенн. Лекция 2

1.

2.

3.

4.

2. Электрические характеристики антенн
№4
Несмотря на многообразие принципов построения, способов и областей
применения антенных устройств, их свойства описываются общими
электрическими характеристиками, которые иногда называют параметрами.
Принципиально любая пассивная антенна, в соответствии с принципом
обратимости (взаимности), может работать как в качестве передающей, так и в
качестве приемной.
В конструктивном отношении приемные и передающие антенны могут быть
различными, поскольку они работают с разными уровнями мощности.
Электрические характеристики антенн могут рассчитываться или измеряться
как в режиме передачи, так и в режиме приема.
Рассмотрим основные электрические параметры антенн

5.

Роль и предназначение антенн
Прд.
75 Ом
120 Ом
75 Ом
(своб.пространство)
Прм.
Функции антенн: – преобразование энергии:
высокочастотного
тока в энергию
ЭМП
ЭМП в энергию
высокочастотного
тока
- согласование сопротивлений
Z прд. А Z среды распр. Z прм. А

6.

Параметры антенн
переда
ющих
коэффициент
усиления.
приемных
обратимость;
входное сопротивление
(активное и реактивное);
коэффициент
направленного
действия;
мощность излучения;
КПД;
характеристика направленности;
диаграмма направленности;
поляризация;
диапазон рабочих частот.
эффективная
поверхность
антенн.

7.

8.

ОБЩИЕ
IA
Z Ф
Ф i0
XА
Rп
RА
параметры антенн
Входное сопротивление
антенны
Z А RА iX А R Rп iX А
R
РА
Согласование:
Z А Z Ф
RА Ф
Х А 0
2
I A RА
2
Мощность
излучения
2
2
I R I Rп
2
2
Р
Рп
Мощность
потерь
КПД:
Р
РА
R
Р
Р Рп R Rп

9.

ОБЩИЕ
параметры антенн
Характеристика направленности
зависимость амплитуды напряженности
поля от направления на одинаковом
расстоянии от антенны
J
ненормированная
f , E , r const
ст
r const
нормированная
f ,
E ,
F ,
f max , Emax , r const
900
1
00
900
180 0
270 0
000 180 0
360
1
0,6
0,2 0
0,4
0,8 1
00

10.

ОБЩИЕ
параметры антенн
Ширина диапазона рабочих
частот
f max f min
f
100 %
f ср f max f min
- определяется по постоянству ZА
Поляризация ЭМВ
линейная
эллиптическая
(круговая)

11.

Параметры
ПРИЕМНЫХ
антенн
Коэффициент направленного действия
показывает во сколько раз большую мощность нужно подвести
к ненаправленной антенне по сравнению с мощностью,
подводимой к направленной антенне для получения на равном
расстоянии равной напряженности поля
D
P 0
P
r const
E Emax
Эффективная поверхность антенн
показывает какая часть поверхности антенны участвует в
сборе энергии проходящей волны
30
2
lд G
А
RА
4
2

12.

Параметры
ПЕРЕДАЮЩИХ
антенн
Коэффициент усиления
показывает во сколько раз большую мощность необходимо
подвести к эталонной антенне без потерь по сравнению с
мощностью, подводимой к реальной антенне для получения на
равном расстоянии равной напряженности поля
G
PA 0
PA
r const
E Emax
D
Варианты обозначений:
G 30 дБи
G 30 дБс
- по отношению к изотропному
излучателю
- по отношению к симметричному
вибратору
30 dBi
30 dBs

13.

Действующая длина антенны
№17
Действующая длина антенны, т.е. длина антенны с равномерным
распределением тока, равным току на ее зажимах, создающая в направлении
максимального излучения ту же напряженность поля, что и рассматриваемая
антенна. Это в режиме передачи.
l
lд
IА
Это параметр проволочных антенн
В режиме приема:

14.

15.

3. Поляризационные характеристики антенн
№18
Существуют антенны, рассчитанные на излучение или прием
линейной или вращающейся поляризаций поля.
Электромагнитные волны линейной и вращающейся поляризаций можно
представить в виде суперпозиций двух составляющих векторов Ēθ и Ēφ или
Ēв и Ēг в определенном сочетании их амплитуд и фаз.
Поляризацию поля в плоскости, проходящей через направление
максимального излучения называют главной или основной
поляризацией, например меридиальная составляющая при линейной
поляризации Еθ.
В других плоскостях обычно имеется составляющая
перпендикулярная основной, например составляющая Еφ.
Тогда эту составляющую поля вектора Ē называют поперечной,
паразитной, вредной или кроссполяризацией.

16.

Поляризационный коэффициент
№19
Ē = Ēθ + Ēφ
Е θ, θ0 Еθ θ, 0 Е θ, е .
iψ
При наличии двух компонентов вектора Ē поляризация в общем
эллиптическая и как частный случай может быть линейной или
круговой. Поэтому относительно содержание составляющих Еθ или Ев и
Еφ или Ег характеризуют поляризационными коэффициентами:
pθ
E
Eθ
P
P θ
или
Eθ
p
E
P θ
.
P
p θ, θ0 pθ θ, 0 p θ, .

17.

Коэффициент эллиптичности me
№20
Наряду с поляризационной характеристикой вида р(θ,φ)
пользуются коэффициентом эллиптичности me.
Величина me = b / a определяется отношением амплитуд
напряженности поля поляризационного эллипса вдоль малой (b) и
большой (a) полуосей. В случае линейной поляризации mе = 0, а при
круговой поляризации mе = 1.
Зависимость коэффициента эллиптичности mе(θ,φ) от направлений в
пространстве определяет поляризационную характеристику и
соответственно поляризационную диаграмму.
z z0
x
E (t ) E
max
b
y
a
Emin
me b a Emin Emax .

18.

Поляризационное согласование
антенны и сигнала
E θ,
lд lθ l e
iψ А
№21
Eθ2 θ, E 2 θ, ,
,
ε А Eθlθ E l e
i ψА +ψв
.
Коэффициент согласования антенны по поляризации ξпол.
2
2
2
пр
А
пол.
2
пр
А п
пр max
А max
λ Е D
P
η ξ ,
π 960
ξ
Р
Р
1.
Коэффициент ξп может изменяться от нуля до единицы.
Антенна, имеющая ξп = 1 полностью согласована с поляризацией
принимаемой радиоволны.
Если ξп=0, то приемная антенна полностью поляризационно
развязанная с принимаемым сигналом.

19.

ВЫВОДЫ
№22
Таким образом, передающая антенна распределяет
излучаемую мощность радиосигнала по определенному
закону в окружающем пространстве.
Приемная антенна выполняет функции преобразования
свободно распространяемых радиоволн, пришедших в
пункт приема, в направляемые электромагнитные волны,
воздействующие на входное устройство приемника.
Антенные устройства осуществляют непосредственный контакт с
окружающим пространством, поэтому они не должны
экранироваться.
Другие элементы радиолинии (передатчик, приемник, фидерный
тракт) в некоторых случаях также могут излучать или принимать
ЭМВ. Однако, в них эффект излучения или приема радиоволн
является вредным, а такое излучение называют «антенным
эффектом».