ЧАСТИНА II АНТЕННО – ФІДЕРНІ ПРИСТРОЇ

ЧАСТИНА II АНТЕННО – ФІДЕРНІ ПРИСТРОЇ
1.1 Мета та завдання

засвоїти студентами інформацію про антени різних типів; вміти обрати необхідну

та перешкодами між ними

б), та їх місце в каналі радіозв’язку (рис. 1.1, в).

а

б

в

Рисунок 1.1 Застосування антен:
а – як перетворювач: напруга, струм (U, I) – напруженість електричного та магнітного полів (Е, Н) – передавальна антена; б – перетворювач: Е, Н – U, I – приймальна антена; в – місце антен в каналі зв’язку.

хвиль. Конструктивно антени являють собою провід, металеві поверхні, магніто-діелектричні конструкції

– дротові (вібраторні, спіральні, решітки з

використовують:
1.3.1 основні рівняння Максвелла;
1.3.2 положення геометричної оптики;
1.3.3 принцип еквівалентності;
1.3.4 принцип

рівняння Максвелла:
(1.1)

В теорії антен вважають, що електромагнітне поле (ЕМП) існує у середовищах, параметри яких не залежать від напруженості поля. Внаслідок цього всі реальні ЕМП внаслідок лінійності рівнянь Максвелла можна представити як дискретний чи неперервний спектри гармонічних коливань.

випромінювання можна визначити з рівнянь Максвелла у комплексній формі
,

, (1.3)

(1.4)

Після відповідних операцій отримаємо загальні формули, для магнітної та електричної складових:

(1.5)

(1.6)

, (1.5а)

. (1.6а)

З використанням визначення для вільного простору

маємо:

, (1.5б)

. (1.6б)

положення:
1. Прямолінійне поширення променя (принцип Ферма):
2. Взаємна незалежність променевих трубок.
3.

густини еквівалентних струмів визначають за формулами:
,

. (1.7а)

поле випромінювача, який живить магнітний струм, можуть бути отриманими із

,

,

,

,

,

. (1.8)

w

Рисунок 1.6 До визначення дальньої зони для

. (1.9)

. (1.9a)

. (1.10)

(6.3-10)
Якщо прийняти допустимий фазовий зсув
, що не більше
,

, тоді з урахуванням, що (1.13) є справедливим для

Для вільного простору

маємо із (1.12), з урахуванням коефіцієнта поширення:

, маємо

Тобто умовою дальньої зони є

гр

гр

. (1.11)

. (1.12)

. (1.10a)

. (1.13)

. (1.14)

. (1.15)

дією вторинних джерел – дуже малі елементи хвильової поверхні.
Якщо антена

і магнітного

імпеданс в площині розташування джерел.
Джерелом поля на площині є тангенціальна

Нагадаємо максимальне значення напруженості поля для лінійного джерела:

. (1.16)

. (1.16a)

. (1.17)

. (1.18)

поверхні:
Таким чином, потужність випромінювання:
.

. (1.20)

. (1.21)

. (1.22)

. (1.23)

. (1.24)

розділити на три групи, які характеризують антену:
за властивостями випромінювання;
за інтенсивністю

– комплексна амплітуда;

– характеристика спрямованості;

– фазова характеристика спрямованості

. (1.25)

1.4.1 Характеристика і діаграма спрямованості

(1.25а)
де
– потік електромагнітної енергії за одиницю часу через

Нормовану характеристику спрямованості визначають так:

Відповідно до потужності

. (1.26)

. (1.26а)

1.8 Діаграма спрямованості в системах координат:
а – полярній; б –

(1.26)
Фазова характеристика спрямованості – це залежність фази напруженості поля від

. Вона дає можливість визначити фронт ЕМХ, що випромінює антена. З виразу (1.25) для фази електромагнітного коливання

відносно будь-якого сталого кута

, можна знайти рівняння фронту хвилі:

поширення хвилі (вектор Пойнтінга) та траєкторія вектора .

коефіцієнт поляризаційного узгодження :

(1.27)
. (1.28)
.

КСД – це відношення кутової густини потужності в заданому напрямі, що випромінює досліджувана антена, до кутової густини потужності в тому самому напрямі, яку випромінює еталонна антена, за умови, що значення потужностей випромінювання однакові.

(1.31)
.

. (1.32a)

антену
. (1.33)
1.4.5 Вхідний опір
Потужність

Вхідний опір антени має велике значення для встановлення режиму роботи фідера і генератора. Потужність, необхідну для живлення антени визначають за вхідним опором та модулем струму на вході антени. Цю потужність характеризуємо активною та реактивною складовими:

Повний опір:

(1.34)
1.4.6 Опір випромінювання
За загальновідомим визначенням потужності визначимо для антен
потужність

напруженість поля

Тоді

Провідність випромінювання

дії антени
Згідно з загальноприйнятим визначенням коефіцієнт корисної дії (ККД)

– це відношення потужності випромінювання

до потужності живлення антени

, тобто з урахуванням втрат

в антені

або

. (1.35а)

Втрати обумовлені властивостями матеріалів, які не є ідеальними, тобто

,

; а також поглинанням в ближній зоні щоглами, поверхнею землі, будівлями тощо.

живлення антени
за умови однакових значень напруженості поля в точці

. (1.36)

. (1.37)

. (1.38)

. (1.39)

перекриття діапазону:
Смуга пропускання:
Відносна смуга пропускання:
.

. (1.41)

. (1.42)

. (1.43)

. (1.40)

1.4.9 Частотні властивості антен

(1.45)
.

. (1.46)

. (1.47)

. (1.48)

. (1.49)

. (1.49a)

. (1.50)

Ефективною довжиною антени називають довжину електричного вібратора з рівномірним розподілом струму, який в напрямі максимального випромінювання створює те ж значення напруженості поля, що й антена з таким значенням струму на затискачах антени.

від антени:
Для узгодженого навантажувального кола
, тобто
,
тоді
На підставі принципу

Тоді із (1.51) з урахуванням (1.52а) маємо

Із врахуванням, що

;

;

отримаємо

. (1.51)

. (1.52)

. (1.52a)

. (1.53)

. (1.54)

. (1.55)

перший

=

– густина потужності (вектор Пойнтінга);

другий

–його називають ефективною або дійовою площею, тобто

Співвідношення

є одним із важливіших в теорії антен.

Відношення

до

називають коефіцієнтом використання площини

. (1.55a)

. (1.56)

. (1.57)

для різних антен 0,2…0,8.

Інколи

Тому, що для більшості антен УКХ діапазону, як зазначено вище G  D.

. (1.58)

. (1.58a)

. (1.57a)

. (1.59)

(1.60)
. (1.61)
Шуми антени мають

Для характеристики зовнішнього шуму, який сприймає антена використовують формулу (1.60), але стосовно опору випромінювання антени

(1.63)
Величину називають еквівалентною шумовою

– еквівалентна шумова температура антени

(1.64)
.

Потужність результатного шуму антени із узгодженням навантажувального кола є:

В формулі (1.63) перший доданок визначає складову шумової температури, спричинену зовнішніми шумами, другий – складову шумової температури, спричинену втратами в антені. Якщо КСД антени високий, основним є шум зовнішній. Якщо знехтувати опором втрат, тобто власним шумом антени, то

елементах антени, а отже, і напруженість поля поблизу антени. За

1.4.13 Допустиме значення потужності випромінювання

хвильового фронту. Всі вони характеризуються малими геометричними розмірами в порівнянні

1.5 Елементарні випромінювачі

поля диполем Герца
. (1.66)
.

. (1.67)

площині; б – в азимутній площині

диполем
. (1.68)
.

модель площини елемента Гюйгенса в прямокутній системі координат, б –

. (1.69)

. (1.69a)

), б

електромагнітні хвилі.
Класифікація антен є ускладненою внаслідок різноманітних ознак. Найкраще класифікувати

1.6 Висновки

геометричної оптики;
-принцип еквівалентності;
-принцип переставної двоїстості;
-критерій дальньої зони поля випромінювання антени;
-принцип

розподіл поля випромінювання в навколишньому просторі. Діаграму спрямованості характеризують головною

координат кутів за незмінної відстані від випромінювача. Вона дає можливість

антену:

Опір випромінювання визначають за формулою:

ККД антени – це відношення потужності

до реальної потужності живлення антени за умови однакових значень

, за умови

струму, який в напрямі максимального випромінювання створює те ж значення

шумову температуру, яка характеризує потужність теплових шумів, що виділяється транзистором