РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН И АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА (АФУ) Руководитель

«СВЯЗЬ» АГТУ
Олег Николаевич Пищин
АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Лекция 3: ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

ПАРАМЕТРЫ И РАСЧЁТ ПОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ АНТЕНН (часть 2)

дальней зоне от угловых координат точки наблюдения P. Фазовую диаграмму

изображают в прямоугольных или полярных координатах, а значение фазы отсчитывают от значения ее в направлении главного максимума ДН.
Фазовая характеристика (ФХ) – это зависимость фазы поля, создаваемой антенной в дальней зоне, от направления при постоянном расстоянии от антенны. ФХ представляет собой аргумент комплексной ДН. Для характеристики фазы излучаемого поля удобно рассматривать эквифазные поверхности, тесно связанные с ФХ. Эквифазная поверхность (фронт волны) представляет собой поверхность в пространстве, во всех точках которой в данный момент фаза поля одинакова.

ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА И ХАРАКТЕРИСТИКА

В ряде случаев знание ФХ антенны весьма необходимо. Например, при использовании антенны в качестве облучателя параболоида вращения следует убедиться в том, что ее эквифазные поверхности близки к сферам. Совмещая далее фазовый центр облучателя с фокусом параболоида, обеспечиваем нормальную работу зеркала создаем на выходе плоский фронт волны. Заметим, что в рассмотренном примере, как и во многих других случаях, необходимо узнать характер ФХ антенны в определенном телесном угле, а именно, в пределах главного лепестка ДН. Если антенна фазового центра не имеет, но в пределах определенного телесного угла (например, в пределах угла раскрыва параболоида) эквифазная поверхность близка к сфере, то центр последней можно принять за условный фазовый центр антенны

передачи) — отношение мощности радиоизлучения, создаваемого антенной, к мощности радиочастотного

сигнала, подводимого к антенне. Часть подводимой к антенне мощности теряется на тепло (нагревание элементов антенны), Другая часть подводимой мощности излучается в пространство.
Коэффициент полезного действия определяет способность антенны преобразовывать подводимую к ней энергию в излучаемую:

Ƞ = Р∑/(Р∑+РП)

Ƞ = R∑вх/Rвх

где – РП мощность активных потерь в антенне; R ВХ- активная часть входного сопротивления антенны.

Потери в антенне складываются из потерь в металлических конструкциях, диэлектрике и изоляторах. Формула записана для антенны, согласованной с фидером. В рассогласованном режиме иногда учитывают потери, связанные с отражением от входа антенны части подводимой к ней мощности

. Эти зависимости называются частотными характеристиками антенны. Диапазонные свойства антенны

оцениваются либо зависимостью от частоты наиболее важной характеристики для данной технической задачи, либо тем параметром антенны, который наиболее резко зависит от частоты. Обычно таким параметром является входное сопротивление антенны. Если в полосе частот ∆ f со средней частотой f0 характеристики и параметры антенны сохраняют свои значения в заданных пределах, отношение

∆F = (∆ f/ f0) ∙100%

называется относительной полосой пропускания антенны. По величине антенны делятся на:
- узкополосные, если ∆F < 10%;
- широкополосные, если 10% < ∆F < 40%;
- сверхширокополосные, если ∆F > 40%.

(сложения), отражающий свойство электромагнитного поля: поля нескольких источников в данной

точке пространства складываются векторно. Применительно к задаче определения поля заданной антенны в дальней зоне использование этого принципа заключается в следующем: вся антенна разбивается на элементарные части, находится поле каждой элементарной части, а затем эти поля суммируются.

ПРИМЕНЕИЕ ПРИНЦИПА СУПЕРПОЗИЦИИ К РАСЧЁТУ ПОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ АНТЕНН

 
Свойства антенн при­нято изучать главным образом в передающем режиме, поскольку характеристики антенн в приемном режиме наиболее просто мо­гут быть определены через характеристики тех же устройств в передающем режиме с помощью принципа взаимности.
Изучение свойств передающих антенн начинаются с определения электромагнитного поля, созданного произвольной антенной, на­ходящейся в свободном пространстве, при условии, что для этой антенны решена так называемая внутренняя задача. Для металлических антенн, это означает, что распределение электрических токов – источников электромагнитного поля – известно во всех точках антенны.

токов, каждый из элементарных участков которых можно рассматривать как излучение

элементарных магнитных вибраторов (ЭМВ). Хотя магнитные токи в природе не существуют, их формальное ведение оказывается чрезвычайно полезным при анализе, например, антенн, выполненных в виде длинной узкой щели в металлическом экране.
В ряде случаев, когда распределение тока по антенне либо неизвестно, либо слишком сложно, однако из каких-либо априорных соображений известно распределение поля вблизи антенны (например, для апертурных антенн, в частности для антенн параболического типа), найти излучаемое антенной поле можно с помощью принципа эквивалентности. Согласно этому принципу излучение реальных электрических токов заменяется излучением эквивалентных поверхностных электрических и магнитных токов, распределенных в точках воображаемой произвольной поверхности , окружающей антенну.
антенны.

ПРИМЕНЕИЕ ПРИНЦИПА СУПЕРПОЗИЦИИ К РАСЧЁТУ ПОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ АНТЕНН

дальней границы которой значительно меньше размеров антенны . Дальняя зона

- это область пространства вокруг антенны, расстояние до ближней границы которой - значительно больше размеров антенны и длины волны. Дальняя зона простирается до бесконечности. Из всех точек дальней зоны антенна видна в виде точки независимо от ее размеров. При этом радиусы-векторы и на рисунке практически параллельны друг другу.
Между ближней и дальней зонами располагается промежуточная зона.

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЁТА ПОЛЯ В ДАЛЬНЕЙ ЗОНЕ

полей. С ростом расстояния амплитуды активного и реактивного полей уменьшаются.

СВОЙСТВА ПОЛЯ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ

2. В реактивном поле векторы Е и Н взаимно перпендикулярны и сдвинуты по фазе на 900.
Вследствие этого средний за период колебания поток мощности равен нулю. Т.е. в реактивном поле половину периода колебания вектор плотности потока мощности направлен от антенны, вторую половину периода - к антенне. Кроме того, мощность циркулирует по поверхности сфер

и перпендикулярны направлению распространения волны (радиус-вектору r). Сдвиг по фазе

между векторами E и H равен нулю, поэтому средний за период поток мощности отличен от нуля. Активное поле переносит мощность, излучаемую антенной, в дальнюю зону (через ближнюю и промежуточную зоны).

СВОЙСТВА ПОЛЯ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ

4. Активное поле представляет собой сферическую волну

5. В дальней зоне амплитуды векторов и в активном поле существенно больше по сравнению с реактивным полем.

Необходимость знания поля в промежуточной и ближней зоне связана с расчетом входного сопротивления антенн и эффектов взаимной связи между близко расположенными антеннами (проблема электромагнитной совместимости (ЭМС)). А также влияния поля антенны на обслуживаю­щий персонал. Кроме того, знание структуры поля в ближней или промежуточной зоне позволяет путем соответствующего пересчета определять ДН антенны в дальней зоне. Это используется на практике для больших антенн, у которых размеры дальней зоны чрезмерно велики, что затрудняет непосредственное измерение ДН в дальней зоне.

действия антенны;
3. Дать определение коэффициента усиления антенны;
4. Дать определение фазовой

диаграммы антенны;
5. Дать определение коэффициента полезного действия антенны.
6. Дать определение шумовой температурой антенны.
7. Ближняя зона излучения антенны
8. Дальняя зона излучения антенны
7. Свойства поля в ближней и дальней зоне

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

3-х частях: Методическое пособие по курсу «Антенны и устройства

СВЧ» для студентов специальности «Радиотехника». - Мн.: БГУИР, 1997.- 88с.
2. ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения
3.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B0 (дата обращения: 14.01.2010)
4. Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. - М.: Радио и связь, 1996. - 486 с.
5. Шифрин Я.С. Антенны. – Х.: ВИРТА, 1976.
6. Гошин Г. Г. Устройства СВЧ и антенны. Учебное пособие в двух частях. Часть 2. – Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, - 2003, Часть 2: Антенны. – 130с.

ЛИТЕРАТУРА

Спасибо за внимание!