2. Назначение и классификация антенн

Антенна - это устройство, предназначенное для излучения (пе­редающая антенна) и приема (приемная антенна) ЭМВ. Одна и та же антенна может выполнять функции передающей и при­емной (свойство обратимости).

Передающая антенна осуществляет преобразование энергии ВЧ-колебаний, поступающих от передатчика РЭС, в ЭМВ, распространяющиеся от антенны в окружающее простран­ство.

Приемная антенна улавливает ЭМВ источников из­лучения и преобразует их в энергию ВЧ-колебаний, поступающих на вход приемника.

Антенны классифицируют по нескольким признакам (не под запись):

по на­значению антенны делятся на передающие, приемные и приемо­передающие,

в зависимости от области применения — на радио­локационные, радиосвязные, радионавигационные, телевизионные и др.;

по диапазону рабочих частот — на антенны мириаметровых волн, КМВ, ДКВ и УКВ;

по принципу действия и конструкции антенны подразделяют на проволочные, щелевые, акустического типа (волноводные и рупорные), оптического типа (зеркальные, линзовые), спиральные, поверхностных волн,

по геометрии излучающих элементов - на линейные антенны и ан­тенны с излучающим раскрывом (апертурой),

по распределению в пространстве излучаемой энергии ЭМВ - антенны делятся на на­правленные и ненаправленные.

Кроме того, антенны подразделяют также по способу управления положе­нием диаграммы направленности антенны (с механическим, элек­тромеханическим и электрическим сканированием), по месту установки (наземные, подземные, корабельные, самолетные). Воз­можна классификация антенн и по другим признакам.

3. Основные характеристики и принцип действия антенн авиационных рэс различного назначения

3.1. Основные характеристики антенн авиационных рэс

К основным характеристикам - антенн относят:

- диаграмма направленности антенны (ДНА),

- ширина диаграммы направленности,

- коэффициент направленного действия,

- КПД,

- коэффициент усиления антенны,

- эффективная площадь антенны.

ДНА характеризует способность антенны концентрировать ВЧ энергию в определенном направлении.

Различают диаграмму направленности по напряженности и по мощности.

Диаграмму направленности по мощности определяют как отношение

,

где: П (Ф,Θ,Д) - плотность потока мощности на направлении и удалении Д, создаваемая реальной антенной;

П_НН=Р_ИЗЛ/4πД² - плотность потока мощности, создаваемая на этой же дальности Д ненаправленной (изотропной) антенной;

Р_ИЗЛ - мощность излучения, одинаковая для обеих антенн.

Диаграмма направленности антенны по напряженности определяется при одинаковой мощности Р_ИЗЛ направленной и ненаправленной антенны, следующим образом:

,

где: – напряженность поля в заданной точке , создаваемая реальной антенной.

Е_НН (Д) – напряженность поля на дальности Д, создаваемая изотропной антенной.

Поскольку плотность потока мощности пропорциональна квадрату напряженности поля, то

.

В пространстве ДНА по мощности – это объемная фигура, ограниченная замкнутой поверхностью .

В общем случае ДНА по мощности представляет собой несколько объемных лепестков. Как показано на рисунке 2, форма ДНА может быть тороидальной, игольчатой, веерной, косекансной.

Рис. 2. Диаграмма направленности антенн:

тороидальная (а); игольчатая (б); веерная (в); косекансная (г);

1 - главный (основной) лепесток; 2 - боковые лепестки; 3 - задний лепесток

Изобразить пространственную ДНА довольно сложно, поэтому пользуются ее сечениями: и .

При этом - ДНА в горизонтальной плоскости, а - ДНА в вертикальной плоскости.

Плоские ДНА изображаются в полярной или прямоугольной системах координат, как показано на рисунке 3, а и б – соответственно.

Рис. 3. Диаграмма направленности антенны в полярной (а) и

в прямо­угольной (б) системах координат

Ширина ДНА ( или ) – это угол, образованный двумя лучами, в пределах которого или .

Здесь - максимальное значение пространственной ДНА.

В теории доказано, что ширина ДНА обратно пропорциональна соответствующему размеру антенны:

,

где: d_АГ, d_АВ – горизонтальный и вертикальный размеры антенны.

Коэффициент направленного действия (КНД) характеризует степень концентрации мощности в направлении максимального излучения и по определению равен максимальному значению пространственной ДНА, то есть:

.

КНД зависит от ширины ДНА по соответствующей координате:

.

КПД антенны определяется как отношение мощности сигнала, излучаемого антенной, к мощности, поступающей в антенну от передатчика:

,

на практике = 0,7……0,9.

КПД характеризует эффективность преобразования антенной подводимой к ней ВЧ-энергии в энергию ЭМВ.

Коэффициент усиления антенны (К_А) определяется аналогично КНД, но с учетом потерь в антенне:

.

Эффективная площадь антенны по смыслу определяет принимаемую антенной мощность Р_ПРМ=П_А , где П_А – плотность потока мощности принимаемой радиоволны.

Обычно она составляет (0,7….0,9) от величины геометрической площади раскрыва (апертуры) антенны.

Она так же характеризует направленность антенны, как и , так как

.