1. Диаграмма направленности (дн).

Диаграмма направленности – величина напряженности поля, излучаемая антенной, зависящая от положения точки наблюдения.

азимут, угол места

Функциональное описание этой зависимости производят в сферической системе координат (R, ).

В дальней зоне напряженность электромагнитного поля:

(1),

М ДЗ (дальняя зона), r_m , r_m ;

где - волновое число,

_{L -} размеры излучающей системы;

_{A –} множитель, пропорциональный или амплитуде тока (проволочные) или напряженности поля в раскрыве (апертурные) и являющиеся функцией размеров антенн;

векторная комплексная диаграмма направленности, которая характеризует изменение амплитуды, фазы и направление вектора напряженности поля от угловых координат на сфере фиксированного радиуса.

F( - изменение амплитуды вектора, амплитудная диаграмма направленности (АДН);

фазовый сомножитель, фазовая диаграмма направленности (ФДН), показывает изменение фазы;

поляризация диаграммы направленности.

Амплитудная диаграмма направленности (АДН).

Наглядное представление о распространении энергии электромагнитной волны в пространстве дает АДН. АДН по полю – зависимость амплитуды напряженности создаваемого антенной поля от угловых координат .

АДН характеризует изменение амплитуды поля при перемещении точки наблюдателя по сфере фиксированного радиуса:

(1.7).

Как правило, на практике используют нормированную диаграмму направленности. Нормировка достигается делением на максимальное значение:

(1.8).

АДН является трехмерной фигурой. Как правило, диаграмму направленности изображают в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, в плоскости E и плоскости H.

АДН может быть изображена в полярной системе координат.

Δ ширина диаграммы направленности (в плоскости E или H),

УБЛ - уровень боковых лепестков, для определения выбирают max лепесток.

Для лучшего наблюдения боковых лепестков АДН представляют в логарифмическом масштабе, т.е. нормированная АДН

F_дб( = 20lgF_н(

- диаграмма направленности по мощности. Ширину диаграммы направленности по мощности определяют по уровню 0,5 от мах значения.

F_дб( = 10lgP( .

Вибратор:

ДН в горизонтальной плоскости в декартовой системе координат:

ДН в вертикальной плоскости в декартовой системе координат:

ДН в горизонтальной плоскости в полярной системе координат:

ДН в вертикальной плоскости в полярной системе координат:

Игольная диаграмма направленности.

Веерная диаграмма направленности

(сжатая в одной плоскости, обычно в горизонтальной, а в вертикальной – расширенная)

Косеконсная диаграмма направленности

Такие ДН желательно иметь в самолетных РЛ объектах и РЛС дальнего обнаружения. В пределах действия РЛС уровень отрицательного сигнала постоянный.

ДН специальной формы в вертикальной плоскости определяется уравнением:

E = E₀cosec .

Узкие ДН удобно представлять в декартовой системе координат.

Если необходимо отразить большой динамический диапазон по амплитуде, то используют логарифмический масштаб.

Важными характеристиками ДН с выраженной областью преимущественных излучений являются: направление главного максимума – ₀, 2Δ , УБЛ, КНД.

а) ₀ – направление главного максимума;

б) 2Δ - определяется по 0,707*F( или 0,5*P_MAX и -3дБ в логарифмическом масштабе;

в) . Для нормированной ДН УБЛ = F( _УБЛ.

2. КНД - показывает, во сколько раз должна быть увеличена излучаемая мощность при замене направленной антенны на ненаправленную, чтобы напряженности поля, создаваемые ими в точке наблюдения, были одинаковыми.

Обычно КНД определяют в направлении максимума излучения и обозначают через Д_m. КНД в произвольном направлении связан с Д_m отношением:

,

;

F²( – функция, описывающая пространственную ДН.

;

Для узких ДН Д_m .

КНД показывает, во сколько раз должна быть увеличена излучаемая мощность при замене антенны на ненаправленную для того, чтобы напряженность поля в точке приема оставалась постоянной.

(1.10)

В общем случае КНД является функцией угловых координат. Когда же это значение характеризуется 1 числом, имеется в виду направление главного максимума.

(1.11)

(1.12)

Для остронаправленных антенн (антенн с узкой ДН) существует эмпирическая зависимость:

- ширина ДН, измеряемая в 2х взаимно перпендикулярных плоскостях.