Диаграмма направленности антенны. Способы представления: в прямоугольной системе координат; полярной системе координат; картографическое изображение.

ЭМ поле в дальней зоне можно представить следующим образом:

,

где — комплексная амплитуда электрического тока в выбранной точке А излучающей системы (обычно в максимуме распределе­ния или на входе);

— характеристическое сопротив­ление среды;

λ — длина волны в среде;

h_д — коэффициент пропор­циональности, называемый действующей длиной антенны.

В самом общем случае комплексное векторное значение диаграммы направленности:

.

Наибольшее распространение получили амплитудные диаграммы направленности.

Амплитудная диаграмма направленности по полю F(θ,φ). Эта вещественная положительная функция нормируется таким обра­зом, что max F(θ, φ) = 1. Очевидно, что квадрат F²(θ, φ) совпадает с нормированным угловым распределением вектора Пойнтинга.

Амплитудная ДН антенны может быть получена как расчетным, так и экспериментальным путем. Для ее наглядного представле­ния привлекают различные способы графического изображения. Наиболее часто встречаются тороидальные, игольчатые, веерные и косекансные диаграммы направленности.

Х арактерной особенностью тороидальной ДН (рис.а) яв­ляется почти равномерное излучение в плоскости, перпендикуляр­ной оси тороида. Область применения антенн с тороидальными ДН — радиосвязь, радионавигация и радиовещание. Игольчатые ДН имеют на фоне многих боковых лепестков ярко выраженный главный лепесток почти симметричной формы (рис.б). В веер­ных ДН (рис.в) ширина главного лепестка в двух взаимно перпендикулярных плоскостях сильно отличается. Антенны с игольчатыми и веерными ДН применяют в радиолокационных станциях и связных радиосистемах. В косекансных ДН веерный главный лепесток имеет несимметричную форму (рис.г) при­чем его рабочая часть в одной из плоскостей (обычно вертикаль­ной) определяется уравнением F(e)=cosec6, а в другой плоскости лепесток симметричен и имеет малую ширину.

Косекансные ДН предпочтительны для самолетных РЛС обзора земной поверхности и для наземных РЛС наблюдения за воздушной обстановкой Ра­бочая часть косекансной ДН обеспечивает примерно одинаковую интенсивность отраженных сигналов при различных наклонных дальностях до цели.

Пространственное изображение функции F(θ, φ), подобно изоб­ражению на рис. выше, является сложным для построения и малоин­формативным. Поэтому о форме пространственной ДН обычно су­дят по ее сечениям в выбранных плоскостях. Для слабонаправ­ленных антенн используют главные сечения сферической системы координат: экваториальную плоскость и пару меридиональных плоскостей. Для остронаправленных игольчатых и веерных ДН ча­ще выбирают пары перпендикулярных сечений, проходящих через направление максимального излучения. Одно из сечений берется в плоскости, где главный лепесток ДН имеет наименьшую ширину. Для антенн линейной поляризации может также использоваться пара сечений, параллельных векторам Е и Н.

Для сечений ДН используют полярные или декартовы коорди­наты в различных амплитудных масштабах: линейном (по полю), квадратичном (по мощности) или логарифмическом (шкала деци­бел). Различные способы представления одной и той же двумер­ной ДН показаны на рис. ниже. Полярные ДН наглядны, од­нако по ним трудно опреде­лять угловые положения экс­тремумов излучения. Квад­ратичный масштаб имеет тенденцию к скрадыванию боковых лепестков и поэто­му непригоден для изобра­жения ДН антенн с низким уровнем бокового излучения.

Р ис. – способы изображения двумерных ДН антенн:

а — полярная ДН по полю; б — декартовая ДН по полю и по мощности; в — декартовая ДН в лога­рифмическом масштабе

С развитием средств ма­шинной графики наметилась тенденция применения кар­тографических методов изоб­ражения трехмерных (прост­ранственных) ДН. Исполь­зуется подходящая сетка угловых координат, на кото­рую наносят замкнутые ли­нии уровня функции F(θ, φ). Уровни маркируют цветом или численным указанием. В простейшей равнопромежуточной проекции использует­ся квадратная координатная сетка по направлениям (θ, φ) (рис. внизу). Такая проекция удобна для изображения главных лепестков с не­которой окрестностью бокового излучения.