Частина перша. Основи аналізу антен
ЗМІСТ
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ…………………………………………………..…..4
ПЕРЕДМОВА…………………………………………………………...…….6
Розділ 1. Основні відомості про антени та їх діаграми
спрямованості…………………………………………………..7
. Призначення та класифікація антен………………………………7
1.2. Діаграми спрямованості та їх складові……………………..……10
1.3. Амплітудні діаграми спрямованості…………………………….12
1.4. Графічне представлення діаграм спрямованості……………….20
1.4.1. Полярна та сферична система……………………………...20
1.4.2. Прямокутна система………………………………………...30
1.4.3. Картографічне представлення………………………………35
1.5. Фазова діаграма спрямованості та поляризаційний вектор........38
2. Параметри антен
2.1. Коефіцієнт підсилення та його склад
2.1.1. Коефіцієнт корисної дії
2.1.2. Коефіцієнт спрямованої дії
2.2. Опори антен
2.2.1. Опір випромінювання
2.2.2. Вхідний опір
2.3. Діючі розміри
2.3.1. Діюча довжина
2.3.2. Діюча площа
2.4. Діапазонні властивості
2.5. Параметри приймальних антен
Додаток 2.1. Потужність випромінювання та параметри , що визначаються на її основі
5.Симетричний вібратор
5.1. Призначення та будова
5.2. Діаграмаспрямованості
5.3. Вибір довжини СВ та коефіцієнт спрямованої дії
5.4. Параметри СВ
6. Система двох паралельних симетричних вібраторів
6.1. Призначення та особливості аналізу
6.2. Активні вібратори
6.2.1. Синфазні вібратори
6.2.2. Протифазні вібратори
6.2.3. Вібратори з зсувом фаз струмів π/2
6.3 Система вібратор –плоский екран
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ
АР - антенна решітка
БП - бокові пелюстки
ГП - головна пелюстка
ДГ - диполь Герца
ДС - діаграма спрямованості
ЕГ - елемент Гюйгенса
ІА - ізотропна антена
КСД - коефіцієнт спрямованої дії
СВ - симетричний вібратор
ШГП - ширина головної пелюстки
Розділ 1
Основні відомості про антени та їх діаграма спрямованості
.Призначення та класифікація антен
Призначення антен. Серед багатьох радіотехнічних пристроїв антени виконують унікальну функцію. Якщо різні радіотехнічні пристрої виконують перетворення лише електричних сигналів з одного виду в інший, то антени перетворюють електричні сигнали в електромагнітні хвилі та навпаки. Саме завдяки перетворенню електричних сигналів в електромагнітні хвилі можливе випромінювання необхідної інформації передавальною стороною в навколишнє середовище. Аналогічно, завдяки зворотньому перетворенню можливе отримання переданої інформації на приймальній стороні. Отже, антени є невідємною частиною радіотехнічних систем, в яких використовується безпровідний канал зв’язку.
Але призначення антен не просто зводиться до вказаного перетворення, а до здійснення перетворення за певними додатковими вимогами, наприклад, випромінювання антени передавача лише в заданому напрямку. При цьому можна навіть збільшити віддаль зв’язку при незмінній потужності передавача. Аналогічно, здатність антени приймати сигнал з певного вузького напрямку дозволяє відсіяти сигнали завад, якщо напрям їх надходження відрізняється від напряму надходження корисного сигналу.
Антени продовжують постійно ускладнюватись, утворюючи антенні системи. В сучасних безпровідних технологіях, зокрема WiMAX, використовуються МІМО антени (Multiple Input - Multiple Output), тобто не одна, а декілька антен на передавальній та приймальній стороні. Навіть одна антена може бути досить складною, наприклад, антенною решіткою (АР), утвореною з декількох однотипних елементів. Такі АР можуть утворювати Smart-антени, які забезпечують сканування напрямку (передавання або приймання) , обробку сигналу з метою адаптації і т.д.
В залежності від будови та призначення антени можуть утворювати досить широку номенклатуру, тому виникає потреба в їх класифікації.
Класифікація антен. Найбільш доцільно провести класифікацію антен за принципом дії та конструктивними особливостями (рис.1.1). В загальному випадку антени є оборотними пристроями, тобто їх можна використовувати як на передавальній, так і приймальній стороні систем зв’язку. Але оборотними є лише пасивні антени, які (на відміну від активних антен) не містять нелінійних елементів, наприклад, транзисторів
Рис.1.1. Класифікація антен за будовою і застосуванням та розподілом поля
Також антени можна розділити на дві основні групи в залежності від розподілу джерел поля в антені: з неперервним та дискретним розподілом.
Неперервний розподіл забезпечується в простіших антенах, які можна розглядати як сукупність нескінченної кількості елементарних випромінювачів (диполів Герца –ДГ, елементів Гюйгенса – ЕГ і т.д.). Серед простіших антен з неперервним розподілом найбільш поширеною антеною є симетричний вібратор (СВ).
Дискретний розподіл поля забезпечується в більш складних антенах, наприклад дискретних АР, що містять певну (обмежену) кількість простіших антен.
Подальша класифікація антен з неперервним розподілом джерела поля передбачає поділ на лінійні та апертурні антени (рис.1.2).
В лінійних антенах (на відміну від апертурних) поперечні розміри значно менші за довжину хвилі, а поздовжні розміри співрозмірні з довжиною хвилі. Тому розподіл струму в лінійних антенах практично залежить лише від її поздовжніх розмірів. Поляризація поля в обох видах антен може бути лінійною та обертовою.
Рис.1.2. Класифікація антен з неперервним розподілом джерела
поля(за поляризацією)
В АР кожен елемент характеризується певними значеннями (амплітуди та фази) струму або напруженості поля. Для статичних АР (на відміну від керованих) вказані значення в процесі функціонування залишаються незмінними. Очевидно, що більшими можливостями володіють керовані АР, які можуть бути скануючими або з обробкою сигналу.
Рис. 1.3. Класифікація антен з дискретним розподілом джерела поля – АР
Варто зауважити, що здійснення класифікації є багатоваріантним завданням, тому приведена класифікація є умовною та далеко неповною. В подальших розділах розглядається більш детальне функціонування значної кількості різних типів антен.
Серед такої великої номенклатури антен, з метою вибору необхідної для конкретної системи зв’язку, необхідно характеризувати їх певними показниками: характеристиками та параметрами. Найбільш детально антену характеризує її основна характеристика – діаграма спрямованості (ДС) та деякі параметри, отримані на її основі ,наприклад, ширина головної пелюстки (ШГП) .