2. Антенные устройства и их характеристики

   1. Назначение и основные свойства антенн

Антенна представляет собой радиотехническое устройство, которое служит для преобразования энергии токов высокой частоты в энергию высокочастотного электромагнитного поля и для обратного преобразования.

В зависимости от вида преобразования антенны могут быть передающими, приемными и универсальными (служащими и для передачи, и для приема). Последний тип антенн в авиационной радиотехнике применяется наиболее часто.

Ко всем антеннам применимо правило обратимости. Это правило заключается в том, что все характеристики антенн сохраняются постоянным и не зависит от того, работает ли антенна в режиме "передача" или в режиме "прием".

В связи со спецификой условий применения радиоэлектронного оборудования на ВС конструкция антенн, устанавливаемых на них, может сильно отличаться от аналогичных антенн наземной аппаратуры.

2. Основные характеристики антенн

Способность антенны выполнять свои задачи определяется рядом показателей, основными из которых являются: коэффициент полезного действия, направленность, входное сопротивление.

Коэффициентом полезного действия называется отношение мощности, которую антенна излучает в пространство, ко всей подводимой к ней мощности

 = Р_изл / Р_.

Таким образом, к.п.д. характеризует свойства антенны как преобразователя энергии.

Направленность – это свойство антенны излучать (или принимать) электромагнитную энергию в одном из направлений больше, чем в других.

Направленность антенны может быть охарактеризована коэффициентом направленного действия (КНД). КНД называется отношение мощности, излучаемой антенны в направлении максимума излучения к средней излучаемой мощности: G= Р_{изл max} / Р_{изл ср}.

Для остро направленных антенн КНД составляет величину в несколько сотен и даже тысяч единиц. КНД антенны характеризует направленные свойства антенны только в одном направлении. Для более полной характеристики направленности применяется диаграмма направленности, являющаяся графическим выражением функций

Е = Е() или Р_изл = Р_изл(),

где Е – напряженность поля, создаваемая антенной;

Р_изл – мощность, излучаемая антенной;

 – угол между осью отсчета и направлением излучения.

На рис.1.5 приведены диаграммы направленности ненаправленной и направленной антенн в полярной и прямоугольной системах координат.

Рис.1.5. Нормализованные диаграммы направленности антенн а) ненаправленной; б) направленной

Для большего удобства используются нормализованные диаграммы направленности по напряженности поля и по мощности, которые представляют собой графики функций Е / Е_макс = f() и Р / Р_макс= f(). Для характеристики

диаграмм вводится понятие "ширина диаграммы направленности", под которым понимают угол 2, образуемый двумя радиус-векторами, проводимыми через уровень 0,7 нормированной диаграммы в случае, если диаграмма строится по напряжению, и через уровень 0,5, если диаграмма строится по мощности (рис.1.6).

Входное сопротивление антенны

Антенна, как и всякий двухполюсник, обладает некоторым входным сопротивлением. В общем случае входное сопротивление Z_вх имеет активную R_вх и реактивную X_вх составляющие

Z_вх = R_вх + X_вх.

Если антенна настроена в резонанс, то X_вх = 0 и входное сопротивление антенны чисто активное. В этом случае Z_вх = R_вх = R_изл + R_пот, где сопротивление излучения R_изл и сопротивление потерь R_пот характеризуют мощности излучения и потерь в антенне

Р_изл = I²_а R_изл, Р_пот = I²_а  R_пот.

С учетом этого  = Р_изл / (Р_изл + Р_пот) = I²_а R_изл / (I²_а R_изл + I²_а  R_пот)= R_изл / R_вх.

Т.е., входное сопротивление антенны определяет ее к.п.д.