8.2 Основные электрические характеристики антенн

В первом разделе данной главы в связи с рассмотрением простейших антенн – элементарных источников излучения были определены основные характеристики антенн. Мы сделаем здесь некоторые уточнения и введем дополнительные характеристики.

Диаграмма направленности (ДН). Это зависимость интенсивности излучения от направления, которое характеризуется углами θ и φ сферической системы координат. Обычно имеют дело с нормированной ДН, максимальное значение которой равно единице

. (8.11)

ДН может быть определена аналитически, графически или в виде таблиц. Например, аналитическое определение ДН диполя Герца .

Графическим представлением функции является некоторая трехмерная поверхность. Часто используют двумерные кривые, фиксируя один из углов, например, , . В этом случае графики функций являются сечениями ДН в плоскостях, где лежат векторы E или H, или эти плоскости являются вертикальными или горизонтальными относительно положения антенны. Графики функций одной переменной изображаются в декартовой или полярной системах координат. Например, на рис 8.4 представлена типовая ДН в декартовой

системе координат .

Рис. 8.4

Для сравнения ДН различных антенн вводятся вторичные параметры диаграмм: ширина главного лепестка по нулевому уровню 2Δθ₀ и уровень боковых лепестков, который обычно выражается в децибелах. Например, для первого бокового лепестка рис. 8.4 имеем

.

Коэффициент направленного действия (КНД). Это числовая характеристика. По определению, КНД - это отношение плотности потока мощности в направлении максимума излучения |П (θ₀,φ₀)| к среднему по всем направлениям плотности потока мощности - |П_ср|

.

КНД может быть определен через ДН

. (8.13)

Например, подставляя в (8.13) - ДН элементарного электрического вибратора, получим после интегрирования D = 1,5, т.е. в горизонтальном направлении антенна излучает плотность потока мощности в полтора раза выше, чем в среднем по всем направлениям.

Входное сопротивление антенны. Это величина комплексная Z_ВХ=R_ВХ+jX_ВХ. Оно определяется на входных клеммах антенны в точках, где антенна подключена к ЛП или генератору. Величина Z_ВХ определяет степень согласования антенны с ЛП и частотные характеристики излучающего устройства.

Поляризация излученного поля. Поляризация излученного антенной ЭМП определяется по ориентации вектора Е в пространстве. Если в процессе распространения излученное поле сохраняет ориентацию в пространстве, то поляризация называется линейной. Для излучения и приема телевизионных программ принята линейная горизонтальная поляризация, в сотовой связи – линейная вертикальная. Если в процессе распространения конец вектора описывает круг (частота вращения ω), то поляризация называется круговой. Вектор Е может вращаться по часовой стрелке (правое вращение) или против часовой стрелки (левое вращение). Если конец вектора Е при распространении описывает эллипс, то поляризация называется эллиптической.

Кроме электрических характеристик антенны оцениваются и сравниваются по массо-габаритнным характеристикам и стоимостным.