Оглавление
1. Основные характеристики антенн 2
2. Антенна, как открытый колебательный контур 7
3. Основы теории длинных линий. Типы линий, подводящих высокочастотную энергию к антеннам. 9
4. Процесс распространения волн в длинной линии 10
5. Телеграфные уравнения. Режимы работы длинной линии. Режим бегущих волн. 12
6. Режим стоячих волн. Режим стоячих волн. Режим короткого замыкания. 19
7. Режимы работы длинной линии. Режим смешанных волн. 24
8. Согласование нагрузки с линией. Точки согласования. Волновые сопротивления 2-х проводной, коаксиальной линий, свободного пространства. 27
9. Способы согласования линии с нагрузкой. Согласование с помощью экспоненциальной вставки. 28
10. Способы согласования линии с нагрузкой. Согласование с помощью четвертьволновой вставки. 29
11. Способы согласования линии с нагрузкой. Согласование с помощью одиночного шлейфа 30
12. Основные понятия теории поля 31
13. Электромагнитные волны в идеальном диэлектрике. 33
14. Основные определения теории распространения электромагнитных волн. Поляризация. Виды поляризации. 35
15. Вектор Умова-Пойнтинга 36
16. Процесс излучения электромагнитных волн 37
17. Распространение электромагнитных волн в однородной среде 38
18. Поведение электромагнитных волн в неоднородных средах 40
19. Граничные условия 40
20. Распространение пространственных радиоволн. Влияние ионосферы на распространение электромагнитных волн. 41
21. Особенности распространения радиоволн разных диапазонов. Диапазоны ДВ, СВ, КВ. 44
22. Особенности распространения радиоволн разных диапазонов. Диапазон УКВ. Расчет дальности радиосвязи. Множитель ослабления. 46
23. Аномальное распространение ультракоротких волн 47
24. Элементарный вибратор и его электрическое поле. 48
25. Мощность излучения элементарного вибратора. КНД элементарного вибратора. 51
26. Электромагнитное поле симметричного вибратора. Диаграмма направленности симметричного вибратора. 53
27. Влияние горизонтального экрана на электромагнитное поле горизонтального симметричного вибратора. 58
28. Влияние горизонтального экрана на электромагнитное поле вертикального симметричного вибратора. 59
1. Основные характеристики антенн
Передающая антенна – устройство, предназначенное для преобразования энергии модулированного высокочастотного тока в энергию электромагнитных волн, излучаемую в заданных направлениях.
Приемная антенна – устройство, предназначенное для преобразования энергии электромагнитных волн, приходящих с заданных направлений, в энергию высокочастотного тока.
Антенны обладают свойством обратимости. Одну и ту же антенну можно использовать для приема и передачи.
Резонансная характеристика определяет частотную область применимости данного типа антенн.
Частотная характеристика – зависимость амплитуды напряженности электрического поля в направлении главного максимума диаграммы направленности антенны от частоты поля при постоянной амплитуде входного напряжения на клеммах антенны. Для воспроизведения передаваемого сигнала без искажений характеристика должна быть прямолинейной, однако реальная частотная характеристика не прямолинейна, так как антенна имеет комплексное входное сопротивление и ток в ней зависит от частоты подводимого напряжения.
№ диапазона |
Частота |
Название радиочастот |
Длина волны, м |
Название радиоволн |
Применение |
6 |
300-3000 кГц |
Средние |
1000-100 |
Гектометровые |
Организация ПРС (2,13 и 2,15 МГц), ПРС Метро (2,44 и 2,464 МГц)
|
8 |
30-300 МГц |
Очень высокие |
10-1 |
Метровые |
Организация СРС и РОРС (151,725-156 МГц) |
9 |
300-3000 МГц |
Ультравысокие |
1-0,1 |
Дециметровые |
Организация ПРС-Д (аналоговая 330МГц, TETRA – 450МГц, GSM-R – 900МГц, LTE- 1790-1800 МГц) |
10 |
3-30 ГГц |
Сверхвысокие |
0,1-0,01 |
Сантиметровые |
Организация спутниковой связи |
2) Сопротивление излучения антенны RΣ в большей степени характеризует качество антенны, чем излучаемая ею мощность, т.к. последняя зависит не только от свойств антенны, но и от тока, создаваемого ей.
Мощность излучения – мощность электромагнитных волн, излучаемых антенной в свободное пространство PΣ.
Где Im – амплитудное значение;
Iд - действующее значение.
Величина мощности излучения численно равна мощности, которая выделялась бы на активном сопротивлении при подведении к нему переменного тока той же мощности, что и излученная.
3) Сопротивление потерь – определяет потери мощности при излучении (потери во время прохождения тока по проводам антенны, потери в земле, и в предметах, расположенных вблизи антенны).
4) Подводимая к антенне или полная мощность:
Мощности в антенне соответствуют активным сопротивлениям:
5) КПД антенны – это отношение излученной антенной мощности к мощности, подводимой к антенне:
Для увеличения КПД антенны нужно увеличить сопротивление излучения и уменьшить сопротивление потерь.
6) Диаграмма направленности антенны — это графическое изображение распределения плотности потока мощности в различных направлениях. Если мысленно поместить антенну в центре сферы определенного радиуса, то для получения пространственной диаграммы направленности следует в различных точках сферы измерить плотность потока мощности, излучаемого антенной.
Положение любой точки М на сфере полностью характеризуется тремя координатами:
1) радиусом сферы или наклонной дальностью ОМ=r;
2) азимутальным углом φ между проекцией радиуса ОМ на горизонтальную плоскость и условной линией отсчета азимута (ОХ);
3) углом места δ между радиусом ОМ и его проекцией на горизонтальную плоскость ОМ`.
Иногда удобнее пользоваться углом θ между радиусом ОМ и осью OZ. Этот угол называется зенитным.
Θ = 90˚- δ
Для снятия пространственной диаграммы направленности требуется измерить как угол азимута, так и зенитный угол. В целях упрощения обычно ограничиваются диаграммами направленности в двух плоскостях: экваториальной (горизонтальной) и меридиональной (вертикальной). При снятии горизонтальной диаграммы направленности изменяется азимутальный угол при постоянном зенитном угле. При снятии диаграммы направленности в вертикальной плоскости изменяется зенитный угол при неизменном азимутальном угле. Диаграмму направленности строят в полярной или в прямоугольной системе координат.
В полярной системе координат для построения диаграммы направленности под углом к исходному направлению, например, 15, 30, 45 и так далее откладывают радиус вектор, длина которого, пропорциональна плотности потока излучаемой в данном направлении мощности, а затем концы этих радиус векторов соединяют плавной линией.
В прямоугольной системе координат по оси абсцисс откладывается угол, характеризующий направление излучения, а по оси ординат уровень излучаемой мощности.
Диаграмма направленности, построенная в полярных координатах, обладает высокой наглядностью, а диаграмма направленности, построенная в прямоугольной системе координат, может быть построена в любом масштабе по обеим осям, благодаря чему обладает большей четкостью, даже в областях с малой интенсивностью излучаемого сигнала. На практике часто используют нормируемую диаграмму направленности, в которой величины, характеризующие мощность излучения выражены относительно максимальной величины этой мощности.
7) Угол направленного действия – это угол, в растворе которого мощность излучения меняется от максимального значения до половинного. На рисунке угол направленного действия равен 2θ.
8) Коэффициент направленного действия D – это отношение плотности потока мощности, излучаемой данной антенной в определенном направлении к плотности потока мощности, которая излучалась бы абсолютно ненаправленной антенной в любом направлении при условии равенства общей излучаемой мощности в обеих антеннах.
(дБ)
Этот коэффициент был впервые введен Пистолькорсом А.А. в 1929 году. Удобнее пользоваться коэффициентом направленного действия, выраженном в Дб. Белл – единица десятичного логарифма отношения мощностей.
Так как мощность пропорциональна квадрату напряжения, тока или напряженности поля, то при измерении относительных величин получим:
9) Коэффициент усиления антенны – это произведение коэффициента направленного действия антенны на ее КПД.
G=D*η