11.3. Вхідний опір

Вхідний опір передавальної антени. Розглянемо випадок, коли до антени підключено генератор (рис.11.3) .

Рис. 11.3 З’єднання генератора та антени

Для генератора антена являється навантаженням. В результаті на вході антени встановляться певні значення амплітуди струму та напруги, які залежать від одного з параметрів антени – її вхідного опору , причому:

, (11.9)

де- комплексна потужність на затискачах антени.

Отже, вхідний опір передавальної антени визначається як відношення напруги до струму на її вхідних затискачах і характеризує антену як навантаження для генератора.

Активна і реактивна складові вхідного опору. Вхідний опір в загальному випадку є комплексним.іназиваютьсяактивнимиі, відповідно,реактивним вхідним опором.

Активний вхідний опір є сумою опорів випромінювання і втрат:

(11.10)

А реактивний опір характеризує ту частину електромагнітного поля, яка зосереджена поблизу антени і не випромінюється. Інколи зручніше користуватися вхідною провідністю антени (див.рис.11.4 б). Для розуміння наводимо приклад еквівалентної схеми антени(рис.11.4).

а) б)

Рис.11.4. Еквівалентна схема антени

Розглянемо вхідний опір для симетричного вібратора (СВ). Побудуємо графіки залежностейівід нормованої довжини(Рис.11.5).

Рис.11.5. Вхідний опір СВ: активна складова (а); реактивна складова (б).

З отриманих результатів можна зробити висновок, що симетричний вібратор поводиться як коливальний контур: при=0.25 та=0.5 його реактивна складова рівна нулю, що являється позитивним.

Точний розрахунок повного вхідного опору. Точний розрахунок повного вхідного опору являється складним і виконаний тільки для деяких антен простішої форми. В більшості випадків застосовуються приблизні методи, які будуть далі розглянуті.

11.4. Коефіцієнт корисної дії

Втрати електромагнітної енергіїв передавальній антені виникають через перетворення частини енергії в тепло в металевих і діелектричних частинах антени, в землі, в навколишніх предметах і будівлях. При великих напругах на антені можуть спостерігатися втрати на іонізацію повітря.

ККД визначає ефективність антени як перетворювача енергії і дорівнює. Поділивши чисельник і знаменник на, отримаємо:

(11.11)

Із пониженням частоти ККД зазвичай зменшується через зменшення (11.8); на довгих хвилях ККД інколи складає всього декілька відсотків.

11.5. Коефіцієнт спрямованої дії і коефіцієнт підсилення

Коефіцієнт спрямованої дії (КСД) показує відношення густини потоку потужності досліджуваної антени до густини потоку потужності еталонної антени.

КСД показує, в скільки разів більша густина потоку потужності даної антени в напрямку, що характеризується кутами , порівняно з максимальною густиною потоку потужності еталонної антени, при однакових потужностях випромінювання обох порівнюваних антен:

при(11.12)

де ,– потужність випромінювання досліджуваної та еталонної антен, відповідно.

Нехай до антен з однаковими втратами (ізотропної та направленої) підведена від передавача також однакова потужність. Очевидно, що максимальне значення густини потоку потужності направленої антени буде більше за значеннягустини потоку потужності ізотропної антени. Якщо ж в ізотропній антені з втратами їх зменшити до нуля то густина потоку потужності збільшиться до значення₁. Виникає питання, яку ізотропну антену необхідно використати в якості еталонної?

В загальному випадку в якості еталонної антени може використовуватись одна з двох антен:

• ізотропна антена, в якої випромінювання в усі сторони однакове (за визначенням КСД ізотропного випромінювача становить 1, що становить 0 дБ);

• півхвильвий вібратор, максимальна густина потоку потужності якого більша в 1.64 рази більша порівняно з ізотропною антеною,

Найбільш часто в якості еталонної антени при визначенні КСД використовується ізотропна антена і лише деколи – півхвильовий вібратор.

Підставимо значення з виразуу (11.12), і тоді отримаємо

(11.13)

де: - КСД в напрямку максимального випромінювання антени.

Переважно , вживаючи назву КСД антени, розуміють його максимальне значення .

Очевидно , чим більше значення КСД, тим більшу концентрацію енергії забезпечує антена в одному з напрямків і тим більша напруженість поля в напрямі максимуму ДС при заданій потужності випромінювання.

Також існує інше трактування КСД. Розглянуте вище значення КСД характеризує перевагу направленої антени над еталонною при однакових потужностях випромінювання обох антен. Але деколи може виявитись, що в даній точці прийому потік потужності навіть від еталонної антени достатній для задовільного прийому. Як в цьому випадку оцінити перевагу направленої антени?

В цьому випадку доцільно використати інше визначення КНД, яке полягає в наступному:

КНД показує, в скільки разів необхідно збільшити потужність еталонної антени порівняно з потужністю досліджуваної антени для того, щоб в заданому напрямку забезпечити одинакові кутові густини потужності ,а значить при однакових віддалях – однакові напруженості поля.

(11.14)

приабоі.

Розглянемо КСД на прикладі СВ. Зобразимо залежність КСД СВ від:

Рис.11.6 Залежність КСД СВ від

З рис. 11.6 видно, що для найбільш поширених СВ: півхвильового, хвильового та 5/4 λ КСД ,орієнтовно, становить 1.64, 2.46 та 3.3, відповідно.

Таким чином видно, що використання СВ при Ln=0.625 являється цілком виправданим – в даному випадку КСД приймає максимальне значення .

(11.13)

приабоі.

Розрахунок КСД. Вдодаток 11.2приведено порядок розрахунку КСД досліджуваної антени відносно ізотропної антени. В результаті отримано

(11.14)

В напрямку максимального випромінювання F²(θ,φ)=1 . Тоді

(11.15)

Отже, КНД однозначно визначається нормованою ДC.