Параметры антенн.
Антенна – устройство, которое излучает подведённую к нему высокочастотную энергию в виде электромагнитных волн в окружающее пространство (передающая антенна) или принимает высокочастотную энергию свободных колебаний (приемная антенна) и превращает её в энергию электромагнитных колебаний, поступающую по фидеру на вход приемного устройства.
Передающая и приемная антенны обладают свойством взаимности , т.е. одна и та же антенна может излучать или принимать электромагнитные волны, причем в обоих режимах она имеет одинаковые свойства (параметры).
К передающим антеннам предъявляют дополнительные требования, связанные с большими подводимыми мощностями ВЧ энергии, поэтому конструктивно приемные антенны проще передающих.
Свойства взаимности широко используется для определения характеристик антенн, т.к. некоторые параметры проще определять в режиме передачи, чем в режиме приема. Каждая антенна имеет целый ряд определённых характеристик необходимых для оценки ёе качества.
К основным параметрам приемных передающих антенн относятся следующие:
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН ЧАСТОТ (полоса пропускания)- это интервал частот, в котором выдержаны все основные параметры приемной передающей антенны: согласование, коэффициент усиления, коэффициент защитного действия и др.
ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ приемные антенны характеризуют зависимость ЭДС, наведенное в антенне электромагнитным полем от ориентации ее в пространстве.
При повороте антенны в ту или другую сторону от нулевого направления на диаграмме откладываются величины соответствующие отношению Е/Emax. Если возвести в квадрат относительное значения ЭДС соответствующие различным направлениям прихода сигнала, то можно построить диаграмму направленности по мощности.
Лепесток, соответствующий максимальному сигналу называют основным, остальные- боковыми.
Для удобства сравнения диаграмм направленности разных антенн их обычно нумеруют, для чего максимальную величину ЭДС принимают за единицу.
Основным параметрам диаграммы направленности является угол раствора (ширина) главного лепестка, в пределах которого ЭДС, наведенная в антенне электромагнитным полем, спадает до уровня 0,707, или мощность, спадающая до уровня 0,5 от максимальной. По ширине главного лепестка судят о направленных свойствах антенны. Чем эта ширина меньше, тем больше направленность антенны.
Входное сопротивление антенны характеризует ее импедансные свойства в точке питания равно отношению напряжения к току на входе фидера.В общем случаи входное сопротивление антенны Zвх содержит резистивную Rвх и реактивную Хвх состовляющие:
Zвх =Rвх +Хвх.
Чем меньше реактивная состовляющая Хвх и чем ближе Rвх к волновому сопротивлению фидера линии, тем лучше антенна согласование.
Коэффициент бегущей волны (КБВ) показывает степень согласования приемной антенны с фидером снижения. Он численно равен отношению минимального напряжения линии к максимальному напряжению,которые имели бы место при измирении вдоль фидера при работе антенны в режиме передачи:
КБВ=Uмин/Uмакс.
Выражается КБВ в относительных единицах:чем больше значение КБВ, тем эффективнее передача сигнала от антенны к телевизору.Полное согласование будет в том случае ,когда сопротивление антенны Rа и волновое сопротивление фидера Rф равны.
Коэффициент стоячей волны (КСВ) величина ,обратная КБВ.
КСВ=1/КБВ.
Действующая(эффективная)длина антенны характеризует способность приеьной антенны извлекать электромагнитную энергию из окружающего пространства и определяется отношением ЭДС,наведенной в антенне, к напряженности электрического поля в месте расположения приемной антенны:
lд=U/Е
где U- значение ЭДС на зажимах антенны,мВ
Е- напряженность электрического поля в месте приема,мВ/м.
Сопротивление излучения.Этот параметр связан по смыслу с мощностью излучения антенны Р , т. е. со средним значением потока электромагнитной энергии,проходящего в еденицу времени сквозь сферу,окружающую антенну.Так как мощность излучения активная, то ее можно выразить через активное сопротивление,называемое сопротивлением излучением.
R =Р /I
где I -действительное значение тока в антенне.
сопротивление потерь Rп .Наряду с полезной мощностью Р имеется некоторая мощность,которая теряется на нагрев проводов, в изоляторах,в земле ,в предметах,расположенных вблизи антенны.Этой мощности потерь РП соответствует активное сопротивление,называемое сопротивлением потерь:
Rп=Р п /I
Заметим,что параметры R и Rп характерны для проволочных антенн.
КПД АНТЕННЫ - это отношение мощности излучения ко всей активной мощности,подводимой к антенне:
Заметим,что R названо сопротивлением лишь по своей размерности, фактически же это коэффициент пропорциональности между полезной мощностью излучения R и квадратом тока I в антенне, тогда как сопротивление потерь эквивалентно резистору, который при токе I поглощает мощность Рп .Вот почему КПД антенны тем выше,чем больше сопротивление излучения и меньше сопротивление потерь.
Коэффициент направленного действия (КНД) -это отношение плотности потока мощности П ,излучаемой антенной в данном направлении к плотности потока мощности Пср, которая излучалась бы в том же направлении изотропным излучателем или другой эталонной антенной при условии равенства полных мощностей излучения сравниваемых антенн:
D=П/Пср.
Коэффициент усиления антенны - это произведение КНД на КПД антенны.
Коэффициент усиления более полно характеризует антенну ,чем КНД, так как множитилем D учитывается концентрация излучения в пространстве ,а множителем - еще и ослабление излучения, вызванное потерями в антенне.