Опір випромінювання антени

Закон збереження енергії електромагнітного поля для передавальних антен можна записати у вигляді

, (1.5)

де P_Σ – потужність випромінювання; P_В – потужність втрат в антені; P_im – потужність реактивних полів, пов'язаних з антеною; P_ген – потужність, що віддається генератором в антену.

Цей факт, який відображає (1.5), може бути сформульований таким чином: активна потужність на виході генератора, що підключений до антени, дорівнює сумі потужностей випромінювання в навколишнє середовище та втрат в антені, а реактивна потужність генератора дорівнює потужності реактивних полів у просторі навколо антени та в самій антені.

Потужність випромінювання антени розраховується одним з таких методів:

- якщо відомі комплексні амплітуди напруги та струму на вході антени, то сумарну активну потужність визначають за формулою

P_Σ + P_В = 0,5∙Re( UI^* ), (1.6)

де I^* – величина, комплексно спряжена з I.

Якщо потужність втрат невелика порівняно з потужністю випромінювання або якщо вона може бути визначена окремо, то, застосовуючи (1.6), можна знайти потужність випромінювання;

- якщо відомий розподіл струмів на струмонесучих поверхнях антени, то потужність випромінювання (а також реактивну потужність) визначають за методом наведених електрорушійних сил;

- якщо випромінювання повністю визначається полями на деякій обмеженій поверхні (апертурі) антени, то потужність випромінювання визначають, ігноруючи дійсну частину вектора Пойтінга уздовж цієї поверхні;

- якщо відомі поля в дальній зоні, то розраховується вектор Пойтінга ( у дальній зоні він дійсний ) та інтегруванням цього вектора вздовж замкненої поверхні визначається потужність випромінювання. Для розрахунків за методом інтегрування вектора Пойтінга достатньо знати нормовану ДС і напруженість поля в максимумі ДС на заданій відстані.

Опір випромінювання як параметр передавальної антени використовується головним чином для лінійних антен, для яких поняття повного струму має фізичний зміст. Рівність

P_Σ = 0,5 I² R_Σ (1.7)

визначає опір випромінювання R_Σ. Фактично, це просто коефіцієнт при квадраті струму у формулі для потужності. Величина R_Σ характеризує ефективність антени: у разі малої величини опору випромінювання важко забезпечити високий ККД антени. Як випливає із виразу (1.7), при заданій потужності P_Σ величина R_Σ залежить від струму, що обраний як відліковий:

R_Σ = 2 P_Σ /I². (1.8)

У разі розподілу струму в антені, близького до синусоїдального, часто замість (1.8) використовується опір випромінювання, віднесений до струму в пучності

R_Σο = 2 P_Σο /I²_п.

Вхідний опір антени

Вхідний опір передавальної антени визначається відношенням напруги до струму на її вхідних клемах. Він характеризує антену як навантаження для генератора. Цей параметр використовується, головним чином для лінійних антен, у яких вхідна напруга та струм фізично визначені й можуть бути безпосередньо виміряні. У діапазоні НВЧ, коли поняття напруги й струму стають невизначеними, використовують еквівалентні схеми, параметри яких визначаються відносно еквівалентних параметрів живильного хвилеводу.

У загальному вигляді вхідний опір антени записується так: . Опір R_A називається активним вхідним опором, а X_A - реактивним вхідним опором.

Вхідний опір антени можна визначити й інакше:

(1.9)

або

, (1.10)

де I_A - модуль струму на вході антени.

Перший член (1.9) та (1.10) визначає опір випромінювання, другий - опір втрат, а третій - реактивний опір. Активний вхідний опір є сумою опорів випромінювання та втрат:

R_A = R_A + R_В.

Реактивний опір X_A характеризує ту частину електромагнітного поля, що зосереджується поблизу антени й не випромінюється.

Розрахунок повного вхідного опору занадто важкий, особливо складно визначити опір втрат і реактивний опір. Опір випромінювання R_A може бути розрахований одним із методів, розглянутих у попередньому пункті.