1.5. Дн "ненаправленных" антенн.

Аналогичная ДН изображена на рис. в полярной системе координат в горизонтальной плоскости. Для таких антенн важной характеристикой является степень приближения ДН к окружности, которая оценивается коэффициентом равномерности ДН и определяется как , где и - напряженности поля в направлении максимального, и минимального излучения на одинаковых расстояниях от антенны. Если ДН задана в нормированном виде, то .

Иногда коэффициент равномерности определяют как вероятность того, что значения ДН будут не ниже заданного относительного уровня при случайном равновероятном положении точки наблюдения. Она определяется как отношение суммы угловых секторов, в которых значения ДН выше заданного уровня, к 360°.

т.е. при случайном равновероятном положении (по ) приемного пункта отно­сительно передающей антенны напряжение поля в приемном пункте будет не менее 0,8 от максимальной с вероятностью 0,75.

1.6. Дн остронаправленных антенн.

Обычно они имеют несколько максимумов и минимумов. Наибольший лепесток называется главным, остальные – боковыми. Узкие ДН удобно изображать в прямоугольных координатах.

Степень концентрации электромагнитной энергии в пространстве в некоторой степени характеризуется шириной главного лепестка ДН. Условились определять ширину ДН на некотором уровне плотности мощности от максимальной и обозначать эту ширину (или ). Таким образом, ширина ДН есть угол между двумя направлениями в пределах главного лепестка, в которых угловая плотность мощности составляет от максимальной.

Наиболее употребимыми уровнями отсчета являются: S = 0,5; S = 0,1; S = 0. Величину называют шириной ДН "по половин­ной мощности", - шириной ДН "по нулям" и - шириной ДН "на уровне 0,1" или "на уровне 10 дБ".

Отметим, что уровню половинной плотности мощности соответствует уровень 0,707 по полю, а уровню 0,1 - уровень 0,316 по полю. Боковые лепестки обычно, характеризуются данными по первому из них, имеющему наибольшую величину – величина максимума его направление .

1.7. Фазовые диаграммы антенны.

Фазовые диаграммы антенны - зависимость фазы поля от углов в пространстве при фиксированном расстоянии от начала координат.

Удобной характеристикой фазовых свойств поля излучения антенны является связанный с фазовой диаграммой фронт волны. Полное описание фазы для фиксированного момента времени дается множителем , в котором учтена зависимость фазы от расстояния. Фронт волны есть поверхность в пространстве, во всех точках которой в данный момент времени фаза поля одинакова. Эта поверхность определяется из уравнения , где - некоторая постоянная величина.

Уравнение поверхности равных фаз в сферической системе координат:

- Волновое число.

Поверхностей с одинаковый значением бесконечное множест­во, они отстоят друг от друга на расстояниях, равных длине волны .

Если является поверхностью сферы, то антенна является источником сферических волн. Центр этой сферы называется фазовым цент­ром антенны. В случае совпадения фазового центра с началом координат и .

Закон сохранения энергии электромагнитного поля в применении к передающим антеннам записывается в виде:

где - мощность излучения; - мощность потерь в антенне; - мощность реактивных полей, связанных с антенной; - мощность, отдаваемая генератором в антенну.

Мощность излучения антенн.

1. Если известны комплексные амплитуды напряжения и тока на входе антенны, то: .

2. Метод интегрирования вектора Пойтинга:

- известны. Необходимо знать нормированную ДН и напряжённость поля в макс. ДН на заданном расстоянии.

Входное сопротивление

Входное сопротивление передающей антенны определяется отношением напряжения к току на ее входных клеммах и характеризует антенну как нагрузку для генератора. Этот параметр используется главным образом для линейных антенн, у которых эти параметры могут быть непосредственно измерены. В диапазоне СВЧ, когда понятия напряжения и тока становятся неопределенными, пользуются эквивалентными схемами, параметры которых определяются относительно эквивалентных параметров питающего волновода.

В общем случае входное сопротивление антенны комплексное и может быть представлено эквивалентной схемой.

- активное входное сопротивление; - реактивное входное сопротивление. Иногда удобно пользоваться входной проводимостью антенны: .

Эквивалентная схема антенны по входному сопротивлению строится обычно на основе равенства мощностей, поступающих в антенну и в эквивалент­ный ей двухполюсник:

; - модуль тока на входе антенны.

Отсюда получаем:

,

где каждый член справа является сопротивлением, отнесенным к току на входе антенны.

; ,

где - сопротивление излучения; - сопротивление потерь.

Реактивное сопротивление характеризует ту часть электромагнитного поля, которая сосредоточена вблизи антенны и не излучается.

Расчет полного входного сопротивления затруднителен, особенно сложно определение сопротивления потерь и реактивного сопротивления.

Если напряжение и ток на входе антенны могут быть измерены, то входное сопротивление может быть определено как отношение этих величин.

Входное сопротивление зависит от частоты, причем активная и реактивная составляющие по-разному изменяются с частотой.

Зависимость сопротивления от частоты в разных координатах для одной из антенн.