Характеристики та параметри антен

З розгляду рис.1.1 випливає, що незалежно від конструктивних особливостей антенних пристроїв, всі вони характеризуються загальними за фізичним змістом параметрами. Частина характеристик стосується енергетичних властивостей антен, частина – до просторових характеристик. Є ще й третя частина характеристик, що визначає ефективність антени як перетворювача енергії фідера в енергію електромагнітного поля. На підставі таких принципів в табл. 1.1 надано характеристики радіопередавальних антен. При аналізі антен, що знаходяться в режимі приймання, необхідно враховувати деякі додаткові обставини. Фідер та вхідні кола радіоприймача є комплексними навантаженнями , і можуть розцінюватись як вхідний опір радіоприймача. Власно приймальна антена при цьому розглядається як еквівалентне джерело деякої електрорушійної сили (ЕРС) Є з внутрішнім опором .

№	Енергетичні характеристики	Просторові характеристики	Якісні характеристики
	- потужність на вході антени визначається діючим значенням струму в активній складовій RAїї вхідного імпедансу .	- нормована характеристика спрямованості (ХС) антени - залежність напруженості поля в рівновіддалених точках простору від кутових координат. Графічне зображення ХС є діаграмою спрямованості (ДС).	- коефіцієнт корисної дії (ККД) – це відношення потужності випромінювання до потужності на вході антени.
	- потужність випроміню-вання є частиною активної потужності , що витрачається на створення поля. Характеризує енергію передавача, що перетворюється антеною в енергію електромагнітного поля.	- фазова характеристика спрямованості (ФХС) – залежність фази поля від кутових координат. Графічне зображення ФХС є фазовою ДС. Центр сферичної поверхні рівних фаз (фронту хвилі) є фазовим центром антени.	- коефіцієнт підсилення (КП) визначає міру збільшення потужності на вході ізотропної антени відносно потужності на вході реальної антени, при якому в точці приймання напруженості полів обох антен однакові.
	- потужність втрат – це частина активної потужності, що визначає теплові втрати в антені та навколишньому середовищі	(або ) - ширина ДС у вертикальній (або горизонтальній) площині – це кутовий сектор, сторони якого перетинають контур ДС на рівні 0,707 від максимальної напруженості.	- діюча довжина антени – це довжина прямолінійного відрізка дроту з рівномірним розподілом струму, який створює таку ж напруженість поля в певному напрямі, що й реальна антена.

Таблиця 1.1

№	Енергетичні характеристики	Просторові характеристики	Якісні характеристики
	- вхідний опір (активна складова) антени є навантаженням фідера і визначається як коефіцієнт пропорційності між потужністю PA і квадратом ефективного значення сили струму в антені IА.	D - коефіцієнт спрямованої дії (КСД) – це число, що є мірою збільшення потужності ізотропної антени відносно реальної антени, при якому в точці приймання напруженості полів обох антен однакові.	- діюча площа - це площа деякого розкриву з рівноамплітудним синфазним розподілом поля, що у точці приймання створює таку ж напруженість, що й реальна антена.
	- опір випромінювання є коефіцієнтом пропорційності між потужністю і квадратом ефективного значення сили струму в антені.	- нормована поляризаційна характеристика визначає просторове положення вектора напруженості електричного поля в залежності від поточного часу t.	Діапазонні властивості визначаються шириною смуги робочих частот - це така смуга, в межах якої жоден параметр антени не виходить з допусків. Відносна смуга:
	- опір втрат є коефіцієнтом пропорційності між потужністю втрат PВ і квадратом ефективного значення сили струму в антені.	- хвильовий опір є коефіцієнтом пропорційності між поперечними складовими векторів та в дальній зоні, що визначається відношенням між магнітної та діелектричної проникностями середовища	- гранична потужність - це така потужність на вході антени, при якій виникає електричний пробій її елементів або навколишнього середовища. Припустимим є таке співвідношення: .

Закінчення табл.1.1

Під впливом ЕРС в навантаженні виникає електричний струм, який можна розцінювати як позитивний ефект від застосування каналу зв’язку.

Характеристика спрямованості (ХС) приймальної антени за напругою (струмом) визначається як залежність амплітуди напруги U (або струму І) у навантаженні антени, тобто – на вхідному опорі радіоприймача) від напряму приходу хвилі у вертикальній та горизонтальній площинах. Тому нормовану ХС або ДС приймальної антени можна надати як:

.

Нормована ХС (ДС) приймальної антени за потужністю визначається як залежність потужності, що виникає на активній частині R_Н вхідного опору, від напрямку приходу електромагнітної хвилі.

Коефіцієнт спрямованої дії (КСД) приймальної антени є числом, що вказує, у скільки разів треба збільшити потужність випромінювання радіопередавача, щоб у навантаженні приймальної антени виникнув такий саме струм, як й при прийманні на неспрямовану антену. КСД характеризує виграш від застосування спрямованих антен у порівнянні до неспрямованих (ізотропних) антен.

Діюча довжина приймальної антени є розмірним коефіцієнтом пропорційності між ЕРС Є і напруженістю електричного поля Е в точці розташування антени. Тому при відомих значеннях та E маємо: Є = Е . Приймальна антена є джерелом власних ненавмисних шумових коливань, які обмежують чутливість приймача. Середньоквадратичний рівень шумів визначається формулою Найквіста

,

а потужність шуму

,

де k = 1,38 10^-23 Вт/ГцК – стала Больцмана; Т_Ш – шумова температура; - ширина смуги робочих частот.

При безпосередньому підключенні антени до входу радіоприймача, на його вході створюється сигнал потужністю

,

де - коефіцієнт узгодження антени з вхідним опором приймача,

,

P_опт - оптимальна потужність, що виділяється приймальною антеною на вході приймача:

;

- поляризаційні вектори передавальної та приймальної антен відповідно. При наявності фідера значення потужності на вході приймача

,

де - коефіцієнт корисної дії фідерної лінії.

В основі конструкції будь-яких антен знаходяться елементарні випромінюючі структури – носії струмів та зарядів (що описуються правими частинами основних рівнянь Максвела). До таких структур можна віднести короткі (у порівнянні з довжиною хвилі ) відрізки лінійного провідника із струмом, або кругового провідника із струмом, або щілину у провідниковій поверхні (наприклад, хвилеводу), на краях якої концентруються електричні заряди протилежних знаків; а також до елементарних структур можна віднести елемент фронту хвилі в отворі (апертурі) чи в вільному просторі.