Параметры антенн

Особенности распространения радиоволн зависят и от параметров антенн. К параметрам антенн, влияющим на процессы РРВ, относятся следующие характиристики:

1. Диаграмма направленности дает зависимость распределения напряженности поля, создаваемое передающей антенной в дальней зоне, от угловых координат , например от углов в вертикальной и горизонтальной плоскостях:

Различают диаграмму направленности по напряженности поля и по плотности потока мощности . Приближенной характеристикой диаграммы направленности, позволяющей судить о степени концентрации излучения, является ширина диаграммы по уровню половины мощности . Она равна телесному углу, в пределах которого концентрируется основная часть мощности волны, подведенной к антенне. Ширина диаграммы зависит от отношения размера излучающей части антенны . к длине волны : для больших антенн . Если, например, параболическая антенна имеет диаметр раскрыва , то основная часть излучаемой мощности будет сконцентрирована в телесном угле . Помимо главного направления, в котором сконцентрирована основная мощность волн, антенна излучает и в других направлениях, соответствующих «боковым лепесткам» диаграммы направленности. Излучение через боковые лепестки стремятся сделать минимальным, поэтому качество антенны характеризуют также уровнем боковых лепестков.

2. Коэффициент направленного действия (КНД) показывает, во сколько раз реальная антенна увеличивает плотность потока мощности волны в главном направлении по сравнению с идеализированной антенной, излучающей равномерно во всех направлениях, если эти антенны излучают одинаковую мощность. Возможно другое определение: КНД – отношение мощности излучения изотропной антенны к мощности излучения направленной антенны при условии создания ими равной напряженности поля в точке приема:

.

Чем меньше ширина диаграммы направленности , тем больше концентрация излучения и больше . Малые проволочные или вибраторные антенны, для которых длина , а диаграмма направленности широкая, имеют малый коэффициент направленного действия . Параболические антенны с большим диаметром раскрыва имеют большие значения . Рекордные имеют параболические антенны, применяемые для дальней космической связи или для целей радиоастроiюмии. Наибольшая такая антенна имеет диаметр 100 м и в диапазоне см коэффициент направленного действия .

Различают коэффициент усиления (КУ) антенны и коэффициент направленного действия . Эти величины отличаются тем, что при определении учитывают потери энергии на тепло, выделяемое в антенне, т. е. и отличаются коэффициентом полезного действия (КПД) . Эти коэффициенты связаны соотношением

,

где КПД показывает отношение мощности, потраченной на излучение, к полной мощности, подводимой к антенне

,

− мощность потерь в антенне.

Если антенна выполнена из материала с высокой проводимостью, например рупорная антенна из меди с серебрением поверхности, то потери на тепло пренебрежимо малы и ; если же мачтовая антенна расположена на грунте, то часть излучения будет поглощаться в грунте и будет существенно меньше .

Коэффициент направленного действия, так же как и КУ, часто выражают в децибелах:

.

3. Радиоволны, излучаемые антенной в разных направлениях, отличаются не только амплитудой, во и фазой. При фиксированном расстоянии от антенны фаза волны в разных направлениях отличается, поэтому вводят фазовую характеристику антенны, описывающую зависимость фазы волны от направления при постоянном расстоянии . Если размер антенны , например короткий вибратор, то расстояние вполне определено; если же антенна имеет большие размеры или сложную форму, например рупорная антенна, то не очевидно, что же нужно считать «центром» антенны. для точных фазовых измерений важно знать положение «фазового центра» антенны. Фазовым центром антенны называется положение точки вблизи или на антенне, для которой равнофазная поверхность излученной волны в дальней зоне антенны есть сфера.

4. В зависимости от поляризации излучаемой волны различают антенны линейной, эллиптической или круговой поляризации.

Выше были перечислены характеристики передающей антенны, далее укажем параметры приемных антенн.

5. Диаграмма направленности приемной антенны , определяет зависимость мощности, выделяемой антенной на согласованную нагрузку, от ее ориентации. Диаграмма направленности одной и той же антенны при работе на передачу и прием одинакова.

6. Эффективная поверхность приемной антенны равна отношению мощности, развиваемой антенной на согласованной нагрузке , к плотности потока мощности радиоволны , т. е. . Эффективная поверхность приемной антенны связана с коэффициентом направленного действия соотношением .

7. Для проволочных или вибраторных приемных антенн вводится действующая длина антенны , эта величина связывает напряжение, развиваемое антенной , и напряженность поля следующим образом: .

8. Приемная антенна воспринимает излучение определенной поляризации; различают приемные антенны линейной, круговой и эллиптической поляризации. Поляризационные характеристики одной и той же антенны, работающей на прием и передачу, совпадают.

В задачах распространения радиоволн характеристики антенн считаются заданными, а фидерная линия − согласованной, т. е. вся мощность передатчика подводится к антенне или от приемной антенны подводится к приемнику.