5.3 Основные радиотехнические характеристики и параметры антенн в режиме передачи
Большинство характеристик и параметров антенн вводятся для дальней зоны и связаны с полем излучения антенны. Это – амплитудная диаграмма направленности, фазовая и поляризационная диаграммы или характеристики, мощность излучения, коэффициент направленного действия, коэффициент усиления. Однако есть и такой параметр, который связан непосредственно с конструкцией самой антенны, с ее полем в ближней зоне. Это – входное сопротивление антенны.
Диаграмма направленности
Диаграмма направленности (ДН) – это зависимость в дальней зоне комплексных компонент напряженности электрического поля от угловых переменных θ, сферической системы координат
(5.7)
где
– амплитудные ДН по полю для компонент
;
– поляризационная диаграмма;
– фазовые диаграммы для компонент
.
Когда говорят о диаграммах направленности, прежде всего под ними понимают амплитудные ДН. Диаграмма направленности характеризует возможность антенны концентрировать энергию в заданном угловом секторе в пространстве. Угловая зависимость плотности потока мощности
называется ДН по мощности. Формула записана в случае антенны эллиптической поляризации, в ДН которой присутствуют обе поперечные компоненты напряженности электрического поля.
Обычно переходят к нормированным ДН по полю
,
,
(5.8)
или по мощности
,
(5.9)
значения которых изменяются в пределах от 0 до 1; признак нормировки – черта над символом функции. Направления максимумов излучения для различных компонент могут не совпадать, что и отражено в формулах.
Переход к нормированным ДН существенно облегчает возможность сравнения их между собой. Изображение ДН в трехмерной графике имеет вид замкнутых поверхностей (см. рис. 5.2). На практике обычно ограничиваются сечениями ДН в двух взаимно ортогональных плоскостях θ = constи
= const,проходящих через направления максимумов излучения. Эти сечения называются главными (на рис. 5.2 они заштрихованы). Их можно провести таким образом, чтобы вектор электрического либо вектор магнитного поля лежал в этих сечениях. Тогда говорят о ДН вE-плоскости или вH-плоскости. Диаграммы в этих сечениях изображают в полярной или декартовой системах координат, причем в последнем случае возможны линейный и логарифмический масштабы (см. рис. 5.3). Если антенна имеет остронаправленную ДН или важна информация о боковых или заднем лепестках, то ДН изображают в декартовой системе координат.
Направленные свойства антенны характеризуют параметром, который называется шириной ДН. Ясно, что ширину ДН или угловой размер главного лепестка следует определять на каком-то стандартном уровне. Обычно определяют на уровне 0,5 или –3дБ по мощности или 0,707 по напряженности поля и обозначают 20,5 или 0,5 . Иногда определяют по первым нулям 0 и тогда специально оговаривают. При таких определениях ширина ДН будет одной и той же. Из графиков ДН находят также уровни и направления боковых и заднего лепестков.
Рис. 5.2 Виды пространственных диаграмм направленности
Рис. 5.3 Способы изображения диаграмм направленности:
а) – в полярной системе координат,б) – в декартовой системе координат по полю и по мощности,в) – в логарифмическом масштабе