4.2 Основные электрические характеристики антенн

В первом разделе данной главы в связи с рассмотрением простейших антенн – элементарных источников излучения были определены основные характеристики антенн. Мы сделаем здесь некоторые уточнения и введем дополнительные характеристики.

Диаграмма направленности (ДН). Это зависимость интенсивности излучения от направления, которое характеризуется углами θ и φ сферической системы координат. Обычно имеют дело с нормированной ДН, максимальное значение которой равно единице:

. (4.12)

ДН может быть определена аналитически, графически или в виде таблиц. Например, аналитическое определение ДН диполя Герца:

.

Графическим представлением функции является некоторая трехмерная поверхность. Часто используют двумерные кривые, фиксируя один из углов, например, , . В этом случае графики функций являются сечениями ДН в плоскостях, где лежат векторы E или H, или эти плоскости являются вертикальными или горизонтальными относительно положения антенны. Графики функций одной переменной изображаются в декартовой или полярной системах координат. Например, на рисунке 4.4 представлена типовая ДН в декартовой системе координат:

, ,

где – линейный размер антенны.

Рисунок 4.4 – Диаграмма направленности линейной антенны с равноамплитудным распределением

Для сравнения ДН различных антенн вводятся вторичные параметры диаграмм: ширина главного лепестка по нулевому уровню 2Δθ₀ и уровень боковых лепестков, который обычно выражается в децибелах. Например, для первого бокового лепестка рисунка 4.4 имеем:

.

Коэффициент направленного действия (КНД). Это числовая характеристика. По определению, КНД – это отношение плотности потока мощности в направлении максимума излучения |П (θ₀,φ₀)| к среднему по всем направлениям плотности потока мощности – |П_ср|:

.

КНД может быть определен через ДН:

. (4.13)

Например, подставляя в (4.13) – ДН элементарного электрического вибратора, получим после интегрирования D = 1,5, т.е. в горизонтальном направлении антенна излучает плотность потока мощности в полтора раза выше, чем в среднем по всем направлениям.

Входное сопротивление антенны. Это величина комплексная Z_ВХ=R_ВХ+jX_ВХ. Оно определяется на входных клеммах антенны в точках, где антенна подключена к ЛП или генератору. Величина Z_ВХ определяет степень согласования антенны с ЛП и частотные характеристики излучающего устройства.

Поляризация излученного поля. Поляризация излученного антенной ЭМП определяется по ориентации вектора Е в пространстве. Если в процессе распространения излученное поле сохраняет ориентацию в пространстве, то поляризация называется линейной. Для излучения и приема телевизионных программ принята линейная горизонтальная поляризация, в сотовой связи – линейная вертикальная. Если в процессе распространения конец вектора описывает круг (частота вращения ω), то поляризация называется круговой. Вектор Е может вращаться по часовой стрелке (правое вращение) или против часовой стрелки (левое вращение). Если конец вектора Е при распространении описывает эллипс, то поляризация называется эллиптической.

Кроме электрических характеристик антенны оцениваются и сравниваются по массогабаритным характеристикам и стоимостным.