Антенны

Одним из основных составных элементов любого радиотехнического устройства являются антенны. Передающая антенна под воздействием ВЧ токов и полей, сосредоточенных в выходных цепях передатчика создает в пространстве электромагнитное поле в виде электромагнит­ных волн. В свою очередь, приемная антенна под воздействием поля приходящей электромагнитной волны создает ток, сосредоточенные во входных элементах приемника.

Антенна в режиме излучения (передачи) является нагрузкой для пе­редатчика (генератора) и характеризуется входным сопротивлением Z_а, определяемым отношением амплитуд напряжения U_a и тока I_а на ее входе (или отношением комплексной мощности, развиваемой передат­чиком на сопротивлении Z_a к квадрату тока на входных зажимах ан­тенны).

Часть подводимой к антенне мощности Р _a,, расходуемой на создание электромагнитных волн, называется мощностью излучения Р_Σ.

Другая часть мощности Р_п расходуется на нагрев проводов, в изоля­торах, в земле и других источниках потерь и называется мощностью потерь в антенне.

Отношение мощности излучения Р_Σ и мощности потерь Р_п к поло­вине квадрата амплитуды выходного тока определяет сопротивление излучения R_ΣА и сопротивление потерь антенны Р_п.

Реактивно сопротивление Х_а обусловлено тем, что около антенны образуется связанное с ней местное электромагнитное поле, в котором запасаются средние за период колебаний энергии W_e и W_m электриче­ских и магнитных полей, разность которых и определяет сопротивление Х_а (реактивное сопротивление антенны).

При равенстве энергии электрических и магнитных полей антенна оказывается настроенной в резонанс с частотой генератора. При W_m<W_e (энергия электрического поля больше энергии магнитного поля) сопро­тивление носит индуктивный характер (Х_а<0), при W_m>W_e (энергия магнитного поля больше энергии электрического) - емкостной (Х_а>0).

Для того, чтобы передатчик отдавал в антенну максимальную мощ­ность, необходимо обеспечить выполнение условий согласования ан­тенны и передатчика.

R_a=R_a, X_a+X_г=0

Эффективность антенны как преобразователя ВЧ энергии в энергию ЭМП определяется ее коэффициентом полезного действия. Потери мощности передатчика в антенном контуре зависит о сопротивления потерь.

Создаваемое антенной в дальней зоне электромагнитное поле харак­теризуется амплитудой, поляризацией и фазой вектора электрической напряженности Е, который зависит от расстояния и направления излу­чения. Зависимость амплитуды напряженности поля от направления в пространстве на одинаковом достаточно большом расстоянии от антен­ны называется характеристикой направленности.

Графическое изображение характеристики направленности называют диаграммой направленности.

Для антенн с линейной поляризацией в направлении максимума из­лучения в качестве сечений берут плоскость, в которой расположен вектор Е (диаграмма направленности в Е-плоскости), и плоскость, со­держащую вектор Н (диаграмма направленности в H-плоскости).

Для антенн, расположенных на земле, строят диаграмму направлен­ности в вертикальной плоскости, а в качестве диаграммы направленно­сти в горизонтальной плоскости принимают угол возвышения макси­мума излучения.

В диаграмме направленности антенны различают главный и боковой лепестки, уровень которых определяют по отношению к главному.

Поляризация излучения антенны полностью определяется ее поляри­зационным коэффициентом (фазором), зависящим от угловых коорди­нат при фиксированном расстоянии от антенны.

Фазор определяет следующие характеристики поляризации:

• Плоскость поляризации (по отношению к вектору Е), которая может быть вертикальной и горизонтальной, меридиональной и азимутальной, в зависимости от расположения антенны от­носительно земли и объекта

• Вид поляризации, которая может быть нелинейной, круговой, эллиптической и правым или левым вращением плоскости поляризации.

Для оценки свойства антенны концентрировать излучение в опреде­ленном направлении используют коэффициент направленного действия (КНД), определяемый отношением мощности излучения воображаемойвоображаемой ненаправленной антенны Р_Σ0 и данной антенны Р_Σ, создающих в на­правлении максимума излучения на одинаковом расстоянии равные на­пряженности поля.

Для более полной оценки энергетической эффективности антенны вводят коэффициент усиления (КУ), который показывает во сколько раз надо изменить мощность, подводимую к данной антенне по сравнению с мощностью, подводимой к ненаправленной антенне без потерь (Р_А0 = Р _Σ0), чтобы получить одинаковые напряженности поля на равных расстояниях.