Lebar lobus utama dan tingkat lobus samping

Lebar DN (lobe utama) menentukan tingkat konsentrasi energi elektromagnetik yang dipancarkan. lebar DN adalah sudut antara dua arah dalam lobus utama, di mana amplitudo kekuatan medan elektromagnetik adalah 0,707 dari nilai maksimum (atau 0,5 dari nilai maksimum dalam hal kerapatan daya). Lebar DN ditetapkan sebagai berikut:

2i adalah lebar BP dalam hal kekuatan pada level 0,5;

2i - lebar DN dalam ketegangan pada level 0,707.

Indeks E atau H menunjukkan lebar DN pada bidang yang sesuai: 2i, 2i. Tingkat daya 0,5 sesuai dengan tingkat kekuatan medan 0,707 atau tingkat a - 3 dB pada skala logaritmik:

Secara eksperimental, lebar BP dapat ditentukan dengan mudah dari grafik, misalnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11.

Gambar 11

Tingkat lobus samping dari pola antena menentukan tingkat radiasi palsu antena dari medan elektromagnetik. Ini mempengaruhi kualitas kompatibilitas elektromagnetik dengan sistem elektronik radio terdekat.

Tingkat relatif lobus samping adalah rasio amplitudo kekuatan medan dalam arah maksimum lobus samping pertama dengan amplitudo kekuatan medan dalam arah maksimum lobus utama (Gambar 12):

Gambar 12

Tingkat ini dinyatakan dalam satuan absolut, atau dalam desibel:

Penguatan antena terarah dan transmisi

Faktor aksi terarah (faktor directivity) secara kuantitatif mencirikan sifat terarah antena nyata dibandingkan dengan antena non-arah (isotropik) referensi dengan DP dalam bentuk bola:

KND adalah angka yang menunjukkan berapa kali kerapatan fluks daya P (u, q) antena nyata (berarah) lebih besar daripada kerapatan fluks daya P (u, q) antena referensi (non-arah) untuk yang sama arah dan pada jarak yang sama, asalkan kekuatan radiasi antena adalah sama:

Dengan mempertimbangkan (25), Anda dapat memperoleh:

Penguatan antena (GF) adalah parameter yang memperhitungkan tidak hanya sifat pemfokusan antena, tetapi juga kemampuannya untuk mengubah satu jenis energi menjadi energi lain.

KU adalah angka yang menunjukkan berapa kali kerapatan fluks daya P (u, c) antena nyata (berarah) lebih besar daripada kerapatan fluks daya antena referensi (non-arah) PE (u, c) untuk arah yang sama dan pada jarak yang sama, asalkan daya yang disuplai ke antena adalah sama.

Keuntungan dapat dinyatakan dalam KND:

dimana adalah efisiensi antena. Dalam praktiknya, mereka menggunakan - penguatan antena ke arah radiasi maksimum.

Diagram arah fase. Konsep pusat fase antena

Pola fase adalah ketergantungan fase medan elektromagnetik yang dipancarkan oleh antena pada koordinat sudut.

Karena di zona jauh antena vektor medan E dan H berada dalam fase, maka pola fase berhubungan sama dengan komponen listrik dan magnetik dari EMF yang dipancarkan oleh antena. Fase DP dinotasikan sebagai berikut: W = W (u, q) pada r = const.

Jika W (u, q) = const pada r = const, maka ini berarti antena membentuk muka gelombang fasa yang berbentuk bola. Pusat bola ini, tempat asal sistem koordinat berada, disebut pusat fase antena (FCA). Perlu dicatat bahwa tidak semua antena memiliki pusat fase.

Untuk antena dengan pusat fase dan pola amplitudo multi-lobus dengan nol yang jelas di antara mereka, fase bidang di lobus yang berdekatan berbeda p (180°). Hubungan antara pola radiasi amplitudo dan fasa dari antena yang sama diilustrasikan pada Gambar 13.

Gambar 13 - Amplitudo dan pola fasa

Arah rambat EMW dan posisi muka fasanya pada setiap titik dalam ruang saling tegak lurus.

Idealnya, pancaran sinar yang diarahkan antena ke satelit harus berbentuk pensil tajam. Sayangnya, karena panjang gelombangnya kecil dibandingkan dengan bukaan antena (diameter), titik fokus tetap tidak terlalu akurat. Hal ini menyebabkan sedikit divergensi dari berkas utama dan beberapa pengambilan sinyal off-axis yang tidak diinginkan. Diagram kutub yang dihasilkan terdiri dari balok sempit yang disebut kelopak utama dan serangkaian lobus samping dengan amplitudo lebih rendah.

Pola radiasi khas parabola
reflektor dalam sistem koordinat kutub

Karena diagram kutub seringkali sulit untuk ditafsirkan, representasi persegi panjang lebih disukai. Karakteristik sinyal teoretis yang dinormalisasi untuk antena iradiasi seragam dengan diameter 65 cm pada frekuensi 11 GHz ditunjukkan pada gambar:

Faktanya, faktor-faktor yang tercantum di atas akan berkontribusi pada pengenalan penyimpangan dalam karakteristik ini, tetapi gambaran umum dari ketergantungan yang ditunjukkan akan tetap tidak berubah.

Kebisingan latar belakang memasuki sistem antena terutama melalui lobus samping, jadi sangat penting untuk membuatnya sekecil mungkin dalam kaitannya dengan amplitudo lobus utama. Antena yang diiradiasi secara seragam secara teoritis menciptakan lobus samping pertama dan terbesar pada sekitar -17,6 dB di bawah lobus utama maksimum.

Dalam prakteknya, eksposur jarang seragam. Akurasi distribusi iradiasi tergantung pada jenis iluminator yang dipasang. Ini membawa kita pada konsep area efektif atau efisiensi sistem antena. Dengan kata lain, sebagian besar kekuatan sinyal dikumpulkan dari pusat cermin dan berkurang ke arah tepi luar antena. Oleh karena itu, bukaan reflektor antena yang lemah dapat berfungsi sebagai perlindungan terhadap kebisingan latar belakang.

Penyinaran cermin yang tidak lengkap (tidak mencukupi) mengurangi tingkat lobus sisi pertama menjadi kurang dari -20 dB, sehingga mengurangi efek kebisingan latar belakang. Sepintas, solusi ini tampak ideal, tetapi ini mengarah pada beberapa konsekuensi yang tidak diinginkan - penurunan penguatan antena dan peningkatan lebar balok (lobus utama) yang sesuai. Karakteristik utama dari pola radiasi antena adalah lebar setengah dayanya, yang dihitung sebagai lebar lobus utama pola pada level -3 dB. Persamaan yang digunakan untuk menghitung beamwidth pada tingkat lobus utama tertentu adalah rumit dan memakan waktu untuk dilakukan. Namun, parameter seperti lebar lobus utama -3dB, amplitudo lobus samping pertama dan posisi nol pertama (takik), tergantung pada metode iradiasi yang ditentukan, dapat dengan mudah dihitung menggunakan ekspresi pada tabel di bawah ini. Distribusi cosinus mendekati mean, dan jika metode paparan yang diterima tidak diketahui, ini dapat digunakan sebagai pendekatan pertama saat menghitung beamwidth -3 dB.

Mengurangi tingkat lobus samping antena reflektor dengan menempatkan strip logam di aperture

Akiki D, Biayneh V., Nassar E., Kharmush A,

Universitas Notre Dame, Tripoli, Lebanon

pengantar

Dalam dunia dengan mobilitas yang semakin meningkat, kebutuhan masyarakat untuk berkomunikasi dan mengakses informasi semakin meningkat, terlepas dari di mana informasi itu berada atau individunya. Dari pertimbangan-pertimbangan tersebut, tidak dapat dipungkiri bahwa telekomunikasi, yaitu transmisi sinyal jarak jauh, merupakan suatu keniscayaan yang mutlak. Persyaratan untuk sistem komunikasi nirkabel untuk kesempurnaan dan di mana-mana mengarah pada fakta bahwa sistem yang lebih dan lebih efisien perlu dikembangkan. Saat meningkatkan sistem, langkah awal utama adalah meningkatkan antena, yang merupakan blok bangunan utama sistem komunikasi nirkabel saat ini dan masa depan. Pada tahap ini, dengan meningkatkan kualitas parameter antena, yang kami maksud adalah penurunan tingkat lobus samping dari pola arahnya. Penurunan tingkat lobus samping, tentu saja, seharusnya tidak mempengaruhi lobus utama diagram. Menurunkan level side lobe diinginkan karena untuk antena yang digunakan sebagai antena penerima, side lobe membuat sistem lebih rentan terhadap sinyal yang tidak diinginkan. Dalam antena pemancar, lobus samping mengurangi keamanan informasi, karena sinyal dapat diterima oleh sisi penerima yang tidak diinginkan. Kesulitan utama adalah bahwa semakin tinggi level lobus samping, semakin tinggi kemungkinan gangguan ke arah lobus samping dengan level tertinggi. Selain itu, peningkatan level sidelobe berarti daya sinyal terbuang sia-sia. Banyak penelitian telah dilakukan (lihat, misalnya), tetapi tujuan artikel ini adalah untuk mempertimbangkan metode "pemosisian strip", yang telah terbukti sederhana, efektif, dan berbiaya rendah. Antena parabola apa saja

dapat dirancang atau bahkan dimodifikasi menggunakan metode ini (Gbr. 1) untuk mengurangi interferensi antar antena.

Namun, strip konduktif harus diposisikan dengan sangat tepat untuk mencapai pengurangan tingkat lobus samping. Dalam artikel ini, metode "pemosisian strip" diuji dengan eksperimen.

Deskripsi tugas

Masalah tersebut dirumuskan sebagai berikut. Untuk antena parabola tertentu (Gbr. 1), diperlukan untuk menurunkan level lobus samping pertama. Pola radiasi antena tidak lebih dari transformasi Fourier dari fungsi eksitasi bukaan antena.

dalam gambar. 2 menunjukkan dua diagram antena parabola - tanpa garis-garis (garis padat) dan dengan garis-garis (garis yang ditunjukkan oleh *), yang menggambarkan fakta bahwa ketika menggunakan strip, tingkat lobus samping pertama berkurang, tetapi tingkat utama lobus juga berkurang, dan levelnya juga mengubah kelopak lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa posisi garis-garis sangat kritis. Hal ini diperlukan untuk memposisikan strip sehingga lebar lobus utama setengah daya atau penguatan antena tidak banyak berubah. Tingkat lobus belakang juga tidak boleh berubah secara nyata. Peningkatan tingkat kelopak yang tersisa tidak begitu signifikan, karena tingkat kelopak ini biasanya jauh lebih mudah untuk diturunkan daripada tingkat lobus sisi pertama. Namun, peningkatan ini harus moderat. Mari kita juga ingat bahwa Gambar. 2 adalah ilustrasi.

Untuk alasan yang disebutkan, saat menggunakan metode "pemosisian strip", hal-hal berikut harus diingat: strip harus dari logam agar dapat memantulkan medan listrik sepenuhnya. Dalam hal ini, posisi garis-garis dapat diidentifikasi dengan jelas. Saat ini untuk mengukur tingkat lobus samping

Beras. 2. Pola pancaran antena tanpa strip (padat)

dan dengan garis-garis (

Beras. 3. Pola radiasi ternormalisasi teoritis dalam dB

dua metode digunakan - teoretis dan eksperimental. Kedua metode saling melengkapi, tetapi karena bukti kami didasarkan pada perbandingan diagram antena eksperimental tanpa kerusakan dan dengan garis, dalam hal ini kami akan menggunakan metode eksperimental.

A. Metode teoritis. Metode ini terdiri dari:

Menemukan pola radiasi teoritis (DP) dari antena yang diuji,

Pengukuran lobus samping DN ini.

Pola antena dapat diambil dari dokumentasi teknis antena, atau dapat dihitung, misalnya, menggunakan program Ma1!Ab atau menggunakan program lain yang sesuai dengan menggunakan hubungan medan yang diketahui.

Antena parabola reflektor P2P-23-YKHA digunakan sebagai antena uji. Nilai teoritis DP diperoleh dengan menggunakan rumus untuk bukaan bulat dengan eksitasi seragam:

] ka2E0e kg Jl (ka 8Ipv)

Pengukuran dan perhitungan dilakukan di E-plane. dalam gambar. 3 menunjukkan pola kutub yang dinormalisasi.

B. Metode Eksperimental. Dalam metode eksperimental, dua antena harus digunakan:

Menerima antena yang sedang diuji,

Mengirimkan antena.

Pola antena antena yang diuji ditentukan dengan memutarnya dan memperbaiki level medan dengan akurasi yang diperlukan. Untuk meningkatkan akurasi, lebih baik membaca dalam desibel.

B. Menyesuaikan tingkat lobus samping. Menurut definisi, lobus samping pertama adalah yang paling dekat dengan lobus utama. Untuk memperbaiki posisinya, perlu untuk mengukur sudut dalam derajat atau radian antara arah radiasi utama dan arah radiasi maksimum lobus kiri atau kanan pertama. Arah lobus sisi kiri dan kanan harus sama karena polanya yang simetri, tetapi hal ini mungkin tidak terjadi pada pola eksperimental. Selanjutnya, Anda juga perlu menentukan lebar kelopak samping. Ini dapat didefinisikan sebagai perbedaan antara nol DN di kiri dan kanan lobus samping. Simetri juga harus diharapkan di sini, tetapi hanya dalam teori. dalam gambar. 5 menunjukkan data eksperimen untuk menentukan parameter lobus samping.

Sebagai hasil dari serangkaian pengukuran, posisi strip untuk antena P2P-23-NKhA ditentukan, yang ditentukan oleh jarak (1,20-1,36) ^ dari sumbu simetri antena ke strip.

Setelah menentukan parameter lobus samping, posisi garis ditentukan. Perhitungan yang sesuai dilakukan untuk DP teoretis dan eksperimental menggunakan metode yang sama, dijelaskan di bawah ini dan diilustrasikan pada Gambar. 6.

Konstanta d - jarak dari sumbu simetri antena parabola ke strip yang terletak di permukaan bukaan cermin parabola, ditentukan oleh hubungan berikut:

"D<Ф = ъ,

di mana d adalah jarak yang diukur secara eksperimental dari titik simetri pada permukaan cermin ke strip (Gbr. 5); 0 - sudut antara arah radiasi utama dan arah maksimum lobus samping yang ditemukan secara eksperimental.

Rentang nilai untuk C ditemukan dengan rasio: s! = O / dv

untuk nilai 0 yang sesuai dengan awal dan akhir lobus samping (sesuai dengan pola nol).

Setelah menentukan rentang C, rentang ini dibagi menjadi sejumlah nilai, dari mana nilai optimal dipilih secara eksperimental

Beras. 4. Pengaturan eksperimental

Beras. 5. Penentuan eksperimental parameter lobus samping. 6. Metode penentuan posisi strip

hasil

Beberapa posisi strip telah diuji. Saat memindahkan garis-garis dari lobus utama, tetapi dalam kisaran C yang ditemukan, hasilnya meningkat. dalam gambar. 7 menunjukkan dua BP tanpa garis dan dengan garis, menunjukkan penurunan yang jelas pada tingkat lobus samping.

Meja 1 menunjukkan parameter perbandingan pola antena dalam hal tingkat lobus samping, directivity dan lebar lobus utama.

Kesimpulan

Pengurangan level lobus samping saat menggunakan garis - sebesar 23 dB (tingkat lobus samping antena tanpa garis -

12,43 dB). Dalam hal ini, lebar lobus utama tetap hampir tidak berubah. Metode ini sangat fleksibel karena dapat diterapkan pada antena apa pun.

Namun, kesulitan tertentu adalah pengaruh distorsi multipath yang terkait dengan pengaruh tanah dan objek di sekitarnya pada pola, yang menyebabkan perubahan tingkat lobus samping hingga 22 dB.

Metode ini sederhana, murah, dan dapat diselesaikan dalam waktu singkat. Berikut ini, kami akan mencoba menambahkan garis-garis tambahan pada posisi yang berbeda dan mengeksplorasi garis-garis penyerapan. Selain itu, pekerjaan akan dilakukan pada analisis teoritis masalah menggunakan metode teori geometrik difraksi.

Pola radiasi medan jauh antena P2F- 23-NXA magnitudo linier - plot kutub

Beras. 7. Antena DN P2F-23-NXA tanpa garis dan dengan garis

Parameter Perbandingan Antena

Tingkat lobus samping

DN teoretis (program Ma11ab) DN menurut dokumentasi teknis 18 dB 15 dB

AP terukur tanpa garis 12,43 dB

DN terukur dengan garis-garis Dengan multipath Tanpa multipath

Lebar lobus utama dalam derajat D D, dB

DN teoretis (program Ma ^ ab) 16 161,45 22,07

DN menurut dokumentasi teknis 16 161,45 22,07

DN terukur tanpa garis 14 210.475 23.23

MD terukur dengan garis-garis 14 210.475 23.23

literatur

1. Balanis. C. Teori Antena. Edisi ke-3. Wiley 2005.

2. Prosedur pengujian standar IEEE untuk antena IEEE Std. 149 - 1965.

3.http: //www.thefreedictionary.com/lobe

4. Searle AD., Humphrey AT. Desain antena reflektor sidelobe rendah. Antena dan Propagasi, Konferensi Internasional Kesepuluh tentang (Publik Conf. No. 436) Volume 1, 14-17 April 1997 Halaman: 17-20 vol. Diakses pada 26 Januari 2008 dari database IEEE.

5. Schrank H. Antena reflektor sidelobe rendah. Buletin Masyarakat Antena dan Propagasi, IEEE Volume 27, Edisi 2, April 1985 Halaman: 5 - 16. Diakses pada 26 Januari 2008 dari database IEEE.

6. Satoh T. shizuo Endo, Matsunaka N., Betsudan Si, Katagi T, Ebisui T. Penurunan level sidelobe dengan memperbaiki bentuk strut. Antena dan Propagasi, Transaksi IEEE pada Volume 32, Edisi 7, Juli 1984 Halaman: 698 - 705. Diakses pada 26 Januari 2008 dari database IEEE.

7. D.C Jenn dan W.V.T. Rusch. "Desain reflektor sidelobe rendah menggunakan permukaan resistif," dalam IEEE Antennas Propagat., Soc./ URSI Int. Sim. Gali., Jil. Saya mungkin

1990, hal. 152. Diakses pada 26 Januari 2008 dari database IEEE.

8. D.C Jenn dan W.V.T. Rusch. "Sintesis dan desain reflektor sidelobe rendah menggunakan permukaan resistif," IEEE Trans. Propagat Antena., Vol. 39, hal. 1372, Sep.

1991. Diakses pada 26 Januari 2008 dari database IEEE.

9. Biksu AD., Dan Cjamlcoals PJ.B. Formasi null adaptif dengan antena reflektor yang dapat dikonfigurasi ulang, IEEE Proc. H, 1995, 142, (3), hlm. 220-224. Diakses pada 26 Januari 2008 dari database IEEE.

10. Lam P., Shung-Wu Lee, Lang K, Chang D. Reduksi sidelobe dari reflektor parabola dengan reflektor tambahan. Antena dan Propagasi, Transaksi IEEE pada. Volume 35, Edisi 12, Des 1987 Halaman: 1367-1374. Diakses pada 26 Januari 2008 dari database IEEE.

Antena, terlepas dari desainnya, memiliki sifat reversibilitas (dapat bekerja baik untuk penerimaan maupun untuk radiasi). Seringkali dalam tautan gelombang mikro, antena yang sama dapat dihubungkan ke penerima dan pemancar pada saat yang bersamaan. Ini memungkinkan sinyal dipancarkan dan diterima dalam arah yang sama pada frekuensi yang berbeda.

Hampir semua parameter antena penerima sesuai dengan parameter antena pengirim, tetapi terkadang memiliki arti fisik yang sedikit berbeda.

Terlepas dari kenyataan bahwa antena penerima dan pemancar memiliki prinsip dualitas, dalam hal desain, mereka dapat berbeda secara signifikan. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa antena pemancar harus melewati kekuatan yang signifikan melalui dirinya sendiri untuk mentransmisikan sinyal elektromagnetik pada jarak yang jauh (maksimum mungkin). Jika antena bekerja untuk penerimaan, maka ia berinteraksi dengan medan dengan intensitas yang sangat rendah. Jenis struktur pemancar arus antena sering menentukan dimensi akhirnya.

Mungkin karakteristik utama dari antena apa pun adalah pola arahnya. Banyak parameter tambahan dan karakteristik energi penting seperti gain dan directivity mengikutinya.

Pola arah

Pola arah (DP) adalah ketergantungan kekuatan medan yang diciptakan oleh antena pada jarak yang cukup jauh dari sudut pengamatan di ruang angkasa. Dalam volume, diagram antena directional mungkin terlihat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1

Apa yang ditunjukkan pada gambar di atas juga disebut direktivitas diagram spasial, yang merupakan permukaan volume dan dapat memiliki beberapa maksima. Maksimum utama, disorot dengan warna merah pada gambar, disebut lobus utama diagram dan sesuai dengan arah radiasi utama (atau penerimaan). Dengan demikian, nilai minimum pertama atau (lebih jarang) nol dari kekuatan medan di sekitar lobus utama menentukan batasnya. Semua nilai bidang maksimum lainnya disebut sidelobes.

Dalam praktiknya, ada berbagai antena yang dapat memiliki beberapa arah radiasi maksimum, atau tidak memiliki lobus samping sama sekali.

Untuk kenyamanan gambar (dan aplikasi teknis), MD biasanya dipertimbangkan dalam dua bidang tegak lurus. Sebagai aturan, ini adalah bidang vektor listrik E dan vektor magnetik H (yang tegak lurus satu sama lain di sebagian besar media), Gambar 2.

Gambar 2

Dalam beberapa kasus, BP dianggap dalam bidang vertikal dan horizontal sehubungan dengan bidang Bumi. Diagram bidang digambarkan oleh sistem koordinat kutub atau Cartesian (persegi panjang). Dalam koordinat kutub, diagram lebih visual, dan ketika ditumpangkan pada peta, Anda bisa mendapatkan gambaran tentang area jangkauan antena stasiun radio, Gambar 3.

Gambar 3

Representasi pola radiasi dalam sistem koordinat persegi panjang lebih cocok untuk perhitungan teknik; konstruksi seperti itu lebih sering digunakan untuk mempelajari struktur diagram itu sendiri. Untuk ini, diagram dibangun dinormalisasi, dengan maksimum utama dikurangi menjadi satu. Gambar di bawah menunjukkan pola antena reflektor yang dinormalisasi.

Gambar 4

Dalam kasus di mana intensitas radiasi samping agak rendah dan sulit untuk mengukur radiasi samping pada skala linier, skala logaritmik digunakan. Seperti yang Anda ketahui, desibel membuat nilai kecil menjadi besar dan nilai besar menjadi kecil, sehingga diagram yang sama pada skala logaritmik terlihat seperti berikut:

Gambar 5

Sejumlah besar karakteristik yang penting untuk latihan dapat ditarik keluar dari pola radiasi saja. Mari kita periksa lebih detail diagram yang ditunjukkan di atas.

Salah satu parameter terpenting adalah lobus utama nol-emisi 0 dan lobus utama setengah daya 0,5. Setengah daya adalah 3 dB, atau 0,707 dalam kekuatan medan.

Gambar 6

Gambar 6 menunjukkan bahwa lebar lobus utama untuk radiasi nol adalah 0 = 5,18 derajat, dan lebar pada tingkat setengah daya adalah 0,5 = 2,15 derajat.

Juga, diagram dievaluasi oleh intensitas radiasi samping dan belakang (kekuatan lobus samping dan belakang), maka dua parameter penting antena mengikuti - ini adalah koefisien perlindungan, dan tingkat lobus samping .

Koefisien proteksi adalah perbandingan kuat medan yang diradiasikan oleh antena pada arah utama dengan kuat medan yang diradiasikan pada arah yang berlawanan. Jika orientasi lobus utama diagram dianggap dalam arah 180 derajat, maka yang berlawanan adalah 0 derajat. Arah radiasi lain juga dimungkinkan. Mari kita cari koefisien aksi protektif dari diagram yang sedang dipertimbangkan. Untuk kejelasan, kami akan menggambarkannya dalam sistem koordinat kutub (Gambar 7):

Gambar 7

Pada diagram, penanda m1, m2 masing-masing mewakili tingkat radiasi dalam arah mundur dan maju. Koefisien aksi protektif didefinisikan sebagai:

Dalam satuan relatif. Nilai dB yang sama:

Level side-lobe (LBL) biasanya ditentukan dalam dB, dengan demikian menunjukkan seberapa lemah level side-lobe dibandingkan dengan level lobus utama, Gambar 8.

Angka 8

Ini adalah dua parameter penting dari sistem antena apa pun, yang secara langsung mengikuti definisi pola arah. KND dan KU sering bingung satu sama lain. Mari kita lanjutkan untuk mempertimbangkannya.

Faktor arah

Faktor aksi terarah (CDI) adalah rasio kuadrat kekuatan medan yang dibuat dalam arah utama (E 0 2) dengan nilai rata-rata kuadrat kekuatan medan di semua arah (E cf 2). Seperti yang jelas dari definisi, directivity mencirikan sifat arah antena. LPC tidak memperhitungkan kerugian, karena ditentukan oleh daya yang dipancarkan. Dari uraian di atas, Anda dapat menunjukkan rumus untuk menghitung LPC:

D = E 0 2 / E cf 2

Jika antena berfungsi untuk penerimaan, maka indikator directivity menunjukkan berapa kali rasio daya signal-to-noise akan meningkat ketika mengganti antena directional dengan yang omnidirectional, jika interferensi datang secara merata dari segala arah.

Untuk antena pemancar, gambar direktivitas menunjukkan berapa kali daya radiasi harus dikurangi jika antena omnidirectional diganti dengan antena directional, dengan tetap mempertahankan kekuatan medan yang sama di arah utama.

Direktivitas antena omnidirectional mutlak jelas sama dengan satu. Secara fisik, pola radiasi spasial antena semacam itu terlihat seperti bola ideal:

Gambar 9

Antena seperti itu memancar dengan sama baiknya ke segala arah, tetapi dalam praktiknya hal itu tidak mungkin dilakukan. Oleh karena itu, ini adalah semacam abstraksi matematis.

Memperoleh

Seperti disebutkan di atas, directivity tidak memperhitungkan hilangnya antena. Parameter yang mencirikan sifat arah antena dan memperhitungkan kerugian di dalamnya disebut gain.

Gain (KU) G adalah rasio kuadrat kekuatan medan yang dibuat oleh antena di arah utama (E 0 2) dengan nilai rata-rata kuadrat kekuatan medan (E oe 2) yang dibuat oleh antena referensi , ketika daya yang disuplai ke antena sama. Kami juga mencatat bahwa ketika menentukan KU, efisiensi referensi dan antena yang diukur diperhitungkan.

Konsep antena referensi sangat penting dalam memahami penguatan, dan berbagai jenis antena referensi digunakan dalam pita frekuensi yang berbeda. Dalam rentang gelombang panjang / menengah, vibrator vertikal seperempat panjang gelombang monopole diambil sebagai standar (Gambar 10).

Gambar 10

Untuk vibrator referensi seperti itu, D e = 3,28, oleh karena itu, penguatan antena gelombang panjang / gelombang menengah ditentukan melalui direktivitas sebagai berikut: G = D * / 3.28, di mana adalah efisiensi antena.

Dalam rentang gelombang pendek, sebuah vibrator setengah gelombang simetris diambil sebagai antena referensi, dengan De = 1,64, maka KU:

G = D * / 1.64

Dalam rentang gelombang mikro (dan ini hampir semua Wi-Fi modern, LTE dan antena lainnya), emitor isotropik, memberikan D e = 1, dan memiliki diagram spasial yang ditunjukkan pada Gambar. 9, diambil sebagai emitor referensi.

Gain adalah parameter penentu antena pemancar, karena menunjukkan berapa kali perlu untuk mengurangi daya yang dipasok ke antena directional, dibandingkan dengan referensi, sehingga kekuatan medan di arah utama tetap tidak berubah.

KND dan KU terutama dinyatakan dalam desibel: 10lgD, 10lgG.

Kesimpulan

Dengan demikian, kami telah mempertimbangkan beberapa karakteristik medan antena yang dihasilkan dari pola radiasi dan karakteristik daya (directivity and control). Penguatan antena selalu lebih kecil dari aksi arah, karena penguatan memperhitungkan rugi antena. Kerugian dapat timbul karena pantulan daya kembali ke saluran umpan umpan, arus yang mengalir melalui dinding (misalnya, klakson), bayangan diagram oleh bagian struktural antena, dll. Dalam sistem antena nyata, perbedaan antara directivity dan KU bisa 1,5-2 dB.

Biarkan distribusi arus sepanjang antena konstan:

Antena nyata (misalnya, pandu gelombang berlubang) atau susunan antena tercetak sering kali memiliki distribusi arus ini. Mari kita hitung pola radiasi antena semacam itu:

Sekarang mari kita buat DN yang dinormalisasi:

(4.1.)

Beras. 4.3 Pola antena linier dengan distribusi arus seragam

Dalam pola radiasi ini, area berikut dapat dibedakan:

1) Lobus utama adalah area pola radiasi di mana medan maksimum.

2) Kelopak lateral.

Gambar berikut menunjukkan pola kutub di mana:
memiliki bentuk yang lebih visual (Gambar 4.4).

Beras. 4.4 Pola radiasi antena linier dengan distribusi arus seragam dalam sistem koordinat kutub

Perkiraan kuantitatif direktivitas antena dianggap sebagai lebar lobus utama antena, yang ditentukan baik oleh tingkat -3 dB dari titik maksimum atau nol. Tentukan lebar lobus utama pada tingkat nol. Di sini, kita dapat secara kasar mengasumsikan bahwa untuk antena yang sangat terarah:
... Kondisi persamaan faktor sistem ke nol dapat dituliskan sebagai berikut:

Mengingat bahwa
, kondisi terakhir dapat ditulis ulang sebagai berikut:

Untuk nilai besar panjang listrik antena (untuk nilai kecil dari setengah lebar antena lobus utama), dengan mempertimbangkan bahwa sinus argumen kecil kira-kira sama dengan nilai argumen, yang terakhir relasi dapat ditulis ulang sebagai:

Dari mana kita akhirnya mendapatkan rasio antara lebar lobus utama dan ukuran antena dalam fraksi panjang gelombang:

Kesimpulan penting berikut dari hubungan terakhir: untuk antena linier dalam-fase pada panjang gelombang tetap, peningkatan panjang antena menyebabkan penyempitan pola radiasi.

Mari kita perkirakan tingkat lobus samping di antena ini. Dari relasi (4.1), kita dapat memperoleh kondisi untuk posisi sudut lobus samping pertama (maksimum):

(-13 dB)

Ternyata dalam hal ini tingkat lobus samping tidak tergantung pada panjang dan frekuensi antena, tetapi hanya ditentukan oleh bentuk distribusi amplitudo arus. Untuk mengurangi UBL, seseorang harus meninggalkan bentuk distribusi amplitudo yang diterima (dari distribusi seragam), dan pergi ke distribusi yang jatuh ke tepi antena.

5. Antena array linier

5.1. Menurunkan ekspresi untuk dn lar

Ekspresi 4.2. memungkinkan Anda untuk dengan mudah beralih dari bidang sistem antena kontinu linier ke bidang susunan antena diskrit. Untuk melakukan ini, cukup untuk mengatur distribusi arus di bawah tanda integral dalam bentuk fungsi kisi (satu set fungsi delta) dengan bobot yang sesuai dengan amplitudo eksitasi elemen dan koordinat yang sesuai. Dalam hal ini, hasilnya adalah pola radiasi susunan antena sebagai transformasi Fourier diskrit. Siswa master diberi kesempatan untuk menerapkan pendekatan ini sendiri sebagai latihan.

6. Sintesis afr untuk hari tertentu.

6.1. Tinjauan historis, fitur masalah sintesis antena.

Seringkali, untuk memastikan operasi yang benar dari sistem rekayasa radio, persyaratan khusus dikenakan pada perangkat antena yang merupakan bagian integralnya. Oleh karena itu, merancang antena dengan karakteristik tertentu adalah salah satu tugas yang paling penting.

Pada dasarnya, persyaratan dikenakan pada pola arah (BP) perangkat antena dan bersifat sangat beragam: bentuk spesifik dari pola antena lobus utama (misalnya, bentuk sektor dan cosecan), tingkat tertentu lobus samping, kemiringan ke arah tertentu atau dalam rentang sudut tertentu mungkin diperlukan. Bagian dari teori antena yang ditujukan untuk memecahkan masalah ini disebut teori sintesis antena.

Dalam kebanyakan kasus, solusi yang tepat untuk masalah sintesis belum ditemukan, dan kita dapat berbicara tentang metode perkiraan. Masalah seperti itu telah dipelajari sejak lama dan banyak metode dan teknik telah ditemukan. Persyaratan tertentu juga dikenakan pada metode untuk memecahkan masalah sintesis antena: kecepatan; stabilitas, yaitu sensitivitas rendah terhadap perubahan kecil dalam parameter (frekuensi, ukuran antena, dll.); kelayakan praktis. Metode paling sederhana dipertimbangkan: diagram parsial dan integral Fourier. Metode pertama didasarkan pada analogi transformasi Fourier dan hubungan antara distribusi fase amplitudo dan MD, yang kedua didasarkan pada perluasan deret MD dalam fungsi dasar (MD parsial). Seringkali, solusi yang diperoleh dengan metode ini sulit untuk diterapkan dalam praktik (antena memiliki instrumentasi yang buruk, distribusi fase amplitudo (AFD) yang sulit diterapkan, solusinya tidak stabil). Dalam dan metode yang dipertimbangkan untuk memperhitungkan pembatasan PRA dan menghindari apa yang disebut. "Efek superarah".

Secara terpisah, ada baiknya menyoroti masalah sintesis campuran, yang paling penting adalah masalah sintesis fase, yaitu, menemukan distribusi fase pada amplitudo tertentu, yang mengarah ke DP yang diperlukan. Relevansi masalah sintesis fase dijelaskan oleh penggunaan besar array antena bertahap (PAR). Metode untuk memecahkan masalah tersebut dijelaskan dalam, dan.