Galvenās daivas platums un sānu daivas līmenis

DN (galvenās daivas) platums nosaka izstarotās elektromagnētiskās enerģijas koncentrācijas pakāpi. DN platums ir leņķis starp diviem virzieniem galvenajā daivā, kurā elektromagnētiskā lauka intensitātes amplitūda ir 0,707 no maksimālās vērtības (vai 0,5 no maksimālās vērtības jaudas blīvuma izteiksmē). DN platums ir norādīts šādi:

2i ir BP platums jaudas izteiksmē 0,5 līmenī;

2i - DN platums spriegumā 0,707 līmenī.

Indekss E vai H apzīmē DN platumu attiecīgajā plaknē: 2i, 2i. Jaudas līmenis 0,5 atbilst lauka intensitātes līmenim 0,707 vai -3 dB līmenim logaritmiskā skalā:

Eksperimentāli BP platumu var ērti noteikt no grafika, piemēram, kā parādīts 11. attēlā.

11. attēls

Antenas raksta sānu daivu līmenis nosaka elektromagnētiskā lauka antenas neīstā starojuma pakāpi. Tas ietekmē elektromagnētiskās saderības kvalitāti ar tuvumā esošām radioelektroniskām sistēmām.

Sānu daivas relatīvais līmenis ir lauka intensitātes amplitūdas attiecība pirmās sānu daivas maksimuma virzienā pret lauka intensitātes amplitūdu galvenās daivas maksimuma virzienā (12. attēls):

12. attēls

Šo līmeni izsaka absolūtās vienībās vai decibelos:

Virziena un raidošās antenas pastiprinājums

Virziena darbības faktors (virziena koeficients) kvantitatīvi raksturo reālas antenas virziena īpašības salīdzinājumā ar atskaites nevirziena (izotropu) antenu ar DP sfēras formā:

KND ir skaitlis, kas parāda, cik reižu reālās (virziena) antenas jaudas plūsmas blīvums P (u, q) ir lielāks par atsauces (nevirziena) antenas jaudas plūsmas blīvumu P (u, q) tai pašai virzienā un tādā pašā attālumā, ja antenu starojuma jaudas ir vienādas:

Ņemot vērā (25), jūs varat iegūt:

Antenas pastiprinājums (GF) ir parametrs, kas ņem vērā ne tikai antenas fokusēšanas īpašības, bet arī tās spēju pārveidot viena veida enerģiju citā.

KU ir skaitlis, kas parāda, cik reižu reālās (virziena) antenas jaudas plūsmas blīvums P (u, q) ir lielāks par PE (u, q) atsauces (nevirziena) antenas jaudas plūsmas blīvumu tajā pašā virzienā. un tādā pašā attālumā, ar nosacījumu, ka antenām piegādātā jauda ir vienāda.

Ieguvumu var izteikt ar KND:

kur ir antenas efektivitāte. Praksē viņi izmanto - antenas pastiprinājumu maksimālā starojuma virzienā.

Fāzes virziena diagramma. Antenas fāzes centra koncepcija

Fāzes modelis ir antenas izstarotā elektromagnētiskā lauka fāzes atkarība no leņķa koordinātām.

Tā kā antenas tālākajā zonā lauka vektori E un H atrodas vienā fāzē, tad fāzes shēma ir vienādi saistīta ar antenas izstarotajām EML elektriskajām un magnētiskajām sastāvdaļām. Fāze DP ir apzīmēta šādi: W = W (u, q) pie r = const.

Ja W (u, q) = const pie r = const, tad tas nozīmē, ka antena veido fāzes viļņa fronti sfēras formā. Šīs sfēras centru, kurā atrodas koordinātu sistēmas izcelsme, sauc par antenas fāzes centru (FCA). Jāatzīmē, ka ne visām antenām ir fāzes centrs.

Antenām ar fāzes centru un vairāku daivu amplitūdas modeli ar skaidrām nullēm starp tām lauka fāze blakus esošajās daivās atšķiras par p (180 °). Attiecības starp vienas antenas amplitūdas un fāzes starojuma modeļiem ir ilustrētas 13. attēlā.

13. attēls. Amplitūda un fāzes modelis

EMW izplatīšanās virziens un tā fāzes frontes novietojums katrā telpas punktā ir savstarpēji perpendikulāri.

Ideālā gadījumā staram, ko antena virza uz satelītu, jābūt asa zīmuļa formā. Diemžēl, tā kā viļņa garums ir mazs salīdzinājumā ar antenas apertūru (diametru), fiksētais fokusa punkts nav īsti precīzs. Tas izraisa nelielu tālās gaismas novirzi un nevēlamu ārpusass signālu uztveršanu. Iegūtā polārā diagramma sastāv no šaura stara, ko sauc galvenā ziedlapiņa un virkne sānu daivu ar mazāku amplitūdu.

Parabola tipisks starojuma modelis
atstarotājs polāro koordinātu sistēmā

Tā kā polārās diagrammas bieži ir grūti interpretēt, priekšroka dodama taisnstūrveida attēlojumam. Normalizētā teorētiskā signāla īpašība vienmērīgi apstarotai antenai ar diametru 65 cm ar frekvenci 11 GHz ir parādīta attēlā:

Faktiski iepriekš uzskaitītie faktori veicinās šī raksturlieluma pārkāpumu ieviešanu, taču parādītās atkarības kopējais attēls paliks nemainīgs.

Fona troksnis antenu sistēmā iekļūst galvenokārt caur sānu daivas, tāpēc ir svarīgi, lai tie būtu pēc iespējas mazāki attiecībā pret galvenās daivas amplitūdu. Vienmērīgi apstarota antena teorētiski rada pirmo un lielāko no šīm sānu daivas aptuveni -17,6 dB zem maksimālās galvenās daivas.

Praksē ekspozīcija reti ir vienmērīga. Apstarošanas sadalījuma precizitāte ir atkarīga no uzstādītā apgaismotāja veida. Tādējādi mēs nonākam pie antenas sistēmas efektīvās zonas vai efektivitātes jēdziena. Citiem vārdiem sakot, lielākā daļa signāla stipruma tiek savākta no spoguļa centra un samazinās virzienā uz antenas ārējām malām. Tāpēc vāja antenas atstarotāja apertūra var kalpot kā aizsardzība pret fona troksni.

Nepilnīga (nepietiekama) spoguļa apstarošana samazina pirmās sānu daivas līmeni līdz mazāk nekā -20 dB, tādējādi samazinot fona trokšņa efektu. No pirmā acu uzmetiena šis risinājums šķiet ideāls, taču tas rada dažas nevēlamas sekas - antenas pastiprinājuma samazināšanos un atbilstošu staru kūļa (galvenās daivas) platuma palielināšanos. Antenas starojuma shēmas galvenā īpašība ir tās pusjaudas platums, ko aprēķina kā modeļa galvenās daivas platumu -3 dB līmenī. Vienādojumi, kas tiek izmantoti, lai aprēķinātu staru kūļa platumu jebkurā noteiktā galvenās daivas līmenī, ir sarežģīti un laikietilpīgi. Tomēr tādus parametrus kā -3 dB galvenās daivas platums, pirmās sānu daivas amplitūda un pirmā nulles pozīcija (iecirtums) atkarībā no norādītās apstarošanas metodes var viegli aprēķināt, izmantojot tālāk redzamās tabulas izteiksmes. Kosinusa sadalījums ir tuvu vidējam, un, ja saņemtās ekspozīcijas metode nav zināma, to var izmantot kā pirmo tuvinājumu, aprēķinot -3 dB staru kūļa platumu.

Atstarotāju antenu sānu daivu līmeņa samazināšana, novietojot apertūrā metāla sloksnes

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

Notre Dame Universitāte, Tripole, Libāna

Ievads

Pasaulē, kurā pieaug mobilitāte, pieaug nepieciešamība pēc cilvēkiem sazināties un piekļūt informācijai neatkarīgi no informācijas atrašanās vietas vai personas. Ņemot vērā šos apsvērumus, nevar noliegt, ka telekomunikācijas, proti, signālu pārraide no attāluma, ir absolūti nepieciešama. Prasības bezvadu sakaru sistēmām pēc to pilnības un visuresamības noved pie tā, ka ir jāizstrādā arvien efektīvākas sistēmas. Uzlabojot sistēmu, galvenais sākuma solis ir uzlabot antenas, kas ir galvenie pašreizējo un nākotnes bezvadu sakaru sistēmu būvmateriāli. Šajā posmā, uzlabojot antenas parametru kvalitāti, mēs domājam tās virziena modeļa sānu daivu līmeņa pazemināšanos. Sānu daivu līmeņa pazemināšanās, protams, nedrīkst ietekmēt diagrammas galveno daivu. Sānu daivas līmeņa pazemināšana ir vēlama, jo antenām, ko izmanto kā uztveršanas antenas, sānu daivas padara sistēmu neaizsargātāku pret nevēlamiem signāliem. Raidīšanas antenās sānu daivas samazina informācijas drošību, jo signālu var uztvert nevēlama uztverošā puse. Galvenā grūtība ir tāda, ka jo augstāks ir sānu daivu līmenis, jo lielāka ir traucējumu iespējamība sānu daivas virzienā ar augstāko līmeni. Turklāt sānu lāpstiņas līmeņa paaugstināšanās nozīmē, ka signāla jauda tiek tērēta nevajadzīgi. Ir veikts daudz pētījumu (skat., piemēram), bet šī raksta mērķis ir apsvērt "sloksnes pozicionēšanas" metodi, kas ir izrādījusies vienkārša, efektīva un zemas izmaksas. Jebkura paraboliskā antena

var izstrādāt vai pat pārveidot, izmantojot šo metodi (1. att.), lai samazinātu traucējumus starp antenām.

Tomēr vadošajām sloksnēm jābūt ļoti precīzi novietotām, lai panāktu sānu daivu līmeņa samazināšanos. Šajā rakstā "sloksnes pozicionēšanas" metode tiek pārbaudīta eksperimentāli.

Uzdevuma apraksts

Problēma ir formulēta šādi. Konkrētai paraboliskajai antenai (1. att.) ir nepieciešams pazemināt pirmās sānu daivas līmeni. Antenas starojuma shēma ir nekas vairāk kā Furjē transformācija antenas apertūras ierosmes funkcijai.

attēlā. 2 ir parādītas divas paraboliskās antenas diagrammas - bez svītrām (nepārtraukta līnija) un ar svītrām (līnija, kas apzīmēta ar *), kas ilustrē faktu, ka, izmantojot sloksnes, pirmās sānu daivas līmenis samazinās, taču galvenās daiva arī samazinās, un līmenis maina arī pārējās ziedlapiņas. Tas parāda, ka svītru novietojums ir ļoti kritisks. Sloksnes ir jānovieto tā, lai pusjaudas galvenās daivas platums vai antenas pastiprinājums manāmi nemainītos. Arī muguras daivas līmenim nevajadzētu manāmi mainīties. Atlikušo ziedlapu līmeņa pieaugums nav tik ievērojams, jo šo ziedlapu līmeni parasti ir daudz vieglāk pazemināt nekā pirmo sānu daivu līmeni. Tomēr šim pieaugumam vajadzētu būt mērenam. Atcerēsimies arī to, ka att. 2 ir ilustratīvs.

Norādīto iemeslu dēļ, izmantojot "sloksnes pozicionēšanas" metodi, ir jāpatur prātā: sloksnēm jābūt metāliskām, lai pilnībā atspoguļotu elektrisko lauku. Šajā gadījumā svītru atrašanās vietu var skaidri noteikt. Pašlaik mēra sānu daivu līmeni

Rīsi. 2. Antenas starojuma raksts bez svītrām (vienmērīgs)

un ar svītrām (

Rīsi. 3. Teorētiskā normalizētā starojuma shēma dB

tiek izmantotas divas metodes – teorētiskā un eksperimentālā. Abas metodes viena otru papildina, taču, tā kā mūsu pierādījumi ir balstīti uz eksperimentālo antenu diagrammu salīdzinājumu bez lūzumiem un ar svītrām, šajā gadījumā izmantosim eksperimentālo metodi.

A. Teorētiskā metode. Šī metode sastāv no:

Testējamās antenas teorētiskā starojuma modeļa (DP) atrašana,

Šī DN sānu daivu mērījumi.

Antenas zīmējumu var ņemt no antenas tehniskās dokumentācijas, vai to var aprēķināt, piemēram, izmantojot Ma1!Ab programmu vai jebkuru citu piemērotu programmu, izmantojot zināmas lauka attiecības.

Kā testa antena tika izmantota P2P-23-YKHA reflektora paraboliskā antena. DP teorētiskā vērtība tika iegūta, izmantojot formulu apaļai apertūrai ar vienmērīgu ierosmi:

] ka2E0e іkg Jl (ka 8Ipv)

Mērījumi un aprēķini veikti E-plaknē. attēlā. 3 parāda normalizēto polāro modeli.

B. Eksperimentālā metode. Eksperimentālajā metodē jāizmanto divas antenas:

Uztvērēja antena tiek testēta,

Raidīšanas antena.

Pārbaudāmās antenas antenas zīmējumu nosaka, to pagriežot un ar nepieciešamo precizitāti fiksējot lauka līmeni. Lai uzlabotu precizitāti, vēlams lasīt decibelos.

B. Regulē sānu daivu līmeni. Pēc definīcijas pirmās sānu daivas ir tās, kas ir vistuvāk galvenajai daivai. Lai fiksētu to stāvokli, ir nepieciešams izmērīt leņķi grādos vai radiānos starp galvenā starojuma virzienu un pirmās kreisās vai labās daivas maksimālā starojuma virzienu. Kreisās un labās puses daivu virzieniem jābūt vienādiem modeļa simetrijas dēļ, taču eksperimentālajā modelī tas tā var nebūt. Tālāk jums arī jānosaka sānu ziedlapu platums. To var definēt kā starpību starp DN nullēm pa kreisi un pa labi no sānu daivas. Šeit arī vajadzētu sagaidīt simetriju, bet tikai teorētiski. attēlā. 5 parādīti eksperimentālie dati sānu daivas parametru noteikšanai.

Mērījumu sērijas rezultātā tika noteikts antenas P2P-23-NKhA joslu novietojums, ko nosaka attālums (1,20-1,36) ^ no antenas simetrijas ass līdz sloksnei.

Pēc sānu daivas parametru noteikšanas tiek noteikts svītru novietojums. Attiecīgie aprēķini tiek veikti gan teorētiskajai, gan eksperimentālajai DP, izmantojot to pašu metodi, kas aprakstīta zemāk un ilustrēta 1. 6.

Konstante d - attālums no paraboliskās antenas simetrijas ass līdz sloksnei, kas atrodas uz paraboliskā spoguļa atvēruma virsmas, tiek noteikts ar šādu attiecību:

"D<Ф = ъ,

kur d ir eksperimentāli izmērītais attālums no simetrijas punkta uz spoguļa virsmas līdz sloksnei (5. att.); 0 - leņķis starp galvenā starojuma virzienu un eksperimentāli atrastā sānu daivas maksimuma virzienu.

C vērtību diapazons tiek atrasts pēc attiecības: s! = O / dv

vērtībām 0, kas atbilst sānu daivas sākumam un beigām (kas atbilst raksta nullēm).

Pēc C diapazona noteikšanas šis diapazons tiek sadalīts vairākās vērtībās, no kurām eksperimentāli tiek izvēlēta optimālā vērtība

Rīsi. 4. Eksperimentālā iestatīšana

Rīsi. 5. Sānu daivu parametru eksperimentālā noteikšana Fig. 6. Sloksnes pozicionēšanas metode

rezultātus

Ir pārbaudītas vairākas sloksņu pozīcijas. Pārvietojot svītras prom no galvenās daivas, bet atrastajā C diapazonā, rezultāti uzlabojās. attēlā. 7 parāda divus BP bez svītrām un ar svītrām, kas parāda skaidru sānu daivu līmeņa pazemināšanos.

Tabula 1 parāda antenas modeļa salīdzinošos parametrus sānu daivu līmeņa, virziena un galvenās daivas platuma izteiksmē.

Secinājums

Sānu daivas līmeņa samazināšana, izmantojot svītras - par 23 dB (antenas sānu daivu līmenis bez svītrām -

12,43 dB). Šajā gadījumā galvenās daivas platums paliek gandrīz nemainīgs. Šī metode ir ļoti elastīga, jo to var pielietot jebkurai antenai.

Tomēr zināmas grūtības rada daudzceļu kropļojumu ietekme, kas saistīta ar zemes un apkārtējo objektu ietekmi uz modeli, kas izraisa sānu daivu līmeņa izmaiņas līdz 22 dB.

Šī metode ir vienkārša, lēta, un to var pabeigt īsā laikā. Tālāk mēs mēģināsim pievienot papildu svītras dažādās pozīcijās un izpētīt absorbcijas svītras. Papildus tiks veikts darbs pie problēmas teorētiskās analīzes, izmantojot difrakcijas ģeometriskās teorijas metodi.

Antenas P2F-23-NXA lineārā lieluma tālā lauka starojuma modelis — polārais grafiks

Rīsi. 7. DN antena P2F-23-NXA bez svītrām un ar svītrām

Antenas salīdzinošie parametri

Sānu daivas līmenis

Teorētiskais DN (programma Ma11ab) DN saskaņā ar tehnisko dokumentāciju 18 dB 15 dB

Izmērītais AP bez svītrām 12,43 dB

Izmērītais DN ar svītrām Ar daudzceļu Bez daudzceļiem

Galvenās daivas platums grādos D D, dB

Teorētiskā DN (Ma ^ ab programma) 16 161,45 22,07

DN pēc tehniskās dokumentācijas 16 161,45 22.07

Mērīts DN bez svītrām 14 210.475 23.23

Mērīts MD ar svītrām 14 210.475 23.23

Literatūra

1. Balanis. C antenas teorija. 3. izd. Wiley 2005.

2. IEEE standarta pārbaudes procedūras antenām IEEE Std. 149 - 1965.

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

4. Searle AD., Hamphrey AT. Zemas sānu lāpstiņas reflektora antenas dizains. Antenas un izplatīšana, desmitā starptautiskā konference par (Conf. Publ. Nr. 436) 1. sējums, 1997. gada 14.-17. aprīlis Lappuse (s): 17-20 1. sējums. Iegūts 2008. gada 26. janvārī no IEEE datu bāzēm.

5. Schrank H. Zemas sānu lāpstiņas reflektora antenas. Antennas un izplatīšanas sabiedrības biļetens, IEEE 27. sējums, 2. izdevums, 1985. gada aprīlis Lappuse (s): 5–16. Iegūts 2008. gada 26. janvārī no IEEE datu bāzēm.

6. Satoh T. shizuo Endo, Matsunaka N., Betsudan Si, Katagi T, Ebisui T. Sidelobe līmeņa samazināšana, uzlabojot statņa formu. Antennas un izplatīšana, IEEE transakcijas, 32. sējums, 7. izdevums, 1984. gada jūlijs, lappuse (s): 698–705. Iegūts 2008. gada 26. janvārī no IEEE datubāzēm.

7. D. C. Dženna un V. V. T. Rašs. "Zemas sānu lāpstiņas reflektora dizains, izmantojot pretestības virsmas," IEEE Antennas Propagat., Soc./ URSI Int. Symp. Dig., sēj. ES varētu

1990, lpp. 152. Iegūts 2008. gada 26. janvārī no IEEE datu bāzēm.

8. D. C. Dženna un V. V. T. Rašs. "Zema sānu atstarotāja sintēze un dizains, izmantojot pretestības virsmas," IEEE Trans. Antenas Propagat., Vol. 39. lpp. 1372, septembris

1991. Iegūts 2008. gada 26. janvārī no IEEE datu bāzēm.

9. Monk AD. un Cjamlcoals PJ.B. Adaptīvā nulles veidošana ar pārkonfigurējamu reflektora antenu, IEEE Proc. H, 1995, 142, (3), lpp. 220-224. Iegūts 2008. gada 26. janvārī no IEEE datu bāzēm.

10. Lam P., Shung-Wu Lee, Lang K, Chang D. Sidelobe samazināšana parabolisks reflektors ar papildu reflektoriem. Antenas un izplatīšana, IEEE darījumi ieslēgti. 35. sējums, 12. izdevums, 1987. gada decembris, lappuse (s): 1367-1374. Iegūts 2008. gada 26. janvārī no IEEE datu bāzēm.

Antenai, neatkarīgi no tās konstrukcijas, ir atgriezeniskas īpašības (tā var darboties gan uztveršanai, gan starojumam). Bieži vien mikroviļņu saitēs vienu un to pašu antenu var vienlaikus pievienot gan uztvērējam, gan raidītājam. Tas ļauj izstarot un saņemt signālu vienā virzienā dažādās frekvencēs.

Gandrīz visi uztverošās antenas parametri atbilst raidošās antenas parametriem, taču dažreiz tiem ir nedaudz atšķirīga fiziskā nozīme.

Neskatoties uz to, ka uztveršanas un raidīšanas antenām ir dualitātes princips, dizaina ziņā tās var ievērojami atšķirties. Tas ir saistīts ar faktu, ka raidošajai antenai caur sevi ir jāizlaiž ievērojamas jaudas, lai pārraidītu elektromagnētisko signālu lielos (maksimāli iespējamajos) attālumos. Ja antena darbojas uztveršanai, tad tā mijiedarbojas ar ļoti zemas intensitātes laukiem. Antenas strāvas pārraides struktūras veids bieži nosaka tās galīgos izmērus.

Iespējams, jebkuras antenas galvenā īpašība ir virziena modelis. No tā izriet daudzi palīgparametri un tādi svarīgi enerģijas raksturlielumi kā pastiprinājums un virzība.

Virziena raksts

Virziena modelis (DP) ir atkarība no lauka intensitātes, ko rada antena pietiekami lielā attālumā no novērošanas leņķiem telpā. Skaļuma ziņā virziena antenas diagramma var izskatīties kā parādīta 1. attēlā.

1. attēls

To, kas parādīts iepriekš attēlā, sauc arī par telpisko diagrammu virzienu, kas ir tilpuma virsma un kam var būt vairāki maksimumi. Galvenais maksimums, kas attēlā iezīmēts sarkanā krāsā, tiek saukts par diagrammas galveno daivu un atbilst galvenā starojuma (vai uztveršanas) virzienam. Attiecīgi pirmās minimālās vai (retāk) nulles lauka intensitātes vērtības ap galveno daivu nosaka tās robežu. Visas pārējās maksimālās lauka vērtības sauc par sānu cilpām.

Praksē ir dažādas antenas, kurām var būt vairāki maksimālā starojuma virzieni vai vispār nav sānu daivu.

Attēla (un tehniskā pielietojuma) ērtībai MD parasti aplūko divās perpendikulārās plaknēs. Parasti tās ir elektriskā vektora E un magnētiskā vektora H plaknes (kas ir perpendikulāras viena otrai lielākajā daļā datu nesēju), 2. attēls.

2. attēls

Dažos gadījumos BP tiek uzskatīts vertikālā un horizontālā plaknē attiecībā pret Zemes plakni. Plaknes diagrammas attēlo polāro vai Dekarta (taisnstūrveida) koordinātu sistēmas. Polārajās koordinātēs diagramma ir vizuālāka, un, uzliekot to uz kartes, jūs varat iegūt priekšstatu par radiostacijas antenas pārklājuma zonu, 3. attēls.

3. attēls

Radiācijas modeļa attēlojums taisnstūra koordinātu sistēmā ir ērtāks inženiertehniskajiem aprēķiniem, šādu konstrukciju biežāk izmanto pašas diagrammas struktūras pētīšanai. Šim nolūkam diagrammas tiek veidotas normalizētas, un galvenais maksimums tiek samazināts līdz vienam. Zemāk esošajā attēlā parādīts tipisks normalizēts reflektora antenas modelis.

4. attēls

Gadījumā, ja sānu starojuma intensitāte ir diezgan zema un sānu starojumu ir grūti izmērīt lineārā skalā, tiek izmantota logaritmiskā skala. Kā jūs zināt, decibeli padara mazas vērtības lielas un lielas - mazas, tāpēc viena un tā pati diagramma logaritmiskā skalā izskatās šādi:

5. attēls

Diezgan lielu skaitu praksē svarīgu īpašību var izvilkt tikai no starojuma shēmas. Sīkāk apskatīsim iepriekš parādīto diagrammu.

Viens no svarīgākajiem parametriem ir nulles emisijas galvenā daiva θ 0 un pusjaudas galvenā daiva θ 0,5. Puse jaudas ir 3 dB jeb 0,707 lauka intensitātē.

6. attēls

6. attēlā redzams, ka nulles starojuma galvenās daivas platums ir θ 0 = 5,18 grādi, bet platums pusjaudas līmenī ir θ 0,5 = 2,15 grādi.

Tāpat diagrammas tiek vērtētas pēc sānu un aizmugures starojuma intensitātes (sānu un aizmugures daivu jaudas), līdz ar to seko vēl divi svarīgi antenas parametri - tas ir aizsardzības koeficients un sānu daivu līmenis. .

Aizsardzības koeficients ir antenas galvenajā virzienā izstarotā lauka intensitātes attiecība pret pretējā virzienā izstarotā lauka intensitāti. Ja diagrammas galvenās daivas orientāciju uzskata 180 grādu virzienā, tad pretējā ir 0 grādos. Ir iespējami arī citi starojuma virzieni. Atradīsim aplūkojamās diagrammas aizsargdarbības koeficientu. Skaidrības labad mēs to attēlosim polāro koordinātu sistēmā (7. attēls):

7. attēls

Diagrammā marķieri m1, m2 apzīmē radiācijas līmeņus attiecīgi pretējā un uz priekšu virzienā. Aizsardzības darbības koeficients ir definēts šādi:

Relatīvās vienībās. Tāda pati dB vērtība:

Sānu daivas līmenis (LBL) parasti tiek norādīts dB, tādējādi norādot, cik vājš ir sānu daivas līmenis salīdzinājumā ar galvenās daivas līmeni, 8. attēls.

8. attēls

Šie ir divi svarīgi jebkuras antenas sistēmas parametri, kas tieši izriet no virziena modeļa definīcijas. KND un KU bieži tiek sajaukti viens ar otru. Pāriesim pie to izskatīšanas.

Virziena faktors

Virziena darbības koeficients (CDI) ir galvenā virzienā radītā lauka intensitātes kvadrāta attiecība (E 0 2) pret lauka intensitātes kvadrāta vidējo vērtību visos virzienos (E cf 2). Kā ir skaidrs no definīcijas, virziens raksturo antenas virziena īpašības. LPC neņem vērā zaudējumus, jo to nosaka izstarotā jauda. No iepriekš minētā varat norādīt formulu LPC aprēķināšanai:

D = E 0 2 / E sal. 2

Ja antena darbojas uztveršanai, tad virziena indikators parāda, cik reizes uzlabosies signāla un trokšņa jaudas attiecība, nomainot virziena antenu pret daudzvirzienu antenu, ja traucējumi nāk vienmērīgi no visiem virzieniem.

Raidošajai antenai virziena skaitlis parāda, cik reizes jāsamazina starojuma jauda, ​​ja daudzvirzienu antena tiek aizstāta ar virziena antenu, vienlaikus saglabājot vienādus lauka stiprumus galvenajā virzienā.

Absolūti daudzvirzienu antenas virziens acīmredzami ir vienāds ar vienu. Fiziski šādas antenas telpiskais starojuma modelis izskatās kā ideāla sfēra:

9. attēls

Šāda antena vienādi labi izstaro visos virzienos, taču praksē tas nav realizējams. Tāpēc tā ir sava veida matemātiska abstrakcija.

Iegūt

Kā minēts iepriekš, virziens neņem vērā antenas zudumus. Parametru, kas raksturo antenas virziena īpašības un ņem vērā tajā esošos zudumus, sauc par pastiprinājumu.

Pastiprinājums (KU) G ir antenas radītā lauka intensitātes kvadrāta attiecība galvenajā virzienā (E 0 2) pret lauka intensitātes kvadrāta vidējo vērtību (E oe 2), ko rada atsauces antena. , ja antenām piegādātās jaudas ir vienādas. Mēs arī atzīmējam, ka, nosakot KU, tiek ņemta vērā atsauces un izmērītās antenas efektivitāte.

Atsauces antenas jēdziens ir ļoti svarīgs, lai izprastu pastiprinājumu, un dažādās frekvenču joslās tiek izmantotas dažāda veida atsauces antenas. Garo/vidējo viļņu diapazonā par standartu tiek ņemts vertikāls monopola ceturkšņa viļņa garuma vibrators (10. attēls).

10. attēls

Šādam atsauces vibratoram D e = 3,28, tāpēc garo viļņu/vidējo viļņu antenas pastiprinājumu nosaka pēc virziena šādi: G = D * ŋ / 3.28, kur ŋ ir antenas efektivitāte.

Īso viļņu diapazonā par atskaites antenu tiek ņemts simetrisks pusviļņu vibrators, kuram De = 1,64, tad KU:

G = D * ŋ / 1,64

Mikroviļņu diapazonā (un tas ir gandrīz visas mūsdienu Wi-Fi, LTE un citas antenas) par atskaites emitētāju tiek ņemts izotropiskais emitents, kas dod D e = 1 un kam ir telpiskā diagramma, kas parādīta 9. attēlā.

Pastiprinājums ir raidošo antenu noteicošais parametrs, jo tas parāda, cik reižu ir jāsamazina virziena antenai piegādātā jauda, ​​salīdzinot ar atsauci, lai lauka stiprums galvenajā virzienā paliktu nemainīgs.

KND un KU galvenokārt izteikti decibelos: 10lgD, 10lgG.

Secinājums

Tādējādi mēs esam apsvēruši dažus antenas lauka raksturlielumus, kas izriet no starojuma modeļa un jaudas īpašībām (virziena un vadības). Antenas pastiprinājums vienmēr ir mazāks par virziena darbību, jo pastiprinājumā tiek ņemts vērā antenas zudums. Zudumi var rasties, ja jauda tiek atstarota atpakaļ padeves padeves līnijā, strāvas, kas plūst cauri sienām (piemēram, rags), diagrammas ēnojums ar antenas konstrukcijas daļām utt. Reālās antenu sistēmās atšķirība starp LPC un KU var būt 1,5-2 dB.

Lai strāvas sadalījums visā antenas garumā ir nemainīgs:

Reālām antenām (piemēram, rievotām viļņvadām) vai drukātām antenu blokiem bieži ir šāds strāvas sadalījums. Aprēķināsim šādas antenas starojuma modeli:

Tagad izveidosim normalizētu DN:

(4.1.)

Rīsi. 4.3. Lineāra antenas shēma ar vienmērīgu strāvas sadalījumu

Šajā starojuma shēmā var izdalīt šādas jomas:

1) Galvenā daiva ir starojuma modeļa laukums, kurā lauks ir maksimālais.

2) Sānu ziedlapiņas.

Nākamajā attēlā parādīts polārais modelis, kurā
ir vizuālāka forma (4.4. attēls).

Rīsi. 4.4. Lineāras antenas starojuma shēma ar vienmērīgu strāvas sadalījumu polāro koordinātu sistēmā

Par antenas virziena kvantitatīvo novērtējumu tiek uzskatīts antenas galvenās daivas platums, ko nosaka vai nu līmenis -3 dB no maksimālā, vai nulle punkti. Nosakiet galvenās daivas platumu nulles līmenī. Šeit mēs varam aptuveni pieņemt, ka ļoti virziena antenām:
... Nosacījumu sistēmas faktora vienādībai ar nulli var aptuveni uzrakstīt šādi:

Ņemot vērā, ka
, pēdējo nosacījumu var pārrakstīt šādi:

Lielām antenas elektriskā garuma vērtībām (mazām galvenās antenas daivas pusplatuma vērtībām), ņemot vērā faktu, ka mazā argumenta sinuss ir aptuveni vienāds ar argumentu, pēdējo attiecību var pārrakstīt šādi:

No kurienes mēs beidzot iegūstam attiecību starp galvenās daivas platumu un antenas izmēru viļņa garuma daļās:

No pēdējās attiecības izriet svarīgs secinājums: fāzes lineārai antenai ar fiksētu viļņa garumu antenas garuma palielināšanās noved pie starojuma modeļa sašaurināšanās.

Novērtēsim sānu daivu līmeni šajā antenā. No attiecības (4.1) mēs varam iegūt nosacījumu pirmās (maksimālās) sānu daivas leņķiskajam stāvoklim:

(-13 dB)

Izrādās, ka šajā gadījumā sānu daivu līmenis nav atkarīgs no antenas garuma un frekvences, bet to nosaka tikai strāvas amplitūdas sadalījuma forma. Lai samazinātu UBL, vajadzētu atteikties no pieņemtās amplitūdas sadalījuma formas (no vienmērīga sadalījuma) un pāriet uz sadalījumu, kas krīt uz antenas malām.

5. Lineārais antenu bloks

5.1. Izteiksmes atvasināšana dn lar

Izteiksme 4.2. ļauj viegli pārslēgties no lineāras nepārtrauktas antenu sistēmas lauka uz diskrēta antenu bloka lauku. Lai to izdarītu, ir pietiekami iestatīt strāvas sadalījumu zem integrālzīmes režģa funkcijas veidā (delta funkciju kopa) ar svariem, kas atbilst elementu ierosmes amplitūdām un atbilstošajām koordinātām. Šajā gadījumā rezultāts ir antenas bloka starojuma modelis kā diskrēta Furjē transformācija. Maģistrantiem tiek dota iespēja šo pieeju īstenot patstāvīgi kā vingrinājumu.

6. Afr sintēze noteiktai dienai.

6.1. Vēsturiskais apskats, antenu sintēzes problēmu īpatnības.

Bieži vien, lai nodrošinātu radioinženiersistēmu pareizu darbību, antenas ierīcēm, kas ir to neatņemama sastāvdaļa, tiek izvirzītas īpašas prasības. Tāpēc antenu projektēšana ar noteiktiem raksturlielumiem ir viens no svarīgākajiem uzdevumiem.

Pamatā prasības tiek izvirzītas antenas ierīces virziena shēmai (BP), un tām ir ļoti daudzveidīgs raksturs: noteikta antenas modeļa galvenās daivas forma (piemēram, sektora un kosekantes forma), noteikts līmenis. sānu daivu gadījumā var būt nepieciešama iegrime noteiktā virzienā vai noteiktā leņķu diapazonā. Antenu teorijas sadaļu, kas veltīta šo problēmu risināšanai, sauc par antenu sintēzes teoriju.

Vairumā gadījumu precīzs sintēzes problēmas risinājums nav atrasts, un mēs varam runāt par aptuvenām metodēm. Šādas problēmas ir pētītas ilgu laiku un ir atrastas daudzas metodes un paņēmieni. Zināmas prasības tiek izvirzītas arī antenu sintēzes problēmu risināšanas metodēm: uz ātrumu; stabilitāte, t.i. zema jutība pret nelielām parametru izmaiņām (frekvence, antenas izmēri utt.); praktiskā iespējamība. Tiek aplūkotas vienkāršākās metodes: daļējās diagrammas un Furjē integrālis. Pirmā metode ir balstīta uz Furjē transformācijas analoģiju un saistību starp amplitūdas-fāzes sadalījumu un MD, otrā ir balstīta uz MD sērijas paplašināšanu bāzes funkcijās (daļējās MD). Bieži vien ar šīm metodēm iegūtie risinājumi ir grūti pielietojami praksē (antenām ir slikta instrumentācija, grūti realizējams amplitūdas-fāzes sadalījums (AFD), risinājums ir nestabils). In un apsvērtās metodes, lai ņemtu vērā ierobežojumus PRA un izvairītos no t.s. "Supervirziena efekts".

Atsevišķi ir vērts izcelt jauktās sintēzes problēmas, no kurām svarīgākā ir fāzes sintēzes problēma, tas ir, fāzes sadalījuma atrašana noteiktā amplitūdā, kas noved pie nepieciešamās DP. Fāzu sintēzes problēmu aktualitāte ir izskaidrojama ar fāzēto antenu bloku (PAR) lielo izmantošanu. Metodes šādu problēmu risināšanai ir aprakstītas un.