Lățimea lobului principal și nivelul lobului lateral

Lățimea DN-ului (lobul principal) determină gradul de concentrare a energiei electromagnetice radiate. DN latime este unghiul dintre două direcții în interiorul lobului principal, în care amplitudinea intensității câmpului electromagnetic este de 0,707 din valoarea maximă (sau 0,5 din valoarea maximă în ceea ce privește densitatea de putere). Lățimea DN-ului este desemnată după cum urmează:

2i este lățimea BP în termeni de putere la nivelul de 0,5;

2i - lățimea DN-ului în tensiune la nivelul de 0,707.

Indicele E sau H indică lățimea DN-ului în planul corespunzător: 2i, 2i. Un nivel de putere de 0,5 corespunde unui nivel de intensitate a câmpului de 0,707 sau unui nivel de - 3 dB pe o scară logaritmică:

Experimental, lățimea BP poate fi determinată convenabil dintr-un grafic, de exemplu, așa cum se arată în Figura 11.

Figura 11

Nivelul lobilor laterali ai modelului antenei determină gradul de radiație falsă a antenei câmpului electromagnetic. Afectează calitatea compatibilității electromagnetice cu sistemele electronice radio din apropiere.

Nivelul relativ al lobului lateral este raportul dintre amplitudinea intensității câmpului în direcția maximului primului lob lateral și amplitudinea intensității câmpului în direcția maximului lobului principal (Figura 12):

Figura 12

Acest nivel este exprimat în unități absolute sau în decibeli:

Câștig de antenă direcțională și de transmisie

Factorul de acțiune direcțională (factorul de direcție) caracterizează cantitativ proprietățile direcționale ale unei antene reale în comparație cu o antenă nedirecțională (izotropă) de referință cu un DP sub forma unei sfere:

KND este un număr care arată de câte ori densitatea de flux de putere P (u, q) a antenei reale (direcționale) este mai mare decât densitatea de flux de putere P (u, q) a antenei de referință (nedirecționale) pentru aceeași direcție și la aceeași distanță, cu condiția ca puterile de radiație ale antenelor să fie aceleași:

Ținând cont de (25), puteți obține:

Câștigul antenei (GF) este un parametru care ia în considerare nu numai proprietățile de focalizare ale antenei, ci și capacitatea acesteia de a converti un tip de energie în altul.

NS este un număr care arată de câte ori densitatea de flux de putere P (u, c) a antenei reale (direcționale) este mai mare decât densitatea de flux de putere a antenei de referință (nedirecțională) PE (u, c) pentru aceeași direcție și la aceeași distanță, cu condiția ca puterile furnizate antenelor să fie aceleași.

Câștigul poate fi exprimat în termeni KND:

unde este randamentul antenei. În practică, folosesc - câștigul antenei în direcția radiației maxime.

Diagrama direcțională de fază. Conceptul centrului de fază al antenei

Model de fază este dependența fazei câmpului electromagnetic emis de antenă de coordonatele unghiulare.

Deoarece în zona îndepărtată a antenei vectorii de câmp E și H sunt în fază, atunci modelul de fază este în egală măsură legat de componentele electrice și magnetice ale EMF emise de antenă. Faza DP se notează astfel: W = W (u, q) la r = const.

Dacă W (u, q) = const la r = const, atunci aceasta înseamnă că antena formează un front de undă de fază sub forma unei sfere. Centrul acestei sfere, în care se află originea sistemului de coordonate, se numește centrul de fază al antenei (FCA). Trebuie remarcat faptul că nu toate antenele au un centru de fază.

Pentru antenele cu un centru de fază și un model de amplitudine multilobată cu zerouri clare între ele, faza câmpului în lobii adiacenți diferă cu p (180 °). Relația dintre modelele de radiație de amplitudine și fază ale aceleiași antene este ilustrată în Fig. 13.

Figura 13 - Modelul de amplitudine și fază

Direcția de propagare a EMW și poziția frontului său de fază în fiecare punct din spațiu sunt reciproc perpendiculare.

În mod ideal, fasciculul îndreptat de antenă către satelit ar trebui să fie sub forma unui creion ascuțit. Din păcate, deoarece lungimea de undă este mică în comparație cu deschiderea (diametrul) antenei, punctul focal fix nu este cu adevărat precis. Acest lucru cauzează o ușoară divergență a fasciculului principal și o anumită captare nedorită a semnalelor în afara axei. Diagrama polară rezultată constă dintr-un fascicul îngust numit petală principalăşi o serie de lobi laterali de amplitudine mai mică.

Modelul de radiație tipic al unui parabolic
reflector în sistemul de coordonate polare

Deoarece diagramele polare sunt adesea dificil de interpretat, se preferă o reprezentare dreptunghiulară. Caracteristica semnalului teoretic normalizat pentru o antenă iradiată uniform cu un diametru de 65 cm la o frecvență de 11 GHz este prezentată în figură:

De fapt, factorii enumerați mai sus vor contribui la introducerea neregulilor în această caracteristică, dar imaginea generală a dependenței arătate va rămâne neschimbată.

Zgomotul de fond intră în sistemul de antenă în principal prin lobii laterali, deci este important ca aceștia să fie cât mai mici în raport cu amplitudinea lobului principal. O antenă iradiată uniform creează, teoretic, primul și cel mai mare dintre acești lobi laterali la aproximativ -17,6 dB sub lobul principal maxim.

În practică, expunerea este rareori uniformă. Precizia distribuției iradierii depinde de tipul de iluminator instalat. Acest lucru ne aduce la conceptul de suprafață efectivă sau eficiență a unui sistem de antenă. Cu alte cuvinte, cea mai mare parte a puterii semnalului este colectată din centrul oglinzii și scade spre marginile exterioare ale antenei. Prin urmare, o deschidere slabă a reflectorului antenei poate servi drept protecție împotriva zgomotului de fundal.

Iradierea incompletă (insuficientă) în oglindă reduce nivelul primului lob lateral la mai puțin de -20 dB, reducând astfel efectul zgomotului de fond. La prima vedere, această soluție pare ideală, dar duce la unele consecințe nedorite - o scădere a câștigului antenei și o creștere corespunzătoare a lățimii fasciculului (lobul principal). Principala caracteristică a modelului de radiație al antenei este lățimea de jumătate de putere, care este calculată ca lățimea lobului principal al modelului la nivelul de -3 dB. Ecuațiile care sunt utilizate pentru a calcula lățimea fasciculului la orice nivel dat al lobului principal sunt complexe și necesită timp de realizat. Cu toate acestea, parametri precum -3dB lățimea lobului principal, amplitudinea primului lob lateral și prima poziție zero (crestătură), în funcție de metoda de iradiere specificată, pot fi calculați cu ușurință folosind expresiile din tabelul de mai jos. Distribuția cosinusului este apropiată de medie, iar dacă metoda de expunere recepționată este necunoscută, aceasta poate fi folosită ca primă aproximare la calcularea lățimii fasciculului de -3 dB.

Reducerea nivelului lobilor laterali ai antenelor reflectoare prin poziționarea benzilor metalice în deschidere

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

Universitatea Notre Dame, Tripoli, Liban

Introducere

Într-o lume cu mobilitate în creștere, există o nevoie din ce în ce mai mare ca oamenii să comunice și să acceseze informații, indiferent de locul în care se află informațiile sau de individ. Din aceste considerente, nu se poate nega faptul că telecomunicațiile, și anume transmiterea semnalelor la distanță, este o necesitate absolută. Cerințele pentru sistemele de comunicații fără fir pentru perfecțiunea și ubicuitatea lor conduc la faptul că trebuie dezvoltate sisteme din ce în ce mai eficiente. La îmbunătățirea sistemului, principalul pas de pornire este îmbunătățirea antenelor, care sunt principalele blocuri ale sistemelor de comunicații fără fir actuale și viitoare. În această etapă, prin îmbunătățirea calității parametrilor antenei, înțelegem o scădere a nivelului lobilor ei laterali a modelului său direcțional. O scădere a nivelului lobilor laterali, desigur, nu ar trebui să afecteze lobul principal al diagramei. Scăderea nivelului lobului lateral este de dorit, deoarece pentru antenele utilizate ca antene de recepție, lobii laterali fac sistemul mai vulnerabil la semnalele nedorite. În antenele de transmisie, lobii laterali reduc securitatea informațiilor, deoarece semnalul poate fi recepționat de o parte de recepție nedorită. Principala dificultate este că, cu cât nivelul lobilor laterali este mai mare, cu atât este mai mare probabilitatea de interferență în direcția lobului lateral cu cel mai înalt nivel. În plus, o creștere a nivelului lobului lateral înseamnă că puterea semnalului este irosită inutil. S-au făcut multe cercetări (vezi, de exemplu), dar scopul acestui articol este să se uite la metoda „poziționării benzii”, care s-a dovedit a fi simplă, eficientă și cu costuri reduse. Orice antenă parabolică

poate fi proiectat sau chiar modificat folosind această metodă (Fig. 1) pentru a reduce interferența dintre antene.

Totusi, benzile conductoare trebuie pozitionate foarte precis pentru a se realiza o reducere a nivelului lobilor laterali. În acest articol, metoda „poziționării benzii” este testată prin experiment.

Descrierea sarcinii

Problema este formulată după cum urmează. Pentru o anumită antenă parabolică (Fig. 1), este necesară scăderea nivelului primului lob lateral. Modelul de radiație al antenei nu este altceva decât transformata Fourier a funcției de excitație a deschiderii antenei.

În fig. 2 prezintă două diagrame ale unei antene parabolice - fără dungi (linie continuă) și cu dungi (linia indicată cu *), ilustrând faptul că la utilizarea benzilor, nivelul primului lob lateral scade, totuși, nivelul principalului scade si lobul, iar nivelul schimba si restul petalelor. Acest lucru arată că poziția dungilor este foarte critică. Este necesar să poziționați benzile astfel încât lățimea lobului principal de jumătate de putere sau câștigul antenei să nu se modifice în mod apreciabil. Nici nivelul lobului din spate nu ar trebui să se schimbe semnificativ. Creșterea nivelului petalelor rămase nu este atât de semnificativă, deoarece nivelul acestor petale este de obicei mult mai ușor de coborât decât nivelul primilor lobi laterali. Cu toate acestea, această creștere ar trebui să fie moderată. Să ne amintim, de asemenea, că Fig. 2 este ilustrativ.

Din motivele expuse, atunci când se utilizează metoda „poziționării benzilor”, trebuie avut în vedere următoarele: benzile trebuie să fie metalice pentru a reflecta în totalitate câmpul electric. În acest caz, poziția dungilor poate fi clar identificată. În prezent pentru a măsura nivelul lobilor laterali

Orez. 2. Modelul de radiație al antenei fără dungi (solid)

și cu dungi (

Orez. 3. Modelul teoretic de radiație normalizat în dB

se folosesc două metode - teoretică și experimentală. Ambele metode se completează reciproc, dar întrucât dovezile noastre se bazează pe o comparație a diagramelor de antene experimentale fără ruperi și cu dungi, în acest caz vom folosi metoda experimentală.

A. Metoda teoretică. Această metodă constă în:

Găsirea modelului teoretic de radiație (DP) al antenei testate,

Măsurătorile lobilor laterali ai acestui DN.

Modelul antenei poate fi preluat din documentația tehnică a antenei sau poate fi calculat, de exemplu, folosind programul Ma1! Ab sau folosind orice alt program adecvat folosind relații de câmp cunoscute.

O antenă parabolică reflector P2P-23-YKHA a fost folosită ca antenă de testare. Valoarea teoretică a DP a fost obținută folosind formula pentru o deschidere rotundă cu excitație uniformă:

] ka2E0e іkg Jl (ka 8Ipv)

Măsurătorile și calculele au fost efectuate în planul E. În fig. 3 prezintă modelul polar normalizat.

B. Metoda experimentală. În metoda experimentală, ar trebui utilizate două antene:

Antenă de recepție în curs de testare,

Antena de transmisie.

Modelul de antenă al antenei testate este determinat prin rotirea acesteia și prin fixarea nivelului câmpului cu precizia necesară. Pentru o precizie îmbunătățită, este de preferat să citiți în decibeli.

B. Reglează nivelul lobilor laterali. Prin definiție, primii lobi laterali sunt cei mai apropiați de lobul principal. Pentru a le fixa poziția, este necesar să se măsoare unghiul în grade sau radiani dintre direcția radiației principale și direcția radiației maxime a primului lob stâng sau drept. Direcțiile lobilor laterali stângi și drepti ar trebui să fie aceleași datorită simetriei modelului, dar este posibil să nu fie cazul în modelul experimental. În continuare, trebuie să determinați și lățimea petalelor laterale. Poate fi definită ca diferența dintre zerourile DN la stânga și la dreapta lobului lateral. Ar trebui să se aștepte și aici la simetrie, dar numai în teorie. În fig. 5 prezintă datele experimentale pentru determinarea parametrilor lobului lateral.

În urma unei serii de măsurători, s-a determinat poziția benzilor pentru antena P2P-23-NKhA, care sunt determinate de distanța (1,20-1,36) ^ de la axa de simetrie a antenei la bandă.

După determinarea parametrilor lobului lateral, se determină poziția dungilor. Calculele corespunzătoare sunt efectuate atât pentru DP teoretic cât și experimental, folosind aceeași metodă, descrisă mai jos și ilustrată în Fig. 6.

Constanta d - distanța de la axa de simetrie a antenei parabolice la banda situată pe suprafața deschiderii oglinzii parabolice, este determinată de următoarea relație:

„D<Ф = ъ,

unde d este distanța măsurată experimental de la punctul de simetrie de pe suprafața oglinzii la bandă (Fig. 5); 0 - unghiul dintre direcția radiației principale și direcția maximului lobului lateral găsit experimental.

Intervalul de valori pentru C se găsește prin raportul: s! = O / dv

pentru valorile 0 corespunzătoare începutului și sfârșitului lobului lateral (corespunzător cu zerourile modelului).

După determinarea intervalului C, acest interval este împărțit într-un număr de valori, din care valoarea optimă este selectată experimental

Orez. 4. Configurare experimentală

Orez. 5. Determinarea experimentală a parametrilor lobilor laterali.Fig. 6. Metoda de poziţionare a benzii

rezultate

Au fost testate mai multe poziții ale benzilor. La mutarea dungilor departe de lobul principal, dar în intervalul C găsit, rezultatele s-au îmbunătățit. În fig. 7 prezintă două BP fără dungi și cu dungi, arătând o scădere clară a nivelului lobilor laterali.

Masa 1 prezintă parametrii comparativi ai modelului antenei în ceea ce privește nivelul lobilor laterali, direcția și lățimea lobului principal.

Concluzie

Reducerea nivelului lobului lateral atunci când se utilizează dungi - cu 23 dB (nivelul lobilor laterali ai antenei fără dungi -

12,43 dB). În acest caz, lățimea lobului principal rămâne aproape neschimbată. Această metodă este foarte flexibilă deoarece poate fi aplicată la orice antenă.

Cu toate acestea, o anumită dificultate este influența distorsiunilor multipath asociate cu influența solului și a obiectelor din jur asupra modelului, ceea ce duce la o schimbare a nivelului lobilor laterali de până la 22 dB.

Această metodă este simplă, ieftină și poate fi finalizată într-un timp scurt. În cele ce urmează, vom încerca să adăugăm dungi suplimentare în diferite poziții și să explorăm dungile de absorbție. În plus, se va lucra la analiza teoretică a problemei folosind metoda teoriei geometrice a difracției.

Modelul de radiație în câmp îndepărtat al antenei P2F- 23-NXA magnitudine liniară - diagramă polar

Orez. 7. Antena DN P2F-23-NXA fara dungi si cu dungi

Parametri comparativi antenei

Nivelul lobului lateral

DN teoretic (programul Ma11ab) DN conform documentației tehnice 18 dB 15 dB

AP măsurat fără dungi 12,43 dB

DN măsurat cu dungi Cu cale multiplă Fără cale multiplă

Lățimea lobului principal în grade D D, dB

DN teoretic (Program Ma ^ ab) 16 161,45 22,07

DN conform documentatiei tehnice 16 161.45 22.07

DN măsurat fără dungi 14 210.475 23.23

Măsurat MD cu dungi 14 210.475 23.23

Literatură

1. Balanis. Teoria antenei C. a 3-a Ed. Wiley 2005.

2. Proceduri de testare standard IEEE pentru antene IEEE Std. 149 - 1965.

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

4. Searle AD., Humphrey AT. Design antenă reflector cu lobi lateral scăzut. Antenne și Propagare, a X-a Conferință Internațională privind (Conf. Publ. Nr. 436) Volumul 1, 14-17 aprilie 1997 Pagina (e): 17-20 vol. 1. Preluat la 26 ianuarie 2008 din bazele de date IEEE.

5. Schrank H. Antene reflectoare cu lobe laterale joase. Antennas and Propagation Society Newsletter, IEEE Volume 27, Issue 2, April 1985 Pagina (e): 5 - 16. Preluat la 26 ianuarie 2008 din bazele de date IEEE.

6. Satoh T. shizuo Endo, Matsunaka N., Betsudan Si, Katagi T, Ebisui T. Reducerea nivelului lobelor laterale prin îmbunătățirea formei lonjeriei. Antennas and Propagation, IEEE Transactions on Volume 32, Issue 7, Jul 1984 Pagina (e): 698 - 705. Preluat la 26 ianuarie 2008 din bazele de date IEEE.

7. D. C Jenn și W. V. T. Rusch. „Proiectarea reflectorului cu lob lateral scăzut folosind suprafețe rezistive”, în IEEE Antennas Propagat., Soc./ URSI Int. Symp. Dig., voi. Eu, mai

1990, p. 152. Preluat la 26 ianuarie 2008 din bazele de date IEEE.

8. D. C Jenn și W. V. T. Rusch. „Sinteza și proiectarea reflectoarelor cu lob lateral scăzut folosind suprafețe rezistive”, IEEE Trans. Antennas Propagat., Voi. 39, p. 1372, sept.

1991. Preluat la 26 ianuarie 2008 din bazele de date IEEE.

9. Călugăr AD., Și Cjamlcoals PJ.B. Formație nulă adaptivă cu o antenă reflector reconfigurabilă, IEEE Proc. H, 1995, 142, (3), pp. 220-224. Preluat la 26 ianuarie 2008 din bazele de date IEEE.

10. Lam P., Shung-Wu Lee, Lang K, Chang D. Reducerea laterală a unui reflector parabolic cu reflectoare auxiliare. Antene și propagare, Tranzacții IEEE activate. Volumul 35, Numărul 12, Dec 1987 Pagina (e): 1367-1374. Preluat la 26 ianuarie 2008 din bazele de date IEEE.

Antena, indiferent de design, are proprietatea de reversibilitate (poate funcționa atât pentru recepție, cât și pentru radiație). Adesea, în legăturile cu microunde, aceeași antenă poate fi conectată atât la receptor, cât și la transmițător în același timp. Acest lucru permite semnalului să fie emis și primit în aceeași direcție la frecvențe diferite.

Aproape toți parametrii antenei de recepție corespund parametrilor antenei de transmisie, dar uneori au o semnificație fizică ușor diferită.

În ciuda faptului că antenele de recepție și de transmisie au principiul dualității, în ceea ce privește designul, acestea pot diferi semnificativ. Acest lucru se datorează faptului că antena de transmisie trebuie să treacă prin ea însăși puteri semnificative pentru a transmite semnalul electromagnetic pe distanțe mari (maximum posibil). Dacă antena funcționează pentru recepție, atunci interacționează cu câmpuri de intensitate foarte scăzută. Tipul structurii de transmitere a curentului a antenei determină adesea dimensiunile sale finale.

Poate că principala caracteristică a oricărei antene este modelul direcțional. Mulți parametri auxiliari și caracteristici energetice atât de importante, cum ar fi câștigul și direcția, decurg din aceasta.

Model direcțional

Modelul direcțional (DP) este dependența intensității câmpului creat de antenă la o distanță suficient de mare de unghiurile de observare din spațiu. În volum, diagrama antenei direcționale poate arăta ca cea prezentată în Figura 1.

Poza 1

Ceea ce este prezentat în figura de mai sus se mai numește și directivitate diagramă spațială, care este suprafața volumului și poate avea mai multe maxime. Maximul principal, evidențiat cu roșu în figură, se numește lobul principal al diagramei și corespunde direcției radiației (sau recepției) principale. În consecință, primele valori minime sau (mai rar) zero ale intensității câmpului din jurul lobului principal determină limita acestuia. Toate celelalte valori maxime ale câmpului se numesc lobi laterali.

În practică, există diverse antene care pot avea mai multe direcții de radiație maximă sau nu au deloc lobi laterali.

Pentru comoditatea imaginii (și a aplicației tehnice), MD-urile sunt de obicei considerate în două planuri perpendiculare. De regulă, acestea sunt planele vectorului electric E și ale vectorului magnetic H (care sunt perpendiculare unul pe celălalt în majoritatea mediilor), Figura 2.

Poza 2

În unele cazuri, BP este considerată în planurile vertical și orizontal în raport cu planul Pământului. Diagramele plane sunt reprezentate prin sisteme de coordonate polare sau carteziene (dreptunghiulare). În coordonatele polare, diagrama este mai vizuală, iar atunci când este suprapusă pe o hartă, vă puteți face o idee despre aria de acoperire a antenei stației de radio, Figura 3.

Figura 3

Reprezentarea modelului de radiație într-un sistem de coordonate dreptunghiular este mai convenabilă pentru calculele de inginerie; o astfel de construcție este mai des folosită pentru a studia structura diagramei în sine. Pentru aceasta, diagramele sunt construite normalizat, cu maximul principal redus la unu. Figura de mai jos prezintă un model normal de antenă reflector normalizat.

Figura 4

În cazul în care intensitatea radiației laterale este destul de scăzută și este dificil să se măsoare radiația laterală pe o scară liniară, se folosește o scară logaritmică. După cum știți, decibelii fac valorile mici mari și valorile mari mici, așa că aceeași diagramă pe o scară logaritmică arată astfel:

Figura 5

Un număr destul de mare de caracteristici care sunt importante pentru practică pot fi scoase numai din modelul de radiații. Să examinăm mai detaliat diagrama prezentată mai sus.

Unul dintre cei mai importanți parametri este lobul principal cu emisii zero θ 0 și lobul principal cu jumătate de putere θ 0,5. Jumătate din putere este de 3 dB sau 0,707 în intensitatea câmpului.

Figura 6

Figura 6 arată că lățimea lobului principal pentru radiație zero este θ 0 = 5,18 grade, iar lățimea la nivelul de jumătate de putere este θ 0,5 = 2,15 grade.

De asemenea, diagramele sunt evaluate prin intensitatea radiației laterale și din spate (puterea lobilor laterali și spatelui), de aceea urmează doi parametri mai importanți ai antenei - acesta este coeficientul de protecție și nivelul lobilor laterali. .

Coeficientul de protecție este raportul dintre intensitatea câmpului radiat de antenă în direcția principală și intensitatea câmpului radiat în direcția opusă. Dacă orientarea lobului principal al diagramei este considerată în direcția de 180 de grade, atunci cel opus este la 0 grade. Sunt posibile și alte direcții de radiație. Să găsim coeficientul de acțiune de protecție al diagramei luate în considerare. Pentru claritate, îl vom reprezenta într-un sistem de coordonate polare (Figura 7):

Figura 7

Pe diagramă, markerii m1, m2 reprezintă nivelurile de radiație în sens invers și, respectiv, înainte. Coeficientul de acțiune de protecție este definit ca:

În unități relative. Aceeași valoare dB:

Nivelul lobului lateral (LBL) este de obicei specificat în dB, indicând astfel cât de slab este nivelul lobului lateral în comparație cu nivelul lobului principal, Figura 8.

Figura 8

Aceștia sunt doi parametri importanți ai oricărui sistem de antenă, care rezultă direct din definiția modelului direcțional. KND și KU sunt adesea confundate între ele. Să trecem la luarea în considerare a acestora.

Factorul de direcție

Factorul de acțiune direcțională (CDI) este raportul dintre pătratul intensității câmpului creat în direcția principală (E 0 2) și valoarea medie a pătratului intensității câmpului în toate direcțiile (E cf 2). După cum este clar din definiție, directivitatea caracterizează proprietățile direcționale ale antenei. LPC nu ia în considerare pierderile, deoarece este determinată de puterea radiată. Din cele de mai sus, puteți indica formula pentru calcularea KND:

D = E 0 2 / E cf 2

Dacă antena funcționează pentru recepție, atunci indicatorul de directivitate arată de câte ori se va îmbunătăți raportul semnal-zgomot la înlocuirea unei antene direcționale cu una omnidirecțională, dacă interferența vine uniform din toate direcțiile.

Pentru o antenă de transmisie, cifra de directivitate arată de câte ori trebuie redusă puterea de radiație dacă antena omnidirecțională este înlocuită cu una direcțională, menținând în același timp aceleași intensități de câmp în direcția principală.

Directivitatea unei antene absolut omnidirecționale este evident egală cu unu. Din punct de vedere fizic, modelul de radiație spațială al unei astfel de antene arată ca o sferă ideală:

Figura 9

O astfel de antenă radiază la fel de bine în toate direcțiile, dar în practică nu este fezabilă. Prin urmare, este un fel de abstractizare matematică.

Câştig

După cum sa menționat mai sus, directivitatea nu ia în considerare pierderea antenei. Parametrul care caracterizează proprietățile direcționale ale antenei și ia în considerare pierderea din aceasta se numește câștig.

Câștigul (KU) G este raportul dintre pătratul intensității câmpului creat de antenă în direcția principală (E 0 2) și valoarea medie a pătratului intensității câmpului (E oe 2) creat de antena de referință , când puterile furnizate antenelor sunt egale. De asemenea, observăm că la determinarea KU se ia în considerare eficiența antenei de referință și măsurată.

Conceptul de antenă de referință este foarte important în înțelegerea câștigului, iar diferite tipuri de antene de referință sunt utilizate în diferite benzi de frecvență. În gama undelor lungi/medii, un vibrator vertical monopol cu ​​un sfert de lungime de undă este considerat standard (Figura 10).

Figura 10

Pentru un astfel de vibrator de referință, D e = 3,28, prin urmare, câștigul antenei cu undă lungă / undă medie este determinat prin directivitate după cum urmează: G = D * ŋ / 3.28, unde ŋ este randamentul antenei.

În domeniul undelor scurte, un vibrator simetric cu jumătate de undă este luat ca antenă de referință, pentru care De = 1,64, apoi KU:

G = D * ŋ / 1,64

În domeniul microundelor (și aceasta este aproape toate antene Wi-Fi moderne, LTE și alte antene), un emițător izotrop, dând D e = 1 și având o diagramă spațială prezentată în Fig. 9, este luat ca emițător de referință.

Câștigul este un parametru definitoriu al antenelor de transmisie, deoarece arată de câte ori este necesar să se reducă puterea furnizată antenei direcționale, în comparație cu referința, astfel încât intensitatea câmpului în direcția principală să rămână neschimbată.

KND și KU sunt exprimate în principal în decibeli: 10lgD, 10lgG.

Concluzie

Astfel, am luat în considerare unele dintre caracteristicile de câmp ale antenei rezultate din diagrama de radiație și caracteristicile de putere (directivitate și control). Câștigul antenei este întotdeauna mai mic decât acțiunea direcțională, deoarece câștigul ia în considerare pierderea antenei. Pierderile pot apărea din cauza reflectării puterii înapoi în linia de alimentare a alimentării, a curenților care curg prin pereți (de exemplu, un claxon), a umbririi diagramei de către părțile structurale ale antenei etc. În sistemele de antene reale, diferența dintre directivitate și KU poate fi de 1,5-2 dB.

Fie distribuția curentului de-a lungul lungimii antenei să fie constantă:

Antenele reale (de exemplu, ghidul de undă cu fante) sau rețelele de antene imprimate au adesea această distribuție a curentului. Să calculăm modelul de radiație al unei astfel de antene:

Acum să construim un DN normalizat:

(4.1.)

Orez. 4.3 Model de antenă liniară cu distribuție uniformă a curentului

În acest model de radiație, se pot distinge următoarele zone:

1) Lobul principal este zona modelului de radiație în care câmpul este maxim.

2) Petale laterale.

Figura următoare arată modelul polar în care
are o formă mai vizuală (Figura 4.4).

Orez. 4.4 Modelul de radiație al unei antene liniare cu o distribuție uniformă a curentului într-un sistem de coordonate polar

O estimare cantitativă a directivității antenei este considerată a fi lățimea lobului principal al antenei, care este determinată fie de nivelul de -3 dB de la maxim, fie de zero puncte. Determinați lățimea lobului principal la nivelul zerourilor. Aici, putem presupune aproximativ că pentru antenele cu direcție ridicată:
... Condiția pentru egalitatea factorului de sistem la zero poate fi scrisă aproximativ după cum urmează:

Având în vedere că
, ultima condiție poate fi rescrisă după cum urmează:

Pentru valori mari ale lungimii electrice a antenei (pentru valori mici ale jumătății de lățime a lobului principal al antenei), ținând cont de faptul că sinusul unui argument mic este aproximativ egal cu valoarea argumentului, ultimul relația poate fi rescrisă ca:

De unde obținem în sfârșit raportul dintre lățimea lobului principal și dimensiunea antenei în fracțiuni din lungimea de undă:

Din ultima relație rezultă o concluzie importantă: pentru o antenă liniară în fază la o lungime de undă fixă, o creștere a lungimii antenei duce la o îngustare a diagramei de radiație.

Să estimăm nivelul lobilor laterali din această antenă. Din relația (4.1), putem obține condiția pentru poziția unghiulară a primului (maxim) lob lateral:

(-13 dB)

Se pare că în acest caz nivelul lobilor laterali nu depinde de lungimea și frecvența antenei, ci este determinat doar de forma distribuției de amplitudine a curentului. Pentru a reduce UBL, ar trebui să abandonați forma acceptată a distribuției de amplitudine (de la o distribuție uniformă) și să mergeți la o distribuție care cade la marginile antenei.

5. Matrice liniară de antene

5.1. Derivarea unei expresii pentru dn lar

Expresia 4.2. vă permite să comutați cu ușurință de la câmpul unui sistem de antenă liniară continuă la câmpul unei rețele de antene discrete. Pentru a face acest lucru, este suficient să setați distribuția curentului sub semnul integral sub forma unei funcții de rețea (un set de funcții delta) cu greutăți corespunzătoare amplitudinilor de excitație ale elementelor și coordonatele corespunzătoare. În acest caz, rezultatul este modelul de radiație al matricei de antene ca transformată Fourier discretă. Masteranzilor li se oferă posibilitatea de a implementa această abordare pe cont propriu ca exercițiu.

6. Sinteza afr pentru o zi dată.

6.1. Prezentare istorică, caracteristici ale problemelor de sinteză a antenei.

Adesea, pentru a asigura funcționarea corectă a sistemelor de inginerie radio, se impun cerințe speciale dispozitivelor de antenă care sunt parte integrantă a acestora. Prin urmare, proiectarea antenelor cu caracteristici specificate este una dintre cele mai importante sarcini.

Practic, cerințele sunt impuse modelului direcțional (BP) al dispozitivului de antenă și sunt de natură foarte diversă: o formă specifică a lobului principal al modelului de antenă (de exemplu, forma unui sector și a cosecantei), un anumit nivel a lobilor laterali, poate fi necesară o înclinare într-o direcție dată sau într-un interval dat de unghiuri. Secțiunea de teorie a antenei dedicată rezolvării acestor probleme se numește teoria sintezei antenei.

În cele mai multe cazuri, soluția exactă a problemei de sinteză nu a fost găsită și putem vorbi despre metode aproximative. Astfel de probleme au fost studiate de mult timp și s-au găsit multe metode și tehnici. Anumite cerinţe sunt impuse şi metodelor de rezolvare a problemelor de sinteză a antenei: la viteză; stabilitate, adică sensibilitate scăzută la modificări minore ale parametrilor (frecvență, dimensiunile antenei etc.); fezabilitate practică. Sunt considerate cele mai simple metode: diagramele parțiale și integrala Fourier. Prima metodă se bazează pe analogia transformării Fourier și relația dintre distribuția amplitudine-fază și MD, a doua se bazează pe extinderea seriei MD în funcții de bază (MD-uri parțiale). Adesea, soluțiile obținute prin aceste metode sunt greu de aplicat în practică (antenele au instrumentație slabă, o distribuție amplitudine-fază (AFD) greu de implementat, soluția este instabilă). În și metodele luate în considerare pentru a lua în considerare restricțiile privind PRA și pentru a evita așa-numitele. „Efect superdirectional”.

Separat, merită evidențiate problemele sintezei mixte, dintre care cea mai importantă este problema sintezei fazelor, adică găsirea distribuției fazelor la o amplitudine dată, conducând la DP necesar. Relevanța problemelor de sinteză a fazelor se explică prin utilizarea largă a rețelelor de antene în faze (PAR). Metodele de rezolvare a unor astfel de probleme sunt descrise în și.