Šírka hlavného laloku a úroveň bočného laloku

Šírka DN (hlavný lalok) určuje stupeň koncentrácie vyžarovanej elektromagnetickej energie. šírka DN je uhol medzi dvoma smermi v rámci hlavného laloka, v ktorom je amplitúda intenzity elektromagnetického poľa 0,707 od maximálnej hodnoty (alebo 0,5 od maximálnej hodnoty z hľadiska hustoty výkonu). Šírka DN sa označuje takto:

2i je šírka BP z hľadiska výkonu na úrovni 0,5;

2i - šírka DN v ťahu na úrovni 0,707.

Index E alebo H označuje šírku DN v príslušnej rovine: 2i, 2i. Úroveň výkonu 0,5 zodpovedá úrovni intenzity poľa 0,707 alebo úrovni -3 dB na logaritmickej stupnici:

Experimentálne možno šírku BP pohodlne určiť napríklad z grafu, ako je znázornené na obrázku 11.

Obrázok 11

Úroveň bočných lalokov vzoru antény určuje stupeň rušivého žiarenia antény elektromagnetického poľa. Ovplyvňuje kvalitu elektromagnetickej kompatibility s blízkymi rádiovými elektronickými systémami.

Relatívna úroveň bočného laloku je pomer amplitúdy intenzity poľa v smere maxima prvého bočného laloku k amplitúde intenzity poľa v smere maxima hlavného laloka (obrázok 12):

Obrázok 12

Táto úroveň je vyjadrená v absolútnych jednotkách alebo v decibeloch:

Zisk smerovej a vysielacej antény

Smerový akčný faktor (faktor smerovosti) kvantitatívne charakterizuje smerové vlastnosti reálnej antény v porovnaní s referenčnou nesmerovou (izotropnou) anténou s DP v tvare gule:

KND je číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát je hustota toku výkonu P (u, q) skutočnej (smerovej) antény väčšia ako hustota toku výkonu P (u, q) referenčnej (nesmerovej) antény pre rovnakú anténu. smere a v rovnakej vzdialenosti za predpokladu, že vyžarovacie výkony antén sú rovnaké:

Ak vezmeme do úvahy (25), môžete získať:

Zisk antény (GF) je parameter, ktorý zohľadňuje nielen zaostrovacie vlastnosti antény, ale aj jej schopnosť premieňať jeden typ energie na iný.

NS je číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát je hustota toku výkonu P (u, c) skutočnej (smerovej) antény väčšia ako hustota toku výkonu referenčnej (nesmerovej) antény PE (u, c) pre rovnaký smer. a v rovnakej vzdialenosti za predpokladu, že výkon dodávaný anténam je rovnaký.

Zisk možno vyjadriť v KND:

kde je účinnosť antény. V praxi využívajú - zisk antény v smere maximálneho vyžarovania.

Fázový smerový diagram. Koncepcia fázového centra antény

Fázový vzor je závislosť fázy elektromagnetického poľa vyžarovaného anténou od uhlových súradníc.

Pretože vo vzdialenej zóne antény sú vektory poľa E a H vo fáze, potom fázový vzor rovnako súvisí s elektrickými a magnetickými zložkami EMF vyžarovaného anténou. Fáza DP je označená nasledovne: W = W (u, q) pri r = konšt.

Ak W (u, q) = const pri r = const, potom to znamená, že anténa tvorí čelo fázovej vlny v tvare gule. Stred tejto gule, v ktorej sa nachádza počiatok súradnicového systému, sa nazýva fázový stred antény (FCA). Treba poznamenať, že nie všetky antény majú fázový stred.

Pre antény s fázovým stredom a viaclalokovým amplitúdovým vzorom s čistými nulami medzi nimi sa fáza poľa v susedných lalokoch líši o p (180 °). Vzťah medzi amplitúdovými a fázovými diagramami žiarenia tej istej antény je znázornený na obr.

Obrázok 13 - Vzor amplitúdy a fázy

Smer šírenia EMW a poloha jeho fázového čela v každom bode v priestore sú navzájom kolmé.

V ideálnom prípade by lúč smerovaný anténou smerom k satelitu mal byť vo forme ostrej ceruzky. Bohužiaľ, keďže vlnová dĺžka je malá v porovnaní s otvorom (priemerom) antény, pevný bod ohniska nie je skutočne presný. To spôsobuje miernu divergenciu hlavného lúča a niektoré nechcené zachytenie signálov mimo osi. Výsledný polárny diagram pozostáva z úzkeho zväzku tzv hlavný okvetný lístok a rad bočných lalokov s menšou amplitúdou.

Typický vyžarovací diagram paraboliky
reflektor v polárnom súradnicovom systéme

Pretože polárne diagramy sa často ťažko interpretujú, uprednostňuje sa pravouhlé zobrazenie. Normalizovaná teoretická charakteristika signálu pre rovnomerne ožiarenú anténu s priemerom 65 cm pri frekvencii 11 GHz je znázornená na obrázku:

Faktory uvedené vyššie prispejú k zavedeniu nezrovnalostí v tejto charakteristike, ale všeobecný obraz zobrazenej závislosti zostane nezmenený.

Hluk pozadia sa do anténneho systému dostáva hlavne cez bočné laloky, preto je dôležité, aby boli čo najmenšie v pomere k amplitúde hlavného laloka. Rovnomerne ožiarená anténa teoreticky vytvára prvý a najväčší z týchto bočných lalokov asi -17,6 dB pod maximálnym hlavným lalokom.

V praxi je expozícia zriedka rovnomerná. Presnosť distribúcie ožiarenia závisí od typu inštalovaného iluminátora. Tým sa dostávame k pojmu efektívna plocha alebo účinnosť anténneho systému. Inými slovami, väčšina sily signálu sa zhromažďuje zo stredu zrkadla a smerom k vonkajším okrajom antény klesá. Preto môže slabá clona anténneho reflektora slúžiť ako ochrana pred hlukom pozadia.

Neúplné (nedostatočné) ožiarenie zrkadla znižuje úroveň prvého bočného laloku na menej ako -20 dB, čím sa znižuje vplyv hluku pozadia. Na prvý pohľad sa toto riešenie javí ako ideálne, ale vedie k niektorým nežiaducim dôsledkom - zníženiu zisku antény a tomu zodpovedajúcemu zväčšeniu šírky lúča (hlavného laloka). Hlavnou charakteristikou vyžarovacieho diagramu antény je jeho polovičná výkonová šírka, ktorá je vypočítaná ako šírka hlavného laloku diagramu na úrovni -3 dB. Rovnice, ktoré sa používajú na výpočet šírky lúča na akejkoľvek danej úrovni hlavného laloka, sú zložité a časovo náročné. Avšak parametre ako -3dB šírka hlavného laloka, amplitúda prvého bočného laloku a prvá nulová poloha (zárez), v závislosti od špecifikovanej metódy ožarovania, sa dajú ľahko vypočítať pomocou výrazov v tabuľke nižšie. Kosínusové rozloženie je blízke priemeru a ak metóda prijatej expozície nie je známa, môže sa použiť ako prvá aproximácia pri výpočte -3 dB šírky lúča.

Zníženie úrovne bočných lalokov reflektorových antén umiestnením kovových pásikov do otvoru

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

Univerzita Notre Dame, Tripolis, Libanon

Úvod

Vo svete rastúcej mobility narastá potreba ľudí komunikovať a pristupovať k informáciám bez ohľadu na to, kde sa informácie nachádzajú, alebo od jednotlivca. Z týchto úvah nemožno poprieť, že telekomunikácie, konkrétne prenos signálov na diaľku, sú absolútnou nevyhnutnosťou. Požiadavky na bezdrôtové komunikačné systémy na ich dokonalosť a všadeprítomnosť vedú k tomu, že je potrebné vyvíjať stále efektívnejšie systémy. Pri zlepšovaní systému je hlavným východiskovým krokom zlepšenie antén, ktoré sú hlavnými stavebnými kameňmi súčasných a budúcich bezdrôtových komunikačných systémov. V tomto štádiu zlepšením kvality parametrov antény rozumieme zníženie úrovne jej bočných lalokov jej smerového obrazca. Zníženie úrovne bočných lalokov by samozrejme nemalo ovplyvniť hlavný lalok diagramu. Zníženie úrovne bočných lalokov je žiaduce, pretože v prípade antén používaných ako prijímacie antény bočné laloky robia systém zraniteľnejším voči nežiaducim signálom. Vo vysielacích anténach bočné laloky znižujú bezpečnosť informácií, pretože signál môže byť prijímaný nežiaducou prijímacou stranou. Hlavným problémom je, že čím vyššia je úroveň bočných lalokov, tým vyššia je pravdepodobnosť interferencie v smere bočného laloku s najvyššou úrovňou. Okrem toho zvýšenie úrovne bočného laloku znamená, že sa zbytočne plytvá výkonom signálu. Uskutočnilo sa veľa výskumov (pozri napríklad), ale cieľom tohto článku je pozrieť sa na metódu „polohovania pásikov“, ktorá sa ukázala ako jednoduchá, efektívna a lacná. Akákoľvek parabolická anténa

možno navrhnúť alebo dokonca upraviť pomocou tejto metódy (obr. 1), aby sa znížilo rušenie medzi anténami.

Vodivé pásy však musia byť veľmi presne umiestnené, aby sa dosiahlo zníženie úrovne bočných lalokov. V tomto článku je experimentálne testovaná metóda "polohovania pásikov".

Popis úlohy

Problém je formulovaný nasledovne. Pre konkrétnu parabolickú anténu (obr. 1) je potrebné znížiť úroveň prvého bočného laloku. Vyžarovací diagram antény nie je nič iné ako Fourierova transformácia excitačnej funkcie otvoru antény.

Na obr. 2 sú znázornené dve schémy parabolickej antény - bez pruhov (plná čiara) a s pruhmi (čiara označená *), znázorňujúce skutočnosť, že pri použití pásikov úroveň prvého bočného laloku klesá, úroveň hlavného lalok sa tiež znižuje a úroveň mení aj zvyšok okvetných lístkov. To ukazuje, že poloha pruhov je veľmi kritická. Pásiky je potrebné umiestniť tak, aby sa šírka hlavného laloka polovičného výkonu alebo zisk antény citeľne nezmenili. Úroveň zadného laloku by sa tiež nemala výrazne meniť. Zvýšenie úrovne zostávajúcich okvetných lístkov nie je také významné, pretože úroveň týchto okvetných lístkov je zvyčajne oveľa ľahšie znížiť ako úroveň prvých bočných lalokov. Toto zvýšenie by však malo byť mierne. Pripomeňme si tiež, že Obr. 2 je ilustračný.

Z uvedených dôvodov je pri použití metódy „umiestnenia pásikov“ potrebné mať na pamäti nasledovné: pásy musia byť kovové, aby plne odrážali elektrické pole. V tomto prípade je možné jasne identifikovať polohu pruhov. V súčasnosti na meranie úrovne bočných lalokov

Ryža. 2. Vyžarovací diagram antény bez pruhov (plný)

a s pruhmi (

Ryža. 3. Teoretický normalizovaný diagram žiarenia v dB

používajú sa dve metódy – teoretická a experimentálna. Obe metódy sa navzájom dopĺňajú, ale keďže naše dôkazy sú založené na porovnaní experimentálnych anténnych diagramov bez zlomov a s pruhmi, v tomto prípade použijeme experimentálnu metódu.

A. Teoretická metóda. Táto metóda pozostáva z:

Nájdenie teoretického vyžarovacieho diagramu (DP) testovanej antény,

Merania bočných lalokov tohto DN.

Vzor antény môže byť prevzatý z technickej dokumentácie antény alebo môže byť vypočítaný napríklad pomocou programu Ma1!Ab alebo pomocou akéhokoľvek iného vhodného programu pomocou známych vzťahov polí.

Ako testovacia anténa bola použitá reflektorová parabolická anténa P2P-23-YKHA. Teoretická hodnota DP bola získaná pomocou vzorca pre okrúhlu apertúru s rovnomerným budením:

] ka2E0e іkg Jl (ka 8Ipv)

Merania a výpočty boli vykonávané v E-rovine. Na obr. 3 ukazuje normalizovaný polárny vzor.

B. Experimentálna metóda. V experimentálnej metóde by sa mali použiť dve antény:

Testovaná prijímacia anténa,

Vysielacia anténa.

Vzor antény testovanej antény sa určí jej otočením a nastavením úrovne poľa s požadovanou presnosťou. Pre lepšiu presnosť je lepšie čítať v decibeloch.

B. Upravuje úroveň bočných lalokov. Podľa definície sú prvé bočné laloky tie, ktoré sú najbližšie k hlavnému laloku. Na upevnenie ich polohy je potrebné zmerať uhol v stupňoch alebo radiánoch medzi smerom hlavného žiarenia a smerom maximálneho žiarenia prvého ľavého alebo pravého laloku. Smery ľavého a pravého bočného laloku by mali byť rovnaké kvôli symetrii vzoru, ale nemusí to tak byť v experimentálnom vzore. Ďalej musíte tiež určiť šírku bočných okvetných lístkov. Dá sa definovať ako rozdiel medzi nulami DN vľavo a vpravo od bočného laloku. Aj tu treba očakávať symetriu, ale len teoreticky. Na obr. 5 sú znázornené experimentálne údaje na určenie parametrov bočného laloku.

Ako výsledok série meraní bola určená poloha pásikov pre anténu P2P-23-NKhA, ktoré sú určené vzdialenosťou (1,20-1,36) ^ od osi symetrie antény k pásu.

Po určení parametrov bočného laloku sa určí poloha pruhov. Zodpovedajúce výpočty sa uskutočňujú pre teoretické aj experimentálne DP použitím rovnakej metódy, opísanej nižšie a znázornenej na obr. 6.

Konštanta d - vzdialenosť od osi symetrie parabolickej antény k pásu umiestnenému na povrchu otvoru parabolického zrkadla je určená nasledujúcim vzťahom:

„D<Ф = ъ,

kde d je experimentálne nameraná vzdialenosť od bodu symetrie na povrchu zrkadla k pásu (obr. 5); 0 - experimentálne zistený uhol medzi smerom hlavného žiarenia a smerom maxima bočného laloku.

Rozsah hodnôt pre C sa zistí pomerom: s! = O / dv

pre hodnoty 0 zodpovedajúce začiatku a koncu bočného laloku (zodpovedajúce nulám vzoru).

Po určení rozsahu C sa tento rozsah rozdelí na množstvo hodnôt, z ktorých sa experimentálne vyberie optimálna hodnota

Ryža. 4. Experimentálne nastavenie

Ryža. 5. Experimentálne stanovenie parametrov bočných lalokov Obr. 6. Spôsob polohovania pásu

výsledky

Testovalo sa niekoľko polôh pásikov. Pri posunutí pruhov smerom od hlavného laloku, ale v rámci nájdeného rozsahu C, sa výsledky zlepšili. Na obr. 7 ukazuje dva BP bez pruhov a s pruhmi, ktoré ukazujú zreteľný pokles úrovne bočných lalokov.

Tabuľka 1 sú znázornené porovnávacie parametre vzoru antény z hľadiska úrovne bočných lalokov, smerovosti a šírky hlavného laloka.

Záver

Zníženie úrovne bočných lalokov pri použití pruhov - o 23 dB (úroveň bočných lalokov antény bez pruhov -

12,43 dB). V tomto prípade zostáva šírka hlavného laloku takmer nezmenená. Táto metóda je veľmi flexibilná, pretože ju možno použiť na akúkoľvek anténu.

Určitou ťažkosťou je však vplyv viaccestných skreslení spojených s vplyvom zeme a okolitých predmetov na vzor, ​​čo vedie k zmene úrovne bočných lalokov až o 22 dB.

Táto metóda je jednoduchá, lacná a dá sa dokončiť v krátkom čase. V nasledujúcom texte sa pokúsime pridať ďalšie pruhy na rôznych pozíciách a preskúmať absorpčné pruhy. Okrem toho sa bude pracovať na teoretickom rozbore problému pomocou metódy geometrickej teórie difrakcie.

Vyžarovací diagram vzdialeného poľa antény P2F- 23-NXA lineárna magnitúda - polárny graf

Ryža. 7. DN anténa P2F-23-NXA bez pásikov a s pásikmi

Porovnávacie parametre antény

Úroveň bočného laloku

Teoretická DN (program Ma11ab) DN podľa technickej dokumentácie 18 dB 15 dB

Namerané AP bez pásikov 12,43 dB

Merané DN s pruhmi S viaccestným Bez viaccestného

Šírka hlavného laloka v stupňoch D D, dB

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

DN podľa technickej dokumentácie 16 161,45 22.07

Merané DN bez pásikov 14 210,475 23,23

Merané MD s pruhmi 14 210,475 23,23

Literatúra

1. Balanis. C Antenna Theory. 3. vyd. Wiley 2005.

2. Štandardné testovacie postupy IEEE pre antény IEEE Std. 149 - 1965.

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

4. Searle AD., Humphrey AT. Dizajn antény s nízkym bočným reflektorom. Antény a propagácia, Desiata medzinárodná konferencia na (Konf. Publ. č. 436) Ročník 1, 14.-17. apríla 1997 Strana (s): 17-20 ročník 1. Získané 26. januára 2008 z databáz IEEE.

5. Schrank H. Antény s nízkym bočným reflektorom. Spravodaj Antennas and Propagation Society Newsletter, zväzok IEEE 27, číslo 2, apríl 1985 Strana (strany): 5 - 16. Získané 26. januára 2008 z databáz IEEE.

6. Satoh T. shizuo Endo, Matsunaka N., Betsudan Si, Katagi T, Ebisui T. Zníženie úrovne Sidelobe zlepšením tvaru vzpery. Antennas and Propagation, IEEE Transactions on Volume 32, Issue 7, July 1984 Strany: 698 - 705. Získané 26. januára 2008 z databáz IEEE.

7. D. C Jenn a W. V. T. Rusch. "Dizajn reflektora s nízkym bočným lalokom s použitím odporových povrchov," v IEEE Antennas Propagat., Soc./URSI Int. Symp. Dig., zv. Ja, máj

1990, s. 152. Získané 26. januára 2008 z databáz IEEE.

8. D. C Jenn a W. V. T. Rusch. "Syntéza a dizajn reflektorov s nízkym bočným lalokom s použitím odporových povrchov," IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 39, s. 1372, september.

1991. Získané 26. januára 2008 z databáz IEEE.

9. Monk AD., A Cjamlcoals PJ.B. Adaptívna nulová formácia s rekonfigurovateľnou reflektorovou anténou, IEEE Proc. H, 1995, 142, (3), str. 220-224. Získané 26. januára 2008 z databáz IEEE.

10. Lam P., Shung-Wu Lee, Lang K, Chang D. Sidelobe redukcia parabolického reflektora s pomocnými reflektormi. Antény a šírenie, IEEE transakcie zapnuté. Zväzok 35, číslo 12, december 1987 Strana (strany): 1367-1374. Získané 26. januára 2008 z databáz IEEE.

Anténa, bez ohľadu na jej dizajn, má vlastnosť reverzibility (môže pracovať ako pre príjem, tak pre žiarenie). Často v mikrovlnných spojeniach môže byť rovnaká anténa pripojená k prijímaču aj vysielaču súčasne. To umožňuje, aby bol signál vysielaný a prijímaný v rovnakom smere na rôznych frekvenciách.

Takmer všetky parametre prijímacej antény zodpovedajú parametrom vysielacej antény, niekedy však majú trochu iný fyzikálny význam.

Napriek tomu, že prijímacia a vysielacia anténa majú princíp duality, z hľadiska dizajnu sa môžu výrazne líšiť. Je to spôsobené skutočnosťou, že vysielacia anténa musí cez seba prenášať značné sily, aby preniesla elektromagnetický signál na veľké (maximálne možné) vzdialenosti. Ak anténa pracuje na príjem, potom interaguje s poľami veľmi nízkej intenzity. Typ štruktúry prenášajúcej prúd antény často určuje jej konečné rozmery.

Možno hlavnou charakteristikou každej antény je smerový vzor. Z toho vyplýva veľa pomocných parametrov a takých dôležitých energetických charakteristík, ako je zisk a smerovosť.

Smerový vzor

Smerový obrazec (DP) je závislosť intenzity poľa vytvorenej anténou v dostatočne veľkej vzdialenosti od pozorovacích uhlov v priestore. V objeme môže schéma smerovej antény vyzerať ako na obrázku 1.

Obrázok 1

To, čo je znázornené na obrázku vyššie, sa tiež nazýva priestorová diagramatická smerovosť, čo je povrch objemu a môže mať niekoľko maxím. Hlavné maximum, zvýraznené na obrázku červenou farbou, sa nazýva hlavný lalok diagramu a zodpovedá smeru hlavného žiarenia (alebo príjmu). Podľa toho prvé minimálne alebo (menej často) nulové hodnoty intenzity poľa okolo hlavného laloku určujú jeho hranicu. Všetky ostatné maximálne hodnoty poľa sa nazývajú bočné laloky.

V praxi existujú rôzne antény, ktoré môžu mať niekoľko smerov maximálneho vyžarovania, prípadne nemajú žiadne bočné laloky.

Pre pohodlie obrazu (a technickej aplikácie) sa MD zvyčajne zvažujú v dvoch kolmých rovinách. Spravidla ide o roviny elektrického vektora E a magnetického vektora H (ktoré sú vo väčšine prostredí na seba kolmé), obrázok 2.

Obrázok 2

V niektorých prípadoch sa BP uvažuje vo vertikálnej a horizontálnej rovine vzhľadom na rovinu Zeme. Rovinné diagramy sú znázornené polárnymi alebo karteziánskymi (obdĺžnikovými) súradnicovými systémami. V polárnych súradniciach je diagram vizuálnejší a pri prekrytí na mape môžete získať predstavu o oblasti pokrytia antény rádiovej stanice, obrázok 3.

Obrázok 3

Znázornenie diagramu žiarenia v pravouhlom súradnicovom systéme je vhodnejšie pre inžinierske výpočty, takáto konštrukcia sa častejšie používa na štúdium štruktúry samotného diagramu. Na tento účel sú diagramy zostavené normalizované, pričom hlavné maximum je znížené na jednu. Obrázok nižšie ukazuje typický normalizovaný vzor antény reflektora.

Obrázok 4

V prípade, že intenzita bočného žiarenia je dosť nízka a je ťažké zmerať bočné žiarenie na lineárnej stupnici, použije sa logaritmická stupnica. Ako viete, decibely spôsobujú, že malé hodnoty sú veľké a veľké hodnoty sú malé, takže rovnaký diagram na logaritmickej stupnici vyzerá takto:

Obrázok 5

Len zo samotného vyžarovacieho diagramu sa dá vytiahnuť pomerne veľké množstvo charakteristík dôležitých pre prax. Pozrime sa podrobnejšie na vyššie uvedený diagram.

Jedným z najdôležitejších parametrov je hlavný lalok s nulovými emisiami θ 0 a hlavný lalok s polovičným výkonom θ 0,5. Polovičný výkon je 3 dB alebo 0,707 intenzity poľa.

Obrázok 6

Obrázok 6 ukazuje, že šírka hlavného laloku pre nulové žiarenie je θ 0 = 5,18 stupňa a šírka na úrovni polovičného výkonu je θ 0,5 = 2,15 stupňa.

Diagramy sú tiež hodnotené intenzitou bočného a zadného žiarenia (výkon bočných a zadných lalokov), preto nasledujú dva dôležité parametre antény - to je koeficient ochrany a úroveň bočných lalokov. .

Koeficient ochrany je pomer intenzity poľa vyžarovaného anténou v hlavnom smere k intenzite poľa vyžarovanej v opačnom smere. Ak je orientácia hlavného laloka diagramu uvažovaná v smere 180 stupňov, potom opačný je 0 stupňov. Možné sú aj akékoľvek iné smery žiarenia. Nájdite koeficient ochranného pôsobenia uvažovaného diagramu. Pre prehľadnosť ho znázorníme v polárnom súradnicovom systéme (obrázok 7):

Obrázok 7

Značky m1, m2 na diagrame predstavujú úrovne žiarenia v spätnom, resp. Koeficient ochranného pôsobenia je definovaný ako:

V relatívnych jednotkách. Rovnaká hodnota dB:

Úroveň bočného laloku (LBL) je zvyčajne špecifikovaná v dB, čo naznačuje, aká slabá je úroveň bočného laloku v porovnaní s úrovňou hlavného laloka, obrázok 8.

Obrázok 8

Toto sú dva dôležité parametre každého anténneho systému, ktoré priamo vyplývajú z definície smerového obrazca. KND a KU sa často navzájom zamieňajú. Prejdime k ich zváženiu.

Smerový faktor

Smerný akčný faktor (CDI) je pomer druhej mocniny intenzity poľa vytvorenej v hlavnom smere (E 0 2) k strednej hodnote druhej mocniny intenzity poľa vo všetkých smeroch (E cf 2). Ako je zrejmé z definície, smerovosť charakterizuje smerové vlastnosti antény. LPC nezohľadňuje straty, pretože je určený vyžiareným výkonom. Z vyššie uvedeného môžete uviesť vzorec na výpočet LPC:

D = E02/Ecf2

Ak anténa funguje na príjem, potom indikátor smerovosti ukazuje, koľkokrát sa zlepší pomer signálu k šumu pri výmene smerovej antény za všesmerovú, ak rušenie prichádza rovnomerne zo všetkých smerov.

Pre vysielaciu anténu LPC ukazuje, koľkokrát sa musí znížiť výkon žiarenia, ak je všesmerová anténa nahradená smerovou, pri zachovaní rovnakej intenzity poľa v hlavnom smere.

Smerovosť absolútne všesmerovej antény je samozrejme rovná jednej. Fyzicky vyzerá priestorový vyžarovací diagram takejto antény ako ideálna guľa:

Obrázok 9

Takáto anténa vyžaruje rovnako dobre všetkými smermi, no v praxi je to nerealizovateľné. Preto je to druh matematickej abstrakcie.

zisk

Ako je uvedené vyššie, smerovosť nezohľadňuje stratu antény. Parameter, ktorý charakterizuje smerové vlastnosti antény a zohľadňuje stratu v nej, sa nazýva zisk.

Zisk (KU) G je pomer druhej mocniny intenzity poľa vytvorenej anténou v hlavnom smere (E 0 2) k strednej hodnote druhej mocniny intenzity poľa (E oe 2) vytvorenej referenčnou anténou. , keď sú výkony dodávané do antén rovnaké. Poznamenávame tiež, že pri určovaní KU sa berie do úvahy účinnosť referenčnej a meranej antény.

Koncept referenčnej antény je veľmi dôležitý pre pochopenie zisku a v rôznych frekvenčných pásmach sa používajú rôzne typy referenčných antén. V rozsahu dlhých / stredných vĺn sa ako štandard berie vertikálny monopólový štvrťvlnový vibrátor (obrázok 10).

Obrázok 10

Pre takýto referenčný vibrátor je D e = 3,28, preto je zisk dlhovlnnej / stredovlnnej antény určený pomocou smerovosti takto: G = D * ŋ / 3.28, kde ŋ je účinnosť antény.

V oblasti krátkych vĺn sa ako referenčná anténa berie symetrický polvlnový vibrátor, pre ktorý De = 1,64, potom KU:

G = D * x / 1,64

V mikrovlnnom rozsahu (a to sú takmer všetky moderné Wi-Fi, LTE a iné antény) sa ako referenčný žiarič berie izotropný žiarič, ktorý dáva D e = 1 a má priestorový diagram znázornený na obr.

Zisk je určujúcim parametrom vysielacích antén, pretože ukazuje, koľkokrát je potrebné znížiť výkon privádzaný do smerovej antény v porovnaní s referenčnou tak, aby sila poľa v hlavnom smere zostala nezmenená.

KND a KU sa vyjadrujú hlavne v decibeloch: 10lgD, 10lgG.

Záver

Preto sme zvážili niektoré charakteristiky poľa antény vyplývajúce z vyžarovacieho diagramu a výkonových charakteristík (smerovosť a riadenie). Zisk antény je vždy menší ako smerový účinok, pretože zisk zohľadňuje stratu antény. Straty môžu vznikať odrazom výkonu späť do napájacieho vedenia, prúdmi pretekajúcimi stenami (napríklad trúbka), zatienením diagramu konštrukčnými časťami antény atď. V reálnych anténnych systémoch, napr. rozdiel medzi smerovosťou a KU môže byť 1,5-2 dB.

Nech je rozloženie prúdu po dĺžke antény konštantné:

Toto rozloženie prúdu majú často skutočné antény (napríklad štrbinový vlnovod) alebo tlačené anténne polia. Vypočítajme vyžarovací diagram takejto antény:

Teraz zostavme normalizované DN:

(4.1.)

Ryža. 4.3 Lineárny anténny obrazec s rovnomerným rozložením prúdu

V tomto modeli žiarenia možno rozlíšiť tieto oblasti:

1) Hlavný lalok je oblasť vyžarovacieho diagramu, kde je pole maximálne.

2) Bočné okvetné lístky.

Nasledujúci obrázok ukazuje polárny vzor, ​​v ktorom
má vizuálnejšiu podobu (obrázok 4.4).

Ryža. 4.4 Vyžarovací diagram lineárnej antény s rovnomerným rozdelením prúdu v polárnom súradnicovom systéme

Za kvantitatívny odhad smerovosti antény sa považuje šírka hlavného laloka antény, ktorá je určená buď úrovňou -3 dB od maxima alebo nulovými bodmi. Určte šírku hlavného laloku na úrovni núl. Tu môžeme zhruba predpokladať, že pre vysoko smerové antény:
... Podmienku rovnosti systémového faktora na nulu možno zapísať približne takto:

Zvažujem to
, posledná podmienka môže byť prepísaná takto:

Pre veľké hodnoty elektrickej dĺžky antény (pre malé hodnoty polovičnej šírky hlavného laloka antény), berúc do úvahy, že sínus malého argumentu sa približne rovná hodnote argumentu, posledný vzťah možno prepísať ako:

Odkiaľ nakoniec dostaneme pomer medzi šírkou hlavného laloku a veľkosťou antény v zlomkoch vlnovej dĺžky:

Z posledného vzťahu vyplýva dôležitý záver: pre fázovú lineárnu anténu pri pevnej vlnovej dĺžke vedie zväčšenie dĺžky antény k zúženiu vyžarovacieho diagramu.

Odhadnime úroveň bočných lalokov v tejto anténe. Zo vzťahu (4.1) môžeme získať podmienku pre uhlovú polohu prvého (maximálneho) bočného laloku:

(-13 dB)

Ukazuje sa, že v tomto prípade úroveň bočných lalokov nezávisí od dĺžky a frekvencie antény, ale je určená iba formou amplitúdového rozloženia prúdu. Na zníženie UBL by ste mali opustiť akceptovanú formu distribúcie amplitúdy (z rovnomernej distribúcie) a prejsť na distribúciu, ktorá padá na okraje antény.

5. Lineárne anténne pole

5.1. Odvodenie výrazu pre dn lar

Výraz 4.2. umožňuje jednoduchý prechod z poľa lineárneho súvislého anténneho systému do poľa diskrétneho anténneho poľa. Na to stačí nastaviť rozdelenie prúdu pod integrálnym znamienkom vo forme mriežkovej funkcie (súboru delta funkcií) s váhami zodpovedajúcimi amplitúdam budenia prvkov a zodpovedajúcim súradniciam. V tomto prípade je výsledkom vyžarovací diagram anténneho poľa ako diskrétna Fourierova transformácia. Študenti magisterského štúdia dostanú príležitosť implementovať tento prístup samostatne ako cvičenie.

6. Syntéza afr pre daný deň.

6.1. Historický prehľad, vlastnosti problémov syntézy antén.

Aby sa zabezpečila správna prevádzka rádiotechnických systémov, často sa na anténne zariadenia, ktoré sú ich neoddeliteľnou súčasťou, kladú špeciálne požiadavky. Preto je návrh antén so špecifikovanými charakteristikami jednou z najdôležitejších úloh.

V zásade sú požiadavky kladené na smerový vzor (BP) anténneho zariadenia a majú veľmi rôznorodý charakter: špecifický tvar hlavného laloku anténneho vzoru (napríklad tvar sektora a kosekantu), určitá úroveň bočných lalokov môže byť potrebné ponorenie v danom smere alebo v danom rozsahu uhlov. Časť teórie antén venovaná riešeniu týchto problémov sa nazýva teória syntézy antén.

Vo väčšine prípadov sa presné riešenie problému syntézy nenašlo a môžeme hovoriť o približných metódach. Takéto problémy sa skúmali už dlho a našlo sa mnoho metód a techník. Určité požiadavky sú kladené aj na metódy riešenia problémov syntézy antén: na rýchlosť; stabilita, t.j. nízka citlivosť na menšie zmeny parametrov (frekvencia, veľkosť antény atď.); praktická realizovateľnosť. Zvažujú sa najjednoduchšie metódy: parciálne diagramy a Fourierov integrál. Prvý spôsob je založený na analógii Fourierovej transformácie a vzťahu medzi amplitúdovo-fázovým rozdelením a MD, druhý je založený na rozšírení radu MD v bázických funkciách (čiastočné MD). Často sú riešenia získané týmito metódami ťažko aplikovateľné v praxi (antény majú slabé prístrojové vybavenie, ťažko realizovateľné amplitúdovo-fázové rozdelenie (AFD), riešenie je nestabilné). V a zvažovaných metódach zohľadniť obmedzenia PRA a vyhnúť sa tzv. "Superdirectional effect".

Samostatne stojí za to zdôrazniť problémy zmiešanej syntézy, z ktorých najdôležitejší je problém fázovej syntézy, to znamená nájsť fázovú distribúciu pri danej amplitúde, čo vedie k požadovanému DP. Závažnosť problémov fázovej syntézy je vysvetlená veľkým použitím fázovaných anténnych polí (PAR). Metódy riešenia takýchto problémov sú opísané v, a.