Диаграмма направленности антенны (стр. 1 из 2)

СВЕДЕНИЯ  ИЗ ТЕОРИИ

Распределениеэлектромагнитного поля в дальней зоне, создаваемое  любой антенной, полностьюопределяется векторной функцией

,зависящей только от сферических угловых координат  (

,

) точки наблюдения

                         

,                           (1)

где

 и

 - орты сферической системыкоординат.

Дальняя зонаопределяется обычно условиями:

дляостронаправленных антенн 

;                                                 (2)

дляслабонаправленных антенн

при

               

,                                                                            (3)

при

         

,                                                                        (4)

где L - наибольшийразмер антенны.

Подпространственной диаграммой направленности (ДН) антенны по полю понимаютграфическое изображение изменения модуля функции

 и

 в зависимости от угловыхкоординат

 и

 (рис.1).

На практикеобычно итерессуются не пространственной ДН, а ее сечениями в плоскостях

и

 (рис.2)

                                  

,                                                       (5)

                                  

.                                                        (6)

Чаще всего ДНизображается в полярной и прямоугольной системе координат (рис.2, а и б соответственно).

Диаграмманаправленности, у которой максимальное значение равняется единице, называетсянормированной ДН (рис.3) и обозначается как F(

,

):

                            

.                                                      (7)

Направленноедействие антенны часто оценивается шириной ДН или углом раскрыва главного лепесткадиаграммы направленности. Под шириной ДН по половинной мощности

 подразумевают  угол междунаправлениями, вдоль которых напряженность поля уменьшается в

 раз, по сравнению с напряженностьюполя в направлении максимума излучения (см. рис.3), а поток мощностиуменьшается вдвое. Под шириной ДН по нулям

 подразумеваетсяугол между направлениями, вдоль которых напряженность поля равна 0.

Направленныесвойства различных антенн удобно оценивать коэффициентом направленного действия(КНД)

                    

   при 

                                (8)

в точке приема. Наиболее распространенытри метода измерения КНД антенны: графоаналитический, метод зеркальногоизображения и метод сравнения. В данной работе используется графоаналитическийметод.

Для антенн,имеющих остронаправленные характеристики, мало отличающиеся друг от друга вдвух взаимно перпендикулярных плоскостях, выражение для расчета КНД можноприближенно записать следующим образом:

                     

 ,                                      (9)

где F(

,

)- нормированная ДН антенны.

По значению F(

,

)одним из графических методов находят интеграл, стоящий в знаменателе. Затемопределяют КНД антенны.

В случае, еслихарактеристика направленности имеет узкий главный (

<25

) и малые боковые лепестки,такая характеристика с достаточной точностью может быть аппроксимированаэллипсом. В этом случае КНД антенны может быть выражен удобной для расчетаформулой:

                                     

 ,                                              (10)

где

 и 

 - ширина главного лепесткаДН по половинной мощности в плоскостях Е и Н соответственно.

Вработе исследуются директорная и рупорная антенна сантиметрового диапазона.

Директорная антенна 

Директорнаяантенна (рис.4) представляет собой линейную систему одинаково ориентированныхприблизительно полуволновых вибраторов, перпендикулярных линии их расположения,и относится к системам с осевым излучением. Директорная антенна состоит изрефлектора Р, активного электрического вибратора А и целого ряда директорныхвибраторов Д. Питание от генератора получает лишь один вибратор, которыйназывается поэтому активным. Возбуждение прочих, так называемых пассивныхвибраторов, осуществляется бегущей вдоль системы волной, источником которойявляется активный вибратор.

sitednl.narod.ru/1.zip - база сотовыхпо Петербургу

Длина активноговибратора составляет около 0,45

0,47

. Чтобы обеспечитьотставание фазы тока в вибраторах (директорах), направляющих излучение в своюсторону, их укорачивают на 5

10 % посравнению с резонансной длиной. Опережение фазы тока в рефлекторе, “отражающем”излучение в сторону активного вибратора, достигается удлинением рефлектора на 3

5 % относительно резонанснойдлины.

Расстояниемежду вибраторами обычно несколько меньше четверти длины волны и частовыбирается порядка 0,2

.

Многовибраторнаядиректорная антенна узкополосна (5

10 % отрабочей частоты). Для оценки направленности действия настроенной антенны пользуютсяформулами:

                                                 

                                                       (11)

и

                                                     

    град,                                        (12)

где L - длинаантенны, а коэффициенты А и В, как функции L /

, представлены на рис.5.

Общийвид и основные размеры исследуемой антенны даны на рис.4 и в табл.1. Помимоактивного петлевого вибратора в ее состав входит три элемента рефлектора и пятьдиректоров. Один из элементов рефлектора прикреплен к несущей стреленепосредственно, а два крайних - посредством вспомогательных стоек. Элементырефлектора находятся примерно на поверхности параболического цилиндра, вдоль фокальнойлинии которого расположен петлевой вибратор, имеющий сложную форму для того,чтобы обеспечить хорошее согласование во всей полосе пропускаемых частот.