Общие сведения об электромагнитных волнах

Основные электрические параметры передающих и приемных антенн

Лекция №2.

Передача энергии и информации от передатчика к приемнику происходит при помощи электромагнитных волн. Электромагнитные волны или поле представляет собой совокупность взаимосвязанных электрического (Е) и магнитного (Н) полей. Взаимосвязь заключается в том, что изменение напряженности электрического поля приводит к изменению магнитного поля (появлению), а изменяющееся магнитное поле вызывает появление электрического. Расстояние между двумя соседними гребнями (или впадинами) изменений поля Е называется длиной волны . Длина волны связана с частотой передатчика f формулой

[м]

Между величинами Е и Н электромагнитной волны существует однозначная зависимость

Общие сведения об антенно-фидерных устройствах

Антенна радиопередатчика предназначена для преобразования тока высокой частоты в энергию излучаемых ею электромагнитных волн. Антенна радиоприемника предназначена для преобразования принятых ею электромагнитных волн в энергию тока высокой частоты.

Антенны обладают свойством обратимости, то есть одна и та же антенна может служить как передающей, так и приемной. Это имеет большое практическое значение. Так, многие передвижные радиостанции, предназначенные для связи, имеют общую антенну для передачи и для приёма.

Энергия передается к антенне по фидерному устройству. Конструкция фидера зависит от диапазона передаваемых по нему частот. При передаче электромагнитной энергии по линии стремятся уменьшить излучение самой линии. Для этого провода фидерной линии располагают параллельно и, по возможности, ближе друг к другу. При этом поля одинаковых по значению, но противоположно направленных токов взаимно компенсируются и излучения энергии в окружающее пространство не происходит.

На рисунке показана взаимная компенсация полей вне зоны двух рядом расположенных проводов.

При создании антенны ставится противоположная задача: получение возможно большего излучения в окружающее пространство. Для этого можно использовать те же длинные линии, устранив одну из причин, лишающих фидер излучающих свойств. Для этого можно раздвинуть провода линии на некоторый угол, в результате чего их поля не будут компенсировать друг друга. На этом основана работа V-образных и ромбических антенн, излучающие провода которых расположены под острым углом один к другому (рис. а, б) и симметричного вибратора, получающегося при разведении проводов на (рис. в).

а б в

Компенсирующие действия одного из проводов фидера можно устранить, исключив его из антенны. Это приводит к получению несимметричного вибратора:

а б в

Рис. 1 Несимметричные антенны

Все антенны, использующие этот принцип работы, относятся к классу несимметричных антенн. К ним также принадлежат Г-образные и Т-образные антенны.

Условия, при которых возможно излучение фидера

Фидер излучает, если соседние участки его двух проводов обтекаются токами, совпадающими по фазе, поля которых усиливают друг друга. Для этого создают фазовый сдвиг в половину длины волны за счет неизлучающего шлейфа (рис.2)

Рис. 2

Фидер будет излучать, если расстояние между проводами по некоторым направлениям приобретают значительную разность хода (рис.3).

Рис. 3

Если подобрать расстояние между проводами так, что по некоторым направлениям произойдёт сглаживание волн от обоих проводов. Это широко используется в многочисленных противофазных антеннах.

Основные характеристики и параметры антенн

Излучаемая мощность () –мощность электромагнитных волн, излучаемых антенной в свободном пространстве. Это активная мощность, так как она рассеивается в пространстве, окружающим антенну. Излучаемую мощность выражают через активное сопротивление, называемое сопротивлением излучения ,

где - эффективный ток на входе антенны.

Сопротивление излучения характеризует способность антенны к излучению электромагнитной энергии и качество антенны в большей степени, чем излучаемая ею мощность, поскольку последняя зависит не только от свойств антенны, но и от создаваемого в ней тока.

Мощность потерь () – мощность, бесполезно теряемая передатчиком во время прохождения тока по проводам антенны, в земле, в предметах, расположенных вблизи антенны. Эта мощность также является активной и может быть выражена через активное сопротивление, называемое сопротивлением потерь

.

Мощность в антенне () – мощность, подводимая к антенне от передатчика. Эту мощность можно представить в виде суммы излучаемой мощности и мощности потерь

.

Коэффициент полезного действия (КПД) антенны – отношение излучаемой мощности к мощности, подводимой к антенне

.

Входное сопротивление антенны – сопротивление на входных зажимах антенны. Оно имеет реактивную и активную составляющие. При настройке в резонанс антенна представляет для генератора чисто активную нагрузку и используется наиболее эффективно.

Направленность антенны – способность излучать (принимать) электромагнитные волны в определенных направлениях. Об этом свойстве антенн судят по: диаграмме направленности, которая графически показывает зависимость напряженности поля или излучаемой мощности от направления. Как правило используют нормированные диаграммы направленности, где величины, характеризующие напряженность поля или мощность, выражены не в абсолютном значении, а отнесены к максимальному значению. В целях упрощения используют не пространственную ДН, а ограничиваются диаграммами направленности в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной.

На рис.1 показана ДН симметричного вертикального вибратора в горизонтальной плоскости.

Рис. 1

На рис.2 представлена ДН в вертикальной плоскости в полярной системе координат.

Рис. 2

На рис.3 представлена ДН в вертикальной плоскости в декартовой системе координат.

Рис. 3

Шириной диаграммы направленности называют угол , в пределах которого мощность излучения уменьшается не более, чем в 2 раза, по сравнению с мощностью излучения в направлении максимального излучения. Так как мощность пропорциональна квадрату напряженности поля, то границы угла раствора ДН определяются величиной от напряженности поля в направлении максимального излучения. Коэффициентом направленного действия (D) называется отношение плотности потока мощности, излучаемой данной антенной в определенном направлении к плотности потока мощности, которая излучалась бы абсолютно ненаправленной антенной в любом направлении при условии равенства общей излучаемой мощности в обеих антеннах. Наибольший практический интерес представляет КНД в направлении максимального излучения

.

Коэффициент усиления антенны () – это произведение коэффициента направленного действия антенны на её КПД:

.

Этот коэффициент даёт полную характеристику антенны: он учитывает с одной стороны, концентрацию энергии в определенном направлении благодаря направленным свойствам антенны, а с другой стороны – уменьшение излучения вследствие потерь мощности в антенне.

Преимущественное излучение антенн в заданном направлении эквивалентно увеличению мощности передатчика.

Действующая высота антенны () – называется высота прямоугольника с площадью, равной площади, охватываемой кривой распределения тока в антенне одной стороной равной величине амплитуды тока в основании антенны.

Дата добавления: 2014-01-15