Глава 2. АНТЕННО-МАЧТОВЫЕ И ФИДЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

2.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ АНТЕНН

Для оценки качества работы антенн используются следующие основные электрические показатели: коэффициент полезного действия, коэффициент направленного действия, коэффициент усиления, ширина диаграммы направленности в горизонтальной и в вертикальной плоскостях, угол излучения, действующая длина.

Коэффициент полезного действия (КПД).

Коэффициент полезного действия передающей антенны ήа определяется отношением излучаемой в пространство мощности Р_∑ к полной мощности Р_пер, подведенной от передатчика к входу антенны: ήа=P_∑/P_nep.

Полная мощность, подведенная к антенне, расходуется на излучение антенной и на потери энергии в антенне: Рпер=Р_∑+Р_п и ή_а =Р_∑/(Р_∑+P_p).

Мощность, теряемая в антенне, состоит из потерь в земле, проводах антенны, изоляторах, применяемых для подвески полотна антенны, в канатах, поддерживающих антенну. Основные потери энергии — потери в земле.

В силу принципа обратимости антенн коэффициент полезного действия приемной антенны оценивается тем КПД, который она будет иметь при использовании ее в качестве передающей. Так как мощность принимаемых радиоволн очень мала, то КПД приемной антенны может быть невысоким, но не менее 10 ... 15%.

Коэффициент направленного действия (КНД).

Для работы линии радиосвязи требуется, чтобы передающая радиостанция обеспечила необходимую напряженность электромагнитного поля в месте расположения антенны приемной радиостанции. Значение напряженности поля в месте приема зависит от направленности передающей антенны и абсолютной величины излучаемой мощности.

Направленность антенны определяется коэффициентом направленного действия Д, а величина излучаемой мощности — коэффициентом полезного действия антенны.

Коэффициент направленного действия характеризует способность антенны концентрировать большую часть энергии излучаемых электромагнитных волн в некотором направлении и определяется отношением квадрата напряженности поля Е, создаваемого антенной в заданном направлении на расстоянии г, к квадрату среднего значения напряженности поля Е_ср, которое создавалось бы в любой точке на расстоянии г от антенны при круговом излучении, т. е. если бы антенна являлась абсолютно ненаправленной:

Д = Е²/Е²_ср.

20

Для приемной антенны КНД определяется отношением мощности, поступающей на вход приемника при приеме сигналов на эту антенну с данного направления, к мощности, поступающей на вход приемника при приеме этих сигналов на абсолютно ненаправленную антенну при условии, что напряженность поля, создаваемая передатчиком в месте нахождения антенн, одинакова: Д=Р/Р_СР.

Так как мощность на входе приемника пропорциональна квадрату напряжения, то коэффициент направленного действия приемной антенны Д=Р/Р_ср=U²/U²_ср.

Полуволновой вибратор, находящийся в свободном пространстве, имеет в главном направлении значение Д=1,64.

Коэффициент усиления.

Коэффициент усиления е антенны зависит как от направленности, так и от КПД антенны. Он более полно характеризует качество антенны, так как учитывает концентрацию энергии в определенном направлении благодаря направленности антенны и полезную мощность излучаемых электромагнитных волн.

Коэффициент усиления передающей антенны определяется отношением квадрата напряженности поля, создаваемого этой антенной, к квадрату напряженности поля, создаваемого полуволновым вибратором в точке приема на одном и том же расстоянии г: ε = Е²/Е²_λ/2.

При этом предполагается, что к данной антенне и полуволновому вибратору подводится одна и та же мощность от передатчика, полуволновой вибратор находится в свободном пространстве и КПД полуволнового вибратора равен единице. Существует следующая зависимость между коэффициентом усиления, КНД и КПД антенны: ε=Дηа/1,64.

Коэффициент усиления приемной антенны определяется отношением мощности, поступающей на вход приемника при приеме сигналов на эту антенну с данного направления, к мощности, поступающей на вход приемника при приеме этих же сигналов на полуволновой вибратор без потерь при условии, что обе антенны ориентированы в одном направлении и напряженность поля в месте нахождения антенн одинакова: ε =  Р²/Р²_λ/2=U²/U²_λ/2 .

Диаграммы направленности антенны.

Передающая антенна излучает электромагнитные колебания во всех направлениях, однако в одном из направлений, называемом главным, излучает максимум энергии. Чтобы оценить интенсивность излучения энергии передающей антенной в различных направлениях, строится ее диаграмма направленности.

Диаграмма направленности ^представляет собой потоки энергии, излучаемые антенной в разных направлениях пространства. Форма диаграммы направленности соответствует телу вращения. Для лучшего представления диаграммы направленности ее форму проецируют на горизонтальную и вертикальную плоскости. Поэтому и различают диаграммы направленности антенн в горизонтальной (рис. 2.1,а) и вертикальной (рис. 2.1,6) плоскостях.

21

Рис. 2.1. Диаграммы направленности антенн:

а — в горизонтальной плоскости; б —в вертикальной плоскости

Обычно диаграмма направленности имеет несколько максимумов, называемых лепестками, разделенных друг от друга минимумами. Лепесток, соответствующий максимальному излучению, называется главным лепестком, противоположный главному, называется задним, а остальные — боковыми.

Диаграмма направленности антенны при приеме электромагнитных волн такая же, как и при передаче. Главный лепесток диаграммы направленности характеризуется углом раствора а в горизонтальной плоскости (см. рис. 2.1,а) и углом излучения р между поверхностью земли и серединой диаграммы в вертикальной плоскости (см. рис. 2.1,6). Угол а заключен между образующими, проведенными к сторонам диаграммы на уровне 0,7 от максимальной напряженности поля или на уровне 0,5 от максимальной мощности излучения (при этом максимальная напряженность поля и максимальная мощность излучения приняты за единицу).

Действующая длина антенны. Для оценки работы приемной антенны используется понятие действующей длины антенны, определяемой отношением электродвижущей силы е, наводимой в антенне, к напряженности поля Е в точке приема: lД=е/Е.

далее