Главная | Обратная связь

Свойства антенны. Определить дальнюю, ближнюю и промежуточную зоны. Основные свойства полей в этих зонах.

Электромагнитное излучение, создаваемое антенной, обладает свойствами направленности и поляризации. Антенна как двухполюсник обладает входным сопротивлением (импедансом). Лишь часть энергии источника антенна преобразует в электромагнитную волну, остальная расходуется в виде тепловых потерь. Для количественной оценки перечисленных и ряда других свойств антенна описывается набором электрических характеристик и параметров, в частности: диаграмма направленности (ДН), коэффициент направленного действия (КНД), коэффициент усиления (КУ), ширина ДН по заданному уровню, уровень боковых лепестков (УБЛ), фазовая диаграмма, резонансная частота, рабочая полоса частот, поляризационная диаграмма, номинальное входное сопротивление антенны, тип линии питания, входной импеданс и коэффициент стоячей волны (КСВ) в линии питания, коэффициент полезного действия (КПД), коэффициент использования поверхности (КИП) апертуры антенны, шумовая температура антенны (ТА), максимальная допустимая мощность на входе.

Ближняя зона – это область пространства вокруг антенны, расстояние до дальней границы которой – r_max значительно меньше размеров антенны.

Дальняя зона – это область пространства вокруг антенны, расстояние до ближней границы которой – r_min значительно больше размеров антенны и длины волны. Дальняя зона простирается до бесконечности. Из всех точек дальней зоны антенна видна в виде точки независимо от ее размеров. При этом радиусы-векторы r и r' практически параллельны друг другу.

Между ближней и дальней зонами располагается промежуточная зона.

P – точка наблюдения

r – расстояние от антенны до этой точки.

Меняя r, можно точку наблюдения переместить в любое положение ближней, промежуточной и дальней зон.

Любую антенну, состоящую из металлических элементов, можно представить в виде суммы элементарных излучателей – диполей Герца. Опираясь на известные свойства поля диполя Герца в ближней, промежуточной и дальней зонах, можно сделать следующие выводы о свойствах антенны в этих зонах.

Свойства поля в ближней зоне:

1. Поле в ближней зоне равно сумме реактивного и активного полей. С ростом расстояния r амплитуды активного и реактивного полей уменьшаются.

В реактивном поле – пропорционально и ; в активном поле – пропорционально

Амплитуда реактивного поля существенно превосходит амплитуду активного поля.

2. В реактивном поле векторы Е и Н взаимно перпендикулярны и сдвинуты по фазе на 90^o. Вследствие этого средний за период колебания поток мощности равен нулю. Т.е. в реактивном поле половину периода колебания вектор плотности потока мощности направлен от антенны, вторую половину периода – к антенне. Кроме того, мощность циркулирует по поверхности сфер r = const – половину периода в одном направлении, половину периода в обратном направлении. Таким образом, ближняя зона является накопителем энергии электромагнитного поля.

3. В активном поле векторы Е и Н взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения волны (радиус-вектору r). Сдвиг по фазе между векторами Е и Н равен нулю, поэтому средний за период поток мощности отличен от нуля, и активное поле переносит мощность от антенны через ближнюю и промежуточную зоны в дальнюю зону.

4. Активное поле представляет собой сферическую волну. Амплитуды векторов Е и Н связаны соотношением

где ρ – волновое (характеристическое) сопротивление свободного пространства, в котором находится антенна и точка наблюдения P.

5. В дальней зоне амплитуды векторов Е и Н в активном поле существенно больше по сравнению с реактивным полем.

Показано, что рассмотренными свойствами обладает поле в ближней и дальней зонах, если r_max – расстояние до дальней границы ближней зоны и r_min – расстояние до ближней границы дальней зоны удовлетворяют условиям:

где L – максимальный линейный размер антенны.