Что такое векторная антенна

Как работают векторные анализаторы электрических цепей

Приветствую, дорогие друзья. С вами Тимур Гаранин.

Сегодня поговорим о таких серьезных приборах, как векторные анализаторы электрических цепей.

Рассмотрим сначала простейший случай. Представим, что у нас есть некий черный ящик. Этот черный ящик выполнен в виде четырехполюсника, то есть у него есть 2-контактный порт с одной стороны и такой же порт с другой стороны. А нам нужно определить характеристики этого чёрного ящика, и по возможности сказать, что там. Может там фильтр, может там отрезок кабеля и нам нужно определить, какова его длина, а может там трансформатор.

Как определить характеристики этого четырехполюсника? И тут нам на помощь приходит простейший двухканальный векторный анализатор цепей.

Как он работает? Анализатор подключается своими каналами ко входу и к выходу четырехполюсника. После чего начинает посылать гармонический сигнал на вход чёрного ящика. А затем обеими своими каналами слушает, что пришло с выходов четырехполюсника. Часть сигнала отражается, и эта часть называется параметром S11. Часть сигнала проходит на выход, и формирует параметр S12. Сигналы S11 и S12 анализируются как по амплитуде, так и по фазе.

Потом каналы меняются местами. Сигнал поступает на выход четырехполюсника. Отражённый от выхода сигнал называется S22, а сигнал, прошедший на вход, называется S21.

Пока что мы рассмотрели пример того, как проходит сквозь четырехполюсник сигнал на одной конкретной частоте. Однако полноценные анализаторы пропускают сквозь четырехполюсник, разумеется, целый диапазон частот. А это дает возможность построить частотозависимые графики, АЧХ и ФЧХ по всем параметрам.

А какие это могут быть параметры, кроме уже рассмотренных S-параметров? Это могут быть активное, реактивное, комплексное сопротивления, коэффициенты стоячих волн, причём в форме частотнозависимых характеристик, время задержки сигнала и так далее.

В общем, главное понимать, что векторные анализаторы работают по следующему принципу: посылают на входы черного ящика сигналы различной частоты, слушают со всех входов и выходов отклик от этих сигналов, на основании чего строят частотозависимые характеристики.

Но бывают ситуации, когда черный ящик представляет собой не четырехполюсник, а двухполюсник. Например, это отрезок кабеля с подключённой к его концу антенной. В этом случае у нас только один вход, а следовательно двухканальный векторный анализатор будет избыточен, и определить можно только характеристики по одному входу устройства.

В связи с этим широкое распространение получили упрощенные векторные анализаторы с одним каналом. Примером такого одноканального анализатора может служить N1201SA. Собственно говоря, такие приборы иногда называют антенными анализаторами.

Какие параметры можно измерить при помощи одноканального анализатора?

Во-первых, можно выставить конкретную частоту, и на этой частоте определять следующие характерисктики: активное сопротивление, реактивное сопротивление, коэффициент стоячей волны по напряжению, амплитуду и фазу отражённого сигнала от входа, то есть параметр s11. А также комплексное сопротивление, и входные емкость и индуктивность цепи.

А во-вторых, эти же параметры можно получить в виде частотозависимых рафиков.

Как подобные приборы применяются на практике?

Представим, что у нас есть отрезок кабеля. Одним концом он подключён к анализатору, второй конец открыт. Во-первых, на каждой конкретной частоте можно определять входное реактивное сопротивление цепи, коэффициент стоячей волны и так далее. Но можно поступить мудрее, и сразу построить частотозависимые графики, например параметра s11.

И мы увидим следующий график. На определенных частотах будут очень резкие провалы. Примерно также должен выглядеть и график коэффициента стоячей волны. Так что же это за провалы, и каким частотам они соответствуют?

Кабель это, разумеется, отрезок длинной линии. Сигнал, поступивший на вход кабеля, отражается от открытого конца, и возвращается в анализатор. Но когда мы попадаем на частоту, четверть длины волны которой соответствует длине этого кабеля, то у нас возникает четкая стоячая волна. На открытом конце мы получаем максимум напряжения, а в точке подключения к анализатору напряжение стремится к нулю. Вот здесь-то мы получаем провал в частотнозависимой характеристике.

Откуда берутся остальные провалы на графике? Всё дело в том, что в этом кабеле может поместиться не только 1 четверть длины волны, но и три четверти, и пять четвертей длин волн, соответствующих нечетным гармоникам резонансной частоты, и тогда мы получим такие же минимумы отраженного напряжения. Но если в кабеле поместилось четное количество четвертей длин волн, то мы наоборот получим максимум отражённого сигнала по напряжению.

Эти параметры, графики, критически важны для согласования антенных систем с источниками сигнала. Почему? Рассмотрим следующий пример.

Мы взяли прекрасную, хорошо согласованную антенну, диполь, и подключили её к антенному анализатору, без кабеля. Построили частотно зависимую характеристику, и обрадовались тому, что антенна чётко соответствует резонансной частоте и согласована с источником идеально.

А теперь взяли кабель, подключили его к антенне одним концом, а другим концом к анализатору. И, построив частотнозависимые графики, ужаснулись тому, что теперь антенная система совершенно не соответствует точке согласования. То есть на той же частоте, у нас не минимум, а наоборот максимум параметра S11, отраженного сигнала. Почему так получилось?

Всё дело в том, что кабель, являясь отрезком длинной линии, работает как продолжение антенны. В том месте, где антенна подключается к кабелю, у нас минимум напряжения и максимум тока, но если длина самого кабеля соответствует нечетному числу четвертей длины волны, то на точку подключения к анализатору, либо приемнику или передатчику, у нас придется минимум тока и максимум напряжения. И соответственно на графике параметра S11 у нас будет не провал, а наоборот горб на этой частоте.

То есть, сами того не подозревая, подключив кабель, длина которого составляет нечетное число четвертей длины волны, мы создали ситуацию наихудшего согласования. А наилучшее согласование будет тогда, когда в кабеле поместится четное количество четвертей длины волны.

Вот почему при работе с антеннами стоячей волны так важно учитывать длину кабеля. И вот для чего такие анализаторы в принципе и предназначены.

Кстати говоря, при работе с антеннами бегущей волны таких проблем не возникает. Так как в антенне бегущей волны отраженный сигнал в принципе не подразумевается.

Ну что ж, давайте подытожим:

На сегодня всё. Если ролик был для вас полезен, ставьте лайки, делитесь в соцсетях. И в любом случае пишите в комментариях, о чём бы вы ещё хотели услышать. Всем удачи!

Источник

Что такое векторная антенна

Современная радиотехника настолько сложная наука, что она уже давно разделилась на несколько отдельных областей знаний, в которых присутствуют похожие и даже тождественные понятия, которые имеют совершенно разные определения. Это приводит к большой путанице. А если учесть тот факт, что некоторые понятия, например понятие «возвратные потери», имеют определение совершенно противоположное своему названию, то это может не слабо напрячь мозг не только радиолюбителя, но и специалиста. Чем же отличаются такие понятия как коэффициент отражения, «возвратные потери», КСВ, S11? Зачем или скорее почему столько схожих понятий? Попробуем разобраться…

Разбираться начнем с S-параметров. Эти параметры были введены как универсальные для анализа любых СВЧ цепей. Такую цепь можно анализировать измеряя падающую и отраженную волны на ее входах/выходах. Связь между этими волнами описывается волновой матрицей рассеяния или матрицей S-параметров, которые зависят от частоты. В общем случае мы можем иметь дело с многополюсником (например СВЧ-сумматор или разветвитель), в котором может присутствовать несколько источников сигнала и несколько нагрузок. Чтобы упростить расчеты, все эти источники и нагрузки заменяются одним понятием — «порт».

Следует отметить, что величина возвратных потерь, выраженная через |S11| всегда меньше единицы (в децибельном выражении всегда отрицательна), ведь отраженная мощность не может превышать падающую. Что логично. Тем не менее, в теории уже давно присутствует понятие с тем же названием RL — «возвратные потери», но определяется оно «вверх тормашками», как отношение падающей мощности к отраженной, и в децибельном выражении величина таких «потерь» всегда положительна. При этом, при КСВ стремящемся к единице такие «возвратные потери» стремятся к бесконечности. У нас идеальный КСВ, а какие то там «потери» просто зашкаливают! Это у кого угодно может вызвать нешуточный разрыв шаблона. На самом деле эта величина характеризует степень ослабления отраженной волны в сравнении с падающей, но какие же это потери/убытки черт возьми! Скорее прибыль. Такое вопиющее несоответствие понятия его определению даже отмечено в Википедии, цитата:

From a certain perspective ‘Return Loss’ is a misnomer. The usual function of a transmission line is to convey power from a source to a load with minimal loss. If a transmission line is correctly matched to a load, the reflected power will be zero, no power will be lost due to reflection, and ‘Return Loss’ will be infinite. Conversely if the line is terminated in an open circuit, the reflected power will be equal to the incident power; all of the incident power will be lost in the sense that none of it will be transferred to a load, and RL will be unity. Thus the numerical values of RL tend in the opposite sense to that expected of a ‘loss’. Wikipedia

Данное определение «возвратных потерь» с большим положительным значением более старое, было введено в обиход еще в 60-х годах прошлого века с легкой руки инженеров фирмы Hewlett Packard. Отказаться от старого очень сложно и споры о том какое определение возвратных потерь правильное, первоначальное от Hewlett Packard или более логичное через S11, в инженерной среде не утихают по сей день. Однако в децибельном выражении они отличаются только знаком и многие даже не обращают внимания на эту коллизию.

Параметр S21/S12 («transmission coefficient») — это отношение волны на выходе устройства к волне на входе. Модуль параметра S21 в теории СВЧ устройств иногда называют «insertion loss» — вносимые потери. В случае нашего примера с линией передач «insertion loss» — это реальные тепловые потери линии. Тут все совпало. Волна в этом случае на самом деле частично рассеялась при прохождении по линии и ее энергия преобразовалась в тепло. Но так бывает не всегда. Например теми же S-параметрами описываются и свойства СВЧ транзисторов. В этом случае S21 — это коэффициент передачи транзистора, близкий по смыслу к параметру h21 — коэффициенту усиления, а не потерь.

В антенне с одним портом мы имеем дело только с одним параметром — S11 или, иначе говоря, со старым добрым теплым-ламповым коэффициентом отражения. Рассчитав в симуляторе или измерив его векторным анализатором мы однозначно можем вычислить и входной импеданс, и полосу пропускания и КСВ антенны. В двухпортовой MIMO антенне S-параметров уже четыре. Причем S21/S12 в этом случае характеризуют развязку между MIMO портами. Вообще в антенной технике энергия должна идти куда надо, т. е. излучаться в пространство, а не «рассеиваться» где ни попадя и «болтаться в проруби» туда сюда между портами и по линиям передач. Поэтому модуль любого S-параметра антенны должен быть минимальным или в децибельном выражении как можно более отрицательным.

Как видим, радиотехника в широком смысле, в силу своей сложности, разделилась на лоскутный набор узких дисциплин. Инженеры, работающие в отдельной такой дисциплине, придумывают для себя удобное для работы понятие, особо не задумываясь, что оно где то в смежной области уже давно изобретено. В итоге одно и тоже явление в разных дисциплинах описывается разными терминами, либо совершенно разные явления названы одним термином. Как в старой доброй сказке «Королевство кривых зеркал». А куда деваться? Так уже сложилось. Нужно просто «понимать глубину наших глубин».

Источник

Теория радиоволн: антенны

Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.

Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.

Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.

Антенны

Симметричный вибратор

В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.

Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.

Диаграмма направленности симметричного вибратора

В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.

В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:

Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.

Несимметричный вибратор

Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.

Диаграмма направленности следующая:

Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.

Наклонная V-образная

Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V

Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.

Антенна бегущей волны

Также имеет название — антенна наклонный луч.

Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.
Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.

Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:

Антенна волновой канал

Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор.

Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.

За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:

Рамочная антенна

Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.

Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:

Логопериодическая антенна

Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.

Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:

Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.

Поляризация

Поляризация — это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.
Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.

Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную.

Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.

При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.

Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.

Источник

Введение

Антенна — составная часть любой радиотехнической системы. Основное назначение антенны — излучать и принимать электромагнитную энергию. Основная задача, которую выполняетлюбая антенн — преобразование одного вида энергии в другой. Передающая антенна преобразует энергию токов высокой частоты в энергию пространственной электромагнитной волны, решаяпри этом вторую задачу — создается определенная направленность излучения, т.е. концентрация электромагнитного поля в определенном направлении. Приемная антенна решает обратнуюзадачу — преобразует в электрический ток электромагнитную волну, приходящую в пределах определенного сектора углов пространства.

Многообразие антенн определяется не только конструктивными особенностями, но и их функциональным назначением. Антенны можно подразделять на группы по разным признакам. Поформе — на электрические или магнитные, по виду поляризации — на антенны горизонтальной, вертикальной или круговой поляризации, по ширине частотного диапазона — на узкополосныеи широкополосные, по частотным свойствам — на резонансные и апериодические, по направлению излучения — на направленные и ненаправленные.

1 структурная схема антенны приведена на рисунке 5.1.

В ней можно выделить следующие элементы:

Под входом антенны обычно понимают сечение линии передачи с волной заданного типа. Современные антенны могут иметь несколько, а иногда сотни и тысячи входов.

Согласующее устройство предназначено для обеспечения режима питающей линии, как можно более близкого к бегущей волне.

Распределитель антенны представляет конструкцию из проводников и диэлектриков и предназначен для создания нужного закона распределения излучающих токов, обеспечивающего формирование требуемой характеристики направленности.

2. Классификация антенн.

По способу возбуждения и усиления антенны делятся на четыре категории:

— простые излучатели (рис.5.1):

— групповые излучатели;

— излучающие структуры;

-апертурные излучатели.

Такая классификация не всегда оказывается однозначной.

Между отдельными категориями нередко наблюдаются пересечения.

ж) з) и) Рис. 5.1 — Простые излучатели

Излучатели состоят из отдельных элементов.

К их числу относят:

К простейшим излучателям относятся следующие структуры.

Сферический излучатель, называемый также изотропной антенной. Представляет собой антенну без потерь, равномерно излучающую во все стороны или принимающую со всехнаправлений. Диаграммой направленности антенны является сфера. Такая антенна неосуществима, но используется как теоретический эталон.

Диполь Герца. Излучатель носит имя немецкого физика Г. Р. Герца (1857—1894 гг.); его называют также элементарным электрическим излучателем или элементарным электрическимвибратором. Для реализации диполя используется вибратор с концевыми емкостями, укороченный относительно длины волны излучения. По сравнению с изотропным излучателем он обладаетнаправленностью, перпендикулярной оси вибратора. Диаграмма направленности имеет вид двух окружностей с нулевыми значениями в направлениях оси диполя.

Диполь Фитцджеральда. Назван в честь ирландского физика Ф. Дж. Фитцджеральда

(F.G. Fitzerald) и также известен как элементарный магнитный излучатель или элементарный магнитный вибратор. Реализуется в виде токовой рамки, размер которой меньше длины волны. Вотличие от изотропного излучателя характеризуется направленностью, соответствующей плоскости рамки. Диаграмма направленности состоит из двух окружностей с двумя нулевымизначениями в направлениях, перпендикулярных плоскости рамки.

Излучатель Гюйгенса. Носит имя нидерландского физика X. Гюйгенса (Ch.Huygens); представляет собой сочетание небольшой рамки (магнитная часть) и короткого вибратора в ееплоскости (электрическая часть). Такое устройство применяется для определения направления при радиопеленгации. Диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостяхвыглядят как кардиоиды и имеют одну нулевую точку.

Линейные антенны. К ним относятся следующие структуры.

Несимметричный вибратор (монополь). Другие названия — униполь, полудиполь, антенна Маркони (Marconi). К простейшим типам антенн с несимметричным питанием принадлежитоднополюсник (монополь) или полудиполь с синусоидальным распределением тока над проводящей поверхностью (землей). Длина антенн составляет λ/4. Подобные антенны принадлежат ктипу Groundplane, если проводящая поверхность заменена противовесом. Используются также вертикальные антенны длиной λ/2 и 5λ/8. К широкополосным монополям относятся конические иплоские веерные антенны.

Длинный провод. Длина этих проволочных антенн больше рабочей длины волны. Они бывают симметричными или асимметричными, питаются стоячими или бегущими волнами, могутбыть резонансными или апериодическими. Примерами служат змейковая и аэростатная антенны, антенна Бевереджа, TFD, T2FD.

Рамочные антенны — замкнутые антенны с элементами в виде рамок.

Большая рамка. Периметр большой рамки составляет примерно 1 λ. К таким антеннам относятся петлевой вибратор, дисковая и квадратная антенны и антенна типа Delta-Loop.

Щелевые антенны. Замкнутые антенны со щелевыми элементами на проводящей поверхности. Длина щелей составляет от λ/2 до λ, а сами они бывают линейными (щели на

плоскости или цилиндре) иликрестообразными (например, на дисковой щелевой антенне).

Активные антенны — представляют собой пассивный элемент (вибратор или монополь) со встроенной «активной частью» (усилителем). В результате получается малогабаритнаячувствительная и широкополосная антенная система, однако линейность ее ограничена и не соблюдается принцип взаимности. Пример: активные приемные антенны.

Групповые излучатели. Излучатель образуется группой отдельных излучающих устройств. Свойства излучения определяются расположением излучателей и особенностями их питанияпо фазе и амплитуде. Благодаря управлению фазой достигается электронное сканирование пространства главным лучом (группа с фазовым управлением). Количество отдельных излучателейможет быть произвольным, что позволяет получать практически любое распределение излучения в пространстве. Эта категория антенн подразделяется на следующие группы:

— линейные:отдельные излучатели группы выстроены в линию (одномерное построение);

— плоскостные: отдельные излучатели располагаются в одной плоскости (двухмерное распределение), как правило,перед отражателем; группа может состоять из нескольких подгрупп (2×2, 4×4 ит.д.);

-с сетевым питанием, когда используются две системы питания: матричная, когда при возбуждении на одной и той же частоте система позволяетодновременно формировать множество независимых одна от другой диаграмм направленности (пример: матрица Батлера); и адаптивная, когда положения главного луча и нулевых точекдиаграммы направленности групповой антенны достигаются заданием требуемых фаз и амплитуд (пример: адаптивная антенная система).

К плоским структурам относятся следующие (рис.5.2):

К пространственным структурам относятся следующие (см. рис. 5.2):

Апертурные излучатели. Излучатель образован поверхностью раскрыва (апертурой). Диаграмма направленности таких антенн зависит от формы и размеров апертуры ираспределения на ней поля излучения. К этой категории относятся также антенны, излучающие высшие гармоники. Данная категория подразделяетсяна следующие антенны:

а) короткий — то же, что и линза ближнего поля;

б) длинный: стержневой (например, полистироловая стержневая антенна);

трубчатый (образован цилиндрической трубкой);

ступенчатый (выполнен из стержней, толщина которых меняется ступенчато);

пластинчатый (составлен из пластин, толщина которых меняется ступенчато);

— на рассеянных волнах. Излучение распространяющихся волн выходит сквозь отверстия волновода, расположенные через равные или периодически меняющиеся промежутки. К такимантеннам относятся: излучающая коаксиальная линия; продольные щели в волноводе (рис. 5.4); поперечные прорези в прямоугольном волноводе; антенна поверхностных волн.

Рис. 5.2 — Строение излучателей. Антенны: а) логопериодическая вибраторная; б) логопериодическая V-образная; в) в форме меандра; г) зигзагообразная; д) логопериодическая вибраторная поЛандсторферу; е) архимедова спираль; ж) логарифмическая спираль; з) логопериодическая планарная; и) логопериодические, соприкасающиеся передними концами; к) цилиндрическаяспиральная; л) коническая спиральная

Рис. 5.3 — Рупорные излучатели: а) Н-секториальный; б) Е-секториальный; в) пирамидальный; г) конический; д) описание геометрии рупора

Рис. 5.4 — Волноводно-щелевая антенна

Перечислим типы антенн.

Характеристики антенн

Электромагнитное излучение, создаваемое антенной, обладает свойствами направленности и поляризации. Антенна как двухполюсник обладает входным сопротивлением (импедансом). Реальная антенна преобразует в электромагнитную волну лишь часть энергии источника; остальная энергия расходуется в виде тепловых потерь. Для количественной оценки перечисленных и ряда других свойств антенна описывается набором радиотехнических и конструктивных характеристик и параметров, в частности:

Основные положении теории проволочных антенн:

1. В основе теории любой проволочной антенны находится теория длинных линий. На ее основе можно определить распределение тока и потенциалов в симметричном вибраторе.

2. Теория проволочных антенн полностью базируется на теории диполя Герца, который представляется в виде очень короткого прямолинейного проводника с равномернымамплитудным распределением тока.

4. В основе теории проволочных антенн используется теорема взаимности, согласно которой теория приемных антенн строится с применением результатов, полученных для передающих антенн.

5. принцип обратимости антенн Все антенны обладают свойством обратимости. Этот принцип гласит, что антенны обладают одинаковыми характеристиками, в частности, коэффициентом усиления и диаграммой направленности независимо от направления передачи электромагнитных волн. Если, например, передается тестовый сигнал и измерена диаграмма направленности в дальней зоны антенны, то согласно принципу обратимости диаграмма направленности этой антенны, работающей в режиме приема, будет точно такой же

ТЕОРЕМА ВЗАИМНОСТИ

т.е. отношение тока в передающей антенне к возбуждаемой им ЭДС в приемной не меняется при перемене местами передатчика и приемника.

В частности, при одинаковых токах в режимах передачи и приема возникают одинаковые ЭДС:

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО СОВПАДЕНИЯ В РЕЖИМАХ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ И ДЕЙСТВУЮЩЕЙ ВЫСОТЫ АНТЕННЫ

Поставим в режим передачи линейно-поляризованную антенну направленного действия А1, а в режим приема – диполь Герца А2 (рис. 2.2, а). Будем считать, что для А1 в режиме передачи действующая высота известны. Совместим плоскости

поляризации антенн и сориентируем приемный диполь параллельно вектору E21 r поля, создаваемого в дальней зоне антенной А1.

Напряженность поля, создаваемого линейно-поляризованной антенной А1 с током I1 на расстоянии R в точке, где расположен диполь, такова:

ЭДС, наводимая в диполе Герца, равна произведению его длины L на напряженность поля Е21, так как распределение тока вдоль диполя – постоянное:

Поставим теперь направленную антенну А1 в режим приема, а диполь Герца А2 – в режим передачи (рис. 2.2, б).

Напряженность поля, создаваемого диполем с током I2 на расстоянии R в направлении максимума равна

ЭДС в направленной антенне А1 можно выразить через ее параметры в режиме приема:

По теореме взаимности при равных токах в режиме передачи ЭДС в режиме приема тоже равны

Это уравнение должно выполняться при любой ориентации направленной антенны (с сохранением плоскости поляризации), т.е. при любых углах θ и ϕ, что возможно лишь при тождественном совпадении ДН, а следовательно, и равенстве действующих высот в режимах передачи и приема:

7 Основные ткхнические показатели антенн

Действующя высота антены

Эквивалентная схема замещения антенны

Направленные свойства антенн

Многолепестковая диаграмма направленности антенны в полярной системе координат

Колличественная оценка направленных свойств анетенн

Использование направленных свойств антенн

Диапазонные свойства антенн

Поляризационная характеристика антенны

Физические процессы при излучении и приеме радиоволн

Излучение радиоволн элементарным диполем

Диаграмы направленности антен в прямоугольных и полярных координатах

А как ты думаешь, при улучшении антенны, будет лучше нам? Надеюсь, что теперь ты понял что такое антенны, структурная схема антенны,классификация антенн, характеристики антенн,теорема взаимности и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства СВЧ и антенны

Источник