Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
S = Re
EH
(15.13)
2л0
15.2. Импеданс
Передающая антенна является нагрузкой для УМ передатчика, и ее можно охарактеризовать импедансом (комплексным сопротивлением) Z (рис. 15.16). Мощность, доставляемая к антенне, равна произведению вещественной части сопротивления R и тока I. Мощность передатчика P1, где t обозначает передатчик (transmitter), равна:
P=UH (15.14)
2
Различают мощность, которая подается на антенну, и излучаемую мощность. Упрощая выражение, разделим сопротивление антенны на две составляющие - сопротивление излучения Rr и сопротивление потерь R1. Сопротивление антенны R запишем как сумму:
R = Rr + R1 (15.15)
Тогда эффективность излучения будет равна:
M = Y (15.16)
15.3. ОСИ И ТЕЛЕСНЫЕ УГЛЫ |345~]
В схеме приемника антенна является источником. Эквивалентная схема для нее показана на рис. 15.1 в. Определим импеданс эквивалентного источника напряжения как полное сопротивление схемы при выключенном источнике напряжения U0. Именно так был получен импеданс передающей антенны. Это означает, что импеданс антенны не зависит от того, используется ли она в качестве передающей или приемной.
15.3. Оси и телесные углы
Для дальнейших вычислений зададим направления в сферической системе координат с углами 0 и ф (рис. 15.2а).
0=0°
Зенит
Ф = 0С
СеВер
Азимут
Угол места
а) б)
Рис 15.2. Задание направлений в сферической (а) и азимугально-угловой системах координат (б)
В данной системе 0 - угол, отсчитываемый от оси 0, а ф - угол вращения вокруг оси 0. Это особенно удобно для антенн с вращательной симметрией, где рассматривается только зависимость от угла 0. В процессе измерений принято строить графики как функции угла места и азимута (рис. 15.26), которые применяются, когда антенна имеет особую ориентацию относительно земли. Угол места - это угол над линией горизонта, а азимут - так называемый курсовой угол (относительно направления на север), или пеленг. Названные углы подобны углам 0 и ф, если ось 0 направить прямо вверх. Это направление называется зенитом. Тогда угол от зенита 0 дополняет до 90° угол места, а угол ф дополняется до 180° по отношению к азимуту.
Формулы для антенны удобно записать, используя понятие телесных углов. Определим телесный угол Sl для поверхности S и точки отсчета P (рис. 15.3).
Он является площадью проекции поверхности на сферу единичного радиуса с центром в точке Р. Телесные углы измеряются в стерадианах. Телесный угол для замкнутой поверхности, которая содержит точку Р, есть площадь единичной сферы, равной An.
Это определение может показаться странным, но оно позволяет сформулировать аналогичное определение для обычных плоских углов. Представим плоский угол 0 для кривой С и точки отсчета P как длину проекции кривой на единичную окружность с центром в точке P (рис. 15.36). Угол для замкнутой кривой, которая содержит точку Р, является длиной единичной окружности, равной 2п.
|346І 15. АНТЕННЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
15.4. Передающие антенны
Определим коэффициент направленного действия (КНД) передающей антенны G как отношение удельной мощности S к максимальной удельной мощности Sr сигнала от эталонной антенны:
0(9,ф)А (15.17)
г
Удельная мощность измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2), но сам коэффициент направленного действия передающей антенны не имеет размерности. КНД используется только в отношении передающих антенн, для приемных антенн существуют другие характеристики. Для теоретических рассуждений удобно ввести понятие изотропной антенны, коэффициент ослабления сигнала которой равен нулю, а излучение равномерно во всех направлениях. Удельную мощность изотропной антенны S1 можно записать, используя мощность P1:
(15.18)
4яг2
где P1 - мощность передатчика, а г - расстояние от антенны. Тогда КНД передающей антенны G запишем как:
G=*=4*^ (15.19)
Коэффициент направленного действия передающей антенны G обычно определяется в децибелах, а индекс і добавляется, если нужно показать, что эталонная антенна изотропная. Можно показать, что коэффициент направленного действия самой изотропной антенны равен 0 дБі во всех направлениях. Коэффициент направленного действия передающей антенны G - это функция угла, но обычно коэффициентом направленного действия принято называть максимальный КНД передающей антенны. При проведении измерений за эталонную антенну часто Принимается симметричный полуволновой вибратор (диполь). В этом случае, чтобы показать, что
15.5. ПРИЕМНЫЕ АНТЕННЫ [347
эталонная антенна является диполем, в качестве единицы измерения используется дБа (где d означает, что в качестве эталонной антенны используется диполь). Коэффициент направленного действия диполя в вакууме составляет приблизительно 2 дБі, но в условиях отражения сигнала от земли он может повыситься или понизиться почти на 6 дБ.
Выполняя вычисления, полагают, что антенна не имеет потерь. Часто потери невелики и находятся в пределах приемлемой аппроксимации. Для антенн, не имеющих потерь, интеграл коэффициента направленного действия по всем углам имеет простую форму:
$G(6,4»dQ = j>4nr2S(V>® dQ = —|r2S(9,0)dn (15.20)
