Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Топ:
Когда производится ограждение поезда, остановившегося на перегоне: Во всех случаях немедленно должно быть ограждено место препятствия для движения поездов на смежном пути двухпутного...
Методика измерений сопротивления растеканию тока анодного заземления: Анодный заземлитель (анод) – проводник, погруженный в электролитическую среду (грунт, раствор электролита) и подключенный к положительному...
Интересное:
Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего...
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Принципы управления денежными потоками: одним из методов контроля за состоянием денежной наличности является...
Дисциплины:
2018-01-04 | 1180 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Коэффициент направленного действия (КНД) характеризует способность антенны концентрировать ЭМП ее излучения в каком-либо определенном направлении. Это понятие было введено в 1929 г. советским ученым А.А. Пистолькорсом. Коэффициентом направленного действия называется отношение среднего за период высокой частоты значения плотности активного потока мощности (среднего значения вектора Пойнтинга), излучаемого антенной в данном направлении , к усредненному по всем направлениям значению плотности потока мощности ПΣ :
, (6)
где , | | — амплитудное значение напряженности электрического поля в направлении, характеризуемом углами ; А — амплитудный коэффициент; — нормированная ДН антенны по напряженности поля.
Из сказанного выше следует еще одно определение КНД антенны: это число, которое показывает, во сколько раз надо уменьшить излучаемую мощность при замене изотропной антенны данной антенной, чтобы среднее значение плотности потока мощности (значение напряженности электрического поля) в одной и той же точке наблюдения в дальней зоне осталось неизменным.
Таким образом, при определении КНД антенна сравнивается с воображаемой абсолютно ненаправленной (изотропной) антенной с равномерной диаграммой направленности , излучающей ту же мощность . Усредненное значение плотности потока мощности
, (7)
где — мощность излучения; r — радиус воображаемой сферы, охватывающей антенну, причем величина r должна быть такой, чтобы поверхность сферы находилась в дальней зоне поля антенны. Тогда
. (8)
С другой стороны, мощность излучения антенны в соответствии с методом вектора Пойнтинга определяется выражением
|
. (9)
Подставив (9) в (8), получаем общее выражение, определяющее КНД антенны:
. (10)
На практике чаще всего требуется знать максимальное значение КНД антенны в направлении максимального излучения, в котором значение нормированной ДН . Тогда формула для расчета максимального КНД принимает вид
. (11)
Учитывая, что квадрат нормированной ДН по полю есть нормированная ДН по мощности, выражение (2.16) можно записать в виде
.
Из выражения (11) следует важный вывод: чем уже главный лепесток и чем ниже УБЛ ДН антенны, тем выше будет ее КНД.
В случае антенны с осесимметричной ДН (форма которой не зависит от азимутального угла φ) выражение (11) приобретает вид
. (12)
В частности, в случае элементарного электрического вибратора (диполя Герца) и Dm =1,5.
На практике КНД часто выражают в логарифмических единицах (дБ):
.
В приведенных выше определениях КНД реальная антенна сравнивалась с воображаемой изотропной антенной с равномерным излучением во всех направлениях в пространстве. Поскольку такая антенна является физически нереализуемой, для практических целей, в частности для измерения КНД, вместо нее используют другой эталон — любую реальную антенну, КНД которой заранее известен (рассчитан или измерен).
Полученные выше результаты справедливы для антенн с линейной поляризацией излучения.
Для практических расчетов полезно выразить максимальный КНД антенны через амплитудное значение напряженности поля в направлении максимального излучения в дальней зоне. Так, если антенна находится в свободном пространстве с волновым сопротивлением W0=120π Ом, то из (8) можно получить новое выражение:
, (13)
где . Соответственно, .
В частности, для элементарного электрического вибратора в эту формулу вместо можно подставить выражение (2.1) в квадрате (без фазовых множителей) и учесть, что , где — сопротивление излучения элементарного электрического вибратора. В результате КНД элементарного вибратора Dm =1,5 (1,76 дБ).
|
КНД можно выразить с помощью еще одного параметра, называемого действующей длиной или высотой антенны. Этот параметр особенно часто используют при анализе приемных антенн.
В случае реальной линейной антенны ток по ее длине l распределен неравномерно. Однако реальную антенну можно заменить воображаемой антенной длиной lД ≤l (действующей длиной) с равномерным синфазным распределением тока, создающим в направлении максимального излучения такую же напряженность электрического поля, как и данная антенна в направлении максимального излучения. При этом амплитуда тока в точках питания воображаемой антенны считается равной амплитуде тока на входе реальной антенны. Напряженность поля, создаваемую реальной антенной в главном направлении, можно определить с помощью выражения
(14)
где I0 — амплитуда тока в точках питания антенны. Запишем выражение для величины напряженности поля любой антенны в произвольном направлении
. (15)
Подставляя в (13) вместо выражение (14) и учитывая, что ( — сопротивление излучения антенны, отнесенное к току в точках питания), получаем
или (м). (16)
Формально параметром «действующая длина» можно пользоваться в случае любой антенны, так как этот параметр выражается через КНД, а последний определяется только характеристикой направленности.
Из определения КНД следует, что он не учитывает потери энергии электромагнитных колебаний в антенне. В связи с этим для более полного описания свойств антенны как преобразователя энергии подводимых к ее входу направляемых ЭМВ в излучаемые в окружающее пространство вводится параметр, учитывающий тепловые потери, — коэффициент усиления (КУ).
Определим коэффициент полезного действия антенны η в режиме излучения как отношение мощности излучения к мощности колебаний на входе антенны:
, (17)
где Рп — мощность потерь в реальных проводниках и диэлектриках конструкции антенны, рассеиваемая в виде тепла. Из закона сохранения энергии следует, что η≤1.
По аналогии с КНД коэффициентом усиления называется отношение среднего за период высокой частоты значения плотности активного потока мощности (среднего значения вектора Пойнтинга), излучаемого антенной в данном направлении , к среднему значению плотности потока мощности , создаваемого воображаемой идеальной (имеющей КПД η=1) антенной в том же направлении при условии, что мощности колебаний на входах обеих антенн равны и обе антенны согласованы с питающими линиями передачи (фидерами). При этом предполагается, что точка наблюдения находится в дальней зоне на одинаковом расстоянии от обеих антенн.
|
. (18)
Иными словами, коэффициент усиления антенны показывает, во сколько раз следует изменить мощность, подводимую к идеальной изотропной антенне с КПД, равным единице, по сравнению с данной антенной, чтобы среднее значение плотности потока мощности (напряженности электрического поля) в одной и той же точке наблюдения в дальней зоне осталось неизменным.
Отличие КУ от КНД состоит в том, что при определении КУ исходят из равенства мощностей, подводимых к исследуемой и эталонной антеннам Рвх, а не из равенства мощностей излучения P этих антенн.
|
|
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!