Поляризационные параметры антенн

Антенны характеризуются ближней и дальней зонами излучения. Все параметры антенн относятся к дальней зоне излучения, где излучаемая антенной волна считается плоской волной с поперечными ортогональными составляющими электрического поля и магнитного поля .

Под поляризацией волны понимается ориентация в пространстве вектора электрического поля . В общем случае если вектор (и, соответственно, вектор ) при распространении волны остается параллельным самому себе, то поляризация поля линейна. В частном случае если вектор расположен горизонтально (параллельно земле см. рис.2б), а вектор вертикально (перпендикулярно земле), то волна является горизонтально поляризованной. В случае если вектор расположен вертикально (перпендикулярно земле см. рис.2а), а вектор горизонтально, то волна является вертикально поляризованной.

Рис.2

Если вектора и при распространении волны движутся по окружности (см. рис.2в), то поляризация волны круговая. Различают правое и левое направление вращения. При правом направлении, вращение, например, вектора для наблюдателя, смотрящего вслед волне, происходит по часовой стрелке, при левом направлении – против часовой стрелки. Полный оборот вектор осуществляет при распространении на расстояние равное длине волны в свободном пространстве.

Вид поляризации электромагнитной волны, принимаемой или излучаемой антенной, определяется расположением и формой проводников антенны. Так, например, антенна в виде вертикально расположенных линейных проводников (см. рис. 3а) излучает (принимает) вертикально поляризованные волны. Соответственно антенна с горизонтально расположенными проводниками (см. рис.3б) – горизонтально поляризованные волны.

а) б)

Рис.3

Использование антенн с различной поляризацией позволяет уменьшить взаимное влияние радиотехнических систем с близкими рабочими частотами на 10..20 дБ, что в ряде случаев может явиться единственным решением проблемы электромагнитной совместимости.

Диаграмма направленности

Одной из основных характеристик антенн является диаграмма направленности (ДН),характеризующая зависимость амплитуды излучаемого поля от угловых координат при неизменном расстоянии от антенны до точки наблюдения.

Обычно ограничиваются построением ДН в двух взаимно перпендикулярных E и H плоскостях. Пример ДН показан на рис 4 а, б. По радиусу отложено значение амплитуды излучаемого поля нормированное к значению амплитуды в главном максимуме.

а) Е-плоскость б) Н-плоскость

Рис.4

ДН характеризуется следующими параметрами:

 Ширина главного лепестка в Е и Н плоскостях по уровню 3 дБ (в градусах);

 Максимальный уровень боковых лепестков А_бок(дБ);

 Максимальный уровень заднего излучения А_зд(дБ).

Наличие задних и боковых лепестков свидетельствует о том, что антенна излучает радиоволны не только в области главного лепестка, но и в других направлениях, что может создавать помехи другим радиотехническим системам и снижает помехоустойчивость, если антенна работает на прием. Поэтому при проектировании антенн стремятся к уменьшению уровней бокового и заднего излучения.

Коэффициент усиления

Антенна, являясь пассивным устройством, излучает в пространство несколько меньшую мощность Р_изл, чем та, что поступает на вход антенны Р_вх. Это связано с омическими потерями в элементах конструкции антенны. Существуют понятия, коэффициент полезного действия антенны равный

и коэффициент направленного действия, характеризующий способность антенны концентрировать излученную мощность в определенном направлении.

Коэффициент направленного действия есть отношение среднего (во времени) значения плотности потока мощности, излучаемого антенной в данном направлении, (характеризуемом углами _о, _о сферической системы координат), к плотности потока мощности изотропной антенны. При этом считается, что излучаемые мощности равны и точка наблюдения находится на одинаковом расстоянии от антенн.