Входное сопротивление. Сопротивление излучения

Входным сопротивлением антенны называется отношение напряже­ния на входных клеммах антенны к входному току. Входное сопро­тивление антенны в общем случае является комплексным, т.е. имеет активную и реактивную составляющие Z_A=R_A+jX_A.

При выполнении условий согласования к антенне подводится только активная мощность, которая определяется по формуле

Р_A =(1/2)I_A^{2 *}R_A,

где I_A - амплитуда тока на входе антенны;

R_A - активная составляющая входного сопротивления.

Мощность, подводимую к антенне, можно представить в виде двух составляющих: мощности излучения (P_изл) и мощности потерь (Р_пот)

Р_а=P_изл + Р_пот,

которые определяются током антенны и соответствующими сопротивлениями

P_изл =(1/2)I_A^{2 *}R_изл

Р_пот =(1/2)I_A^{2 *}R_пот

Активная составляющая входного сопротивления состоит из сопротивления излучения и сопротивления потерь

R_а=R_изл + R_пот.

1. Сопротивление излучения представляет собой эквивалентное со­противление, на котором рассеивается мощность, равная мощности излучения при питании антенны током с амплитудным значением.

Для полуволнового вибратора входное сопротивление равно 80 Ом, сопротивление излучения составляет 73 Ом, а сопротивление потерь - 7 Ом.

Следует помнить, что сопротивление излучения есть чисто рас­четная величина (коэффициент пропорциональности между удвоенной мощностью излучения и квадратом амплитуды тока антенны). Ток в антенне можно измерить, а сопротивление излучения для ряда антенн можно рассчитать с помощью интегрального исчисления по известному закону распределения амплитуд тока. Следовательно, можно рассчитать и мощность излучения. В этом заключается смысл введения понятия сопротивления излучения.

2.Коэффициентом полезного действия η (КПД) называется отношение мощности излучения к полной мощности, подводимой от генератора к антенне, т.е.

.

Величина КПД зависит от конструкции антенны, соотношения её размеров и длины волны, для современных антенн РЛС КПД составляет порядка 0,9...0,98.

Практически все антенны излучают мощность в пространство не­равномерно по различным направлениям. Поэтому о направленных свой­ствах антенны судят по её характеристике направленности и парамет­рам - ширине диаграммы направленности, коэффициенту направленного действия и коэффициенту усиления антенны.

3. Характеристикой, или диаграммой, направленности антенны называется зависимость напряженности поля или плотности потока энергии, создаваемой антенной в равноудаленных от неё точках. В первом случае характеристика направленности называется характеристикой по полю E(φ,θ) втором - по мощности П(φ,θ), где φ,θ – углы, определяющие направление в пространстве (φ- в горизон­тальной, θ - вертикальной плоскостях).

Для удобства сравнения направленных свойств антенн характеристики направленности нормируют к единице, относя их к максимальным значениям Е_макс или П_макс. Углы φ и θ обычно отсчитываются от направления максимального излучения.

Графическое изображение соответствующей нормированной харак­теристики направленности называют диаграммой направленности антенны по напряженности или мощности.

Пространственные диаграммы направленности различных антенн показаны на слайде 8-11).

На рис.(4.4,а) показана диаграмма направленности симметричного вибратора, которая представляет собой поверхность тора с внутренним диаметром, равным нулю. Вдоль продольной оси вибратора электро­магнитные волны не излучаются.

На рис. 4.4, б приведена игольчатая диаграмма направленности,

а на рис.4.4, в - веерная. Эти ДНА имеют главный лепесток - 1 (излучение электромагнитной энергии в этом направлении набольшее) и два боковых - 2, 3 (излучение незначительное).

На рис. 4.4, г показана многолепестковая диаграмма направлен­ности антенны, которая имеет несколько направлений максимального излучения.

Для удобства на практике пространственные диаграммы направленности антенн изображают в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях (соответствующих векторам поля Е и Н), проходящих через направление максимального излучения. Для примера на слайде 12 показана диаграмма направленности полуволнового вибратора, расположенного горизонтально в полярной и прямоугольной системе координат.

Из рисунка видно, что изображение ДНА в полярной системе координат имеет большую наглядность, а в прямоугольной - большую точ­ность.

Для оценки направленных свойств антенны вводится понятие ширина диаграммы направленности, под которой понимается величина угла между направлениями, лежащими в пределах лепестка ДНА и соответ­ствующими уровню напряженности поля 0,707 от максимального значе­ния или 0,5 от максимального уровня мощности (слайд 13).

Ширина ДНА определяет разрешающую способность РЛС и точность определения угловых координат.

Разрешающая способность по азимуту примерно равна ширине ДНА в горизонтальной плоскости (при точной оценке разрешающей способности нужно учитывать разрешающую способность индикатора).

Точность определения угловых координат зависит от ширины ДНА, диаметра пятна индикатора и точности ориентирования антенной системы.

На рис. 4.6 показана диаграмма направленности лопаточного ти­па в горизонтальной плоскости, по полю (полярная система коорди­нат а) и по мощности (прямоугольная система координат б).

Для преподавателя. Диаграмма направленности передающей антенны измеряется при помощи индикатора поля (простейшее приемное устройство). Индикатор поля устанавливается на достаточно большом расстоянии от испытуемой антенны. Используемая антенна питается передатчиком РЛС. Вращая антенну в данной плоскости, записывают показания индикатора ( n) и соответствующие им углы поворота антенны φ. По полученным данным строят график n(φ) / n_max . Если показания прибора индикатора пропорциональны напряженности поля, то этот график представляет собой диаграмму направленности антенны по полю, если же показания прибора пропорциональны плотности потока энергии – диаграмму направленности антенны по мощности.

Диаграмма направленности приемной антенны измеряется с помощью маломощного передатчика (выносного гетеродина), который устанавливается на достаточно большом расстоянии от антенны и излучает сигналы на частоте приемника. ДНА определяется так же, как и в предыдущем случае по относительным показаниям индикатора на выходе приемника при вращении антенны в соответствующей плоскости.

Для РЛС кругового обзора ДНА в вертикальной плоскости снимается (проверяется) путем контрольного облета станции самолетами с установленными на них приемниками на заданных высотах и курсах.

Количественно направленные свойства антенн характеризуются коэффициентом направленного действия (КНД). Коэффициентом направ­ленного действия называется отношение плотности потока мощности направленной антенны к плотности потока мощности ненаправленной ан­тенны при одинаковой мощности излучения обеими антеннами. Другими словами, КНД антенны характеризует степень концентрации излучаемой антенной энергии в данном направлении.

КНД зависит от геометрических размеров антенны, длины волны и для современных антенн РЛС составляет 10⁶ ...10⁷ .