План-конспект учебного пособия «9 лекций по антеннам», страница 3

Таким образом для вычисления излучаемой мощности достаточно знать функцию F(q, j). Она называется диаграммой направленности (ДН) антенны по мощности. Однако пользоваться этой функцией неудобно. Ее значения будут меняться не только от антенны к антенне, но даже для одной антенны в зависимости от излучаемой мощности.

Поэтому обычно вводят нормированную ДН:

,                                (1.4)

наибольшее значение которой в направлении максимума плотности потока энергии (q_m, j_m) равно единице.

Специально сконструированные, так называемые остронаправленные антенны (зеркала, линзы, решетки) позволяют сконцентрировать излучаемую энергию в пределах малого телесного угла и получить значительный энергетический выигрыш, а также повысить помехозащищенность канала связи.

Указанный выигрыш характеризуется параметром, называемым коэффициентом направленного действия (КНД). Он часто обозначается буквой D и определяется отношением плотности потока мощности, создаваемой направленной антенной, к плотности потока, которая бы создавалась направленной антенной, излучающей ту же мощность, т.е.

,                                 (1.5)

 (равномерное распределение энергии излучения по всей сфере).

          После элементарных упрощений получим:

,                           (1.6)

          Однако для реальных энергетических расчетов нужно учесть, что излучается не вся мощность, приходящая в антенну от передатчика. Часть ее теряется, например, на нагрев проводов антенны.

          В результате мощность, излучаемая реальной антенной

,                                                    (1.7)

где h - коэффициент полезного действия (величина всегда меньше единицы); Р – мощность, подведенная к антенне.

          В результате энергетический выигрыш характеризуется не D, а параметром

,                                                    (1.8)

называемым коэффициентом усиления антенн.

          Здесь следует заметить, что обычно для больших антенн, размеры которых значительно больше длины волны излучаемого сигнала и нормальных распределений тока (изменение амплитуды и фазы тока незначительных в пределах длины волны) h ~ 1 и часто не делается разницы между D и G. Однако, если указанные условия нарушаются КПД антенны может быть значительно меньше единицы (см. разделы …).

          В режиме приема, когда процесс преобразования электромагнитных полей носит обратный характер, направленность описывается эффективной площадью А_эфф, которая является функцией угловых координат и имеет максимум для направления, соответствующего максимуму излучения в режиме передачи.

          Как будет показано в дальнейшем (см. раздел …)

,                                             (1.9)

          Соответствующую величину можно интерпретировать как площадь участка волнового фронта плоской электромагнитной волны, приходящей с направления максимального приема, с которого «собирает» энергию рассматриваемая антенна.

          Рассмотрим два простых и полезных для дальнейшего применения указанных параметров.

П.1   Основная формула радиосвязи (распространение электромагнитных волн в однородной изотропной среде без потерь).

          Пусть передающая антенна работает в однородной изотропной среде без потерь, которая описывается действительными параметрами e_а и m_а. Среда бесконечна и в ней нет никаких других объектов, кроме рассматриваемой антенны. Антенна излучает волны с частотой w и соответственно длиной волны .