Диаграмма направленности

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
ДН типичной направленной антенны (азимутальная).
ДН по углу места.

Диаграмма направленности (антенны) — графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны или коэффициента направленного действия антенны от направления антенны в заданной плоскости[1]. Также термин «диаграмма направленности» применим к другим устройствам, излучающим сигнал различной природы, например акустическим системам.

Основные положения[править | править вики-текст]

Диаграммой направленности (ДН) антенны по полю часто называют зависимость модуля комплексной амплитуды вектора напряженности электрической компоненты электромагнитного поля, создаваемого антенной в дальней зоне, от угловых координат и точки наблюдения в горизонтальной и вертикальной плоскости, то есть зависимость .

ДН обозначается символом . ДН нормируют — все значения делят на максимальное значение и обозначают нормированную ДН символом . Очевидно, .

Также можно определить ДН как комплексную величину. В этом случае, аналогично указанному выше, ДН есть:

,

где  — комплексная амплитуда вектора в точке дальней зоны.

ДН характеризуется шириной её главного луча на уровне 0,5 от её максимального значения по мощности и коэффициентом усиления , которые связаны соотношениями:

, , ,

где ,  — эффективная площадь и протяженность апертуры антенны.

ДН обычно описываются не только в плоскости, но и в трехмерном отображении. Для упрощения их рассмотрения, принимают две проекции ДН:

  • горизонтальную (азимутальная)
  • вертикальную (по углу места)

При совместном рассмотрении проекций проясняется более полная картина самой ДН и, как подтверждает практика, по этим данным можно судить об эффективности антенны применительно к решению конкретной задачи.

Существуют амплитудные , фазовые Δω(θ, φ) и поляризационные ↑↓(θ, φ) ДН.

По форме диаграммы направленности антенны обычно подразделяются на узконаправленные и широконаправленные. Узконаправленные антенны имеют один ярко выраженный максимум, который называют основным лепестком и побочные максимумы, обычно имеющие отрицательное влияние, высоту которых стремятся уменьшить. Узконаправленные антенны применяют для концентрации мощности радиоизлучения в одном направлении для увеличения дальности действия радиоаппаратуры, а также для повышения точности угловых измерений в радиолокации. Широконаправленные антенны имеют хотя бы в одной плоскости диаграмму направленности, которую стремятся приблизить к кругу. Они находят применение например в радиовещании. Часто лепестки диаграммы направленности называют лучами антенны.

Диаграмма направленности антенны определяется амплитудно-фазовым распределением компонент электромагнитного поля в апертуре антенны, некоторой условной расчетной плоскости, связанной с её конструкцией. Разработка антенны с требуемой диаграммы направленности сводится, таким образом, к задаче обеспечения нужной картины электромагнитного поля в плоскости апертуры. Существуют фундаментальные ограничения связывающие обратной зависимостью ширину луча и относительный размер антенны, то есть размер деленный на длину волны. Поэтому узкие лучи требуют антенн больших размеров или коротких волн. С другой стороны, максимальное сужение луча при данном размере антенны ведет к возрастанию уровня боковых лепестков. Поэтому в данном моменте приходится идти на приемлемый компромисс.

ДН обычно измеряют в горизонтальной или вертикальной плоскостях, для облучателей — в плоскостях Е или Н.

Диаграмма направленности антенн обычно обладает свойством взаимности, то есть аналогично работает на передачу и прием.

Экспериментальное изучение[править | править вики-текст]

Исследование ДН небольших антенн производят в безэховых камерах. Для больших антенн, не помещающихся в камеру, используют их уменьшенные модели; длину волны излучения также уменьшают в соответствующее число раз.

В случае построения диаграммы направленности для радиотелескопов выбирается яркий точечный источник на небе (зачастую — Солнце). Далее проводится серия наблюдений под разными углами, позволяющая построить распределение интенсивности в зависимости от направления, то есть искомую диаграмму направленности.

Формирование диаграммы направленности[править | править вики-текст]


См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения

Литература[править | править вики-текст]

  1. Лавров, А. С. Антенно-фидерные устройства: учеб. пособие для вузов / А. С. Лавров, Г. Б. Резников. — М.: «Советское радио», 1974. — 368 с.
  2. Дудник, П. И. Многофункциональные радиолокационные системы: учеб. пособие для вузов / П. И. Дудник, А. Р. Ильчук [и др.]. — М.: Дрофа, 2007. — 283 с. — ISBN 978-5-358-00196-1.
  3. Mahafza, B. R. Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB / Bassem R. Mahafza. — CHAPMAN&HALL/CRC, 2000. — 532 с. — ISBN 1-58488-182-8.

Ссылки[править | править вики-текст]