Русская Википедия:Диаграмма направленности
Шаблон:Не путать Шаблон:Значения
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. Диаграмма направленности антенны определяет также положение и размер слепой зоны антенны.
Основные положения
Диаграммой направленности (ДН) антенны по полю часто называют зависимость модуля комплексной амплитуды вектора напряженности <math>\bar{E}</math> электрической компоненты электромагнитного поля, создаваемого антенной в дальней зоне, от угловых координат <math>\theta</math> и <math>\phi</math> точки наблюдения в горизонтальной и вертикальной плоскости, то есть зависимость <math>E(\theta, \phi)</math>.
ДН обозначается символом <math>f(\theta, \phi)</math>. ДН нормируют — все значения <math>E(\theta, \phi)</math> делят на максимальное значение <math>E_m</math> и обозначают нормированную ДН символом <math>F(\theta, \phi)</math>. Очевидно, <math>0 \le F(\theta, \phi) \le 1</math>.
Также можно определить ДН как комплексную величину. В этом случае, аналогично указанному выше, ДН есть:
- <math>\stackrel{\circ}{F} \left( \theta, \phi \right) = \frac {{\stackrel{\circ}{E}}_m \left( \theta, \phi \right )} {\max_{\theta, \phi} \left[ \left| {\stackrel{\circ}{E}}_m ( \theta, \phi) \right| \right] }</math>,
где <math>{\stackrel{\circ}{E}}_m</math> — комплексная амплитуда вектора в точке дальней зоны.
ДН характеризуется шириной <math>\Theta_A</math> её главного луча на уровне 0,5 от её максимального значения по мощности и коэффициентом усиления <math>G</math>, которые связаны соотношениями:
- <math>G=\frac{4\pi S_A}{\lambda^2}</math>, <math>S_A=\frac{\pi d_{A}^{2}}{4}</math>, <math>\Theta_A=\frac{\lambda}{d_{A}}</math>,
где <math>S_A</math>, <math>d_A</math> — 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 <math>A(\theta, \phi)</math>, фазовые Δω(θ, φ) и поляризационные <math>\bar{P}</math>↑↓(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), амплитуду 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 круговой. Они находят применение, например, в телерадиовещании. Часто лепестки диаграммы направленности называют лучами антенны.
Диаграмма направленности антенны определяется амплитудно-фазовым распределением компонент электромагнитного поля в апертуре антенны — некоторой условной расчётной плоскости, связанной с её конструкцией. Разработка антенны с требуемой диаграммой 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, делённый на длину волны. Поэтому узкие лучи требуют антенн больших размеров или применения более коротких волн. С другой стороны, максимальное сужение луча при заданном размере антенны ведёт 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 антенны обладает свойством взаимности, то есть имеет аналогичные характеристики на передачу и приём в одном и том же диапазоне волн.
Экспериментальное изучение
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
Формирование диаграммы направленности в антеннах может осуществляться аналоговым либо цифровым способом.
Цифровой метод применяется в цифровых антенных решётках. Цифровое диаграммообразование подразумевает под собой цифровой синтез диаграммы направленности в режиме приёма, а также формирование заданного распределения электромагнитного поля в раскрыве антенной решётки в режиме передачи[2][3][4].
Наибольшее распространение получило выполнение цифрового диаграммообразования (Шаблон:Lang-en) на основе операции быстрого преобразования Фурье[5][6][7], позволяющего формировать ортогональную систему так называемых вторичных пространственных каналов, в которой максимум диаграммы направленности одного канала совпадает с нулями остальных. Шаблон:Заготовка раздела
См. также
Примечания
Литература
Ссылки
- Диаграммы направленности различных типов антенн.
- Двухпутная диаграмма направленности, получаемая при отличающихся направлениях зондирования и приема
- ↑ ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Слюсар В.И., Дубик А.Н. Метод многоимпульсной передачи сигналов в МІМО-системе.// Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника.- 2006. - Том 49, № 3. - С. 75 - 80. [1] Шаблон:Wayback
- ↑ Слюсар В.И., Дубик А.Н., Волошко С.В. МІМО-метод передачи телекодовой информации.// Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника.- 2007. - Том 50, № 3. - С. 61 - 70. [2] Шаблон:Wayback
