Диаграмма направленности

Технические параметры антенн

Лекция 1. Введение. Технические параметры антенн

И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА

Кафедра радиотехники

Факультет радиотехники и связи

Некоммерческое акционерное общество

"Алматинский институт энергетики и связи"

Конспект лекций

для студентов специальности

050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Алматы 2009

СОСТАВИТЕЛИ: Прилепкина Л.П. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. Конспект лекций для студентов специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АИЭС, 2009 - с.

Конспект лекций предназначен для самостоятельного изучения курса «Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн». В конспекте

Разработка предназначена для студентов всех форм обучения специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

В конспекте лекций рассматриваются описания систем беспроводной связи, основные характеристики стандартов и используемой аппаратуры, а также теоретические основы беспроводной связи, в полной мере охватываются все вопросы, которые должен знать студент после изучения технологий беспроводной связи.

Ил. 5, библиогр. - 15 назв.

Рецензент: канд. техн. наук, доц. Г.Г. Сабдыкеева

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 200 г.

Ó Алматинский институт энергетики и связи, 2008 г.

Содержание

Стр.

1 Лекция 1.	Введение. Технические параметры антенн
2 Лекция 2.	Симметричный вибратор
3 Лекция 3.	Несимметричный вертикальный вибратор. Многовибраторные антенны
4 Лекция 4.	Излучение возбуждающих поверхностей
5 Лекция 5.	Просты вибраторные и щелевые антенны диапазона УКВ
6 Лекция 6.	Симметричный одиночный (линейный) и петлевой вибраторы
7 Лекция 7.
8 Лекция 8.
9 Лекция 9.
10 Лекция 10.
11 Лекция 11.
12 Лекция 12.
13 Лекция 13.
14 Лекция 14.
15 Лекция 15
16 Лекция 16.

Любая линия передачи информации (связная, вещательная или телевизионная) содержит на концах радиопередающие и радиоприемные устройства, снабженные антеннами. Неправильный выбор антенн, их неправильная эксплуатация могут привести к нарушению работы радиолинии, несмотря на применение мощных радиопередатчиков и чувствительных приемников. Чтобы понять роль и значение антенн и трактов, рассмотрим обобщенную структурную схему радиотехнической систе­мы.

Рисунок 1.1 - Структурная схема Рисунок 1.2 - Спектр

радиосистемы электромагнитных волн

Приемные антенны улавливают и преобразуют энергию электромагнитных волн в ВЧ-энергию, поступающую по фидеру (обычно это коаксиальный кабель) к приемнику. От антенны в значительной степени зависит качество принимаемого сигнала.

Передающие антенны преобразуют и излучают подведенную к нему высокочастотную энергию в виде электромагнитных волн в окружающее пространство.

Передающая и приемная антенны обладают свойством взаимности (обратимости), т. е. одна и та же антенна может излучать или принимать электромагнитные волны, причем в обоих режимах она имеет одинаковые свойства (параметры).

К передающим антеннам предъявляют дополнительные требования, связанные с большими подводимыми мощностями ВЧ энергии, поэтому конструктивно приемные антенны проще передающих. К антеннам современных радиосистем предъявляется много требований, среди которых решающее значение имеют два:

· направленность действия, т. е. распределение элек­тромагнитной мощности в пространстве (или реакция на приходя­щее электромагнитное поле при радиоприеме) по определенному закону. В одних случаях желательно обеспечить равномерность дей­ствия антенны по всем направлениям, в других требуется концен­трировать излучение или осуществлять радиоприем в пределах до­статочно узкого углового сектора — так называемого луча. Для фор­мирования узкого луча размеры антенны должны во много раз превышать рабочую длину волны радиосистемы.

· излучение или радиоприем должны сопровождаться минимальными потерями электромагнитной мощности на нагрев провод­ников и диэлектриков антенны, т. е. антенна должна иметь высо­кий КПД. Проблема достижения высокого КПД особенно остро проявляется при создании антенн, размеры которых малы в срав­нении с длиной волны.

На работу любой радиолинии оказывает среда (тракт) распространения. Когда распространение происходит в свободном пространстве, влияние заключается только в ослаблении поля.

В случае реальных сред полупроводниковые свойства земли приводят к утечки энергии поля в Землю. Из-за сферичности Земли возникает дифракция. Различного рода неровности земной поверхности рассеивают и отражают радиоволны, изменяя их поляризацию, создают затенение пункта приема.

Атмосфера Земли является поглощающей неоднородной средой, поэтому возникают ослабление сигнала и искривление траектории дви­жения волны.

Верхние слои атмосферы (ионосфера) содержат газ в ионизиро­ванном состоянии, что также оказывает влияние на распространение радиоволн.

Электромагнитные волны. Что собой представляет электромагнитная волна, легко представить на следующем примере. Если на водную гладь бросить камушек, то на поверхности образуются расходящиеся кругами волны. Они движутся от источника их возникновения (возмущения) с определенной скоростью распространения. Для электромагнитных волн возмущениями являются передвигающиеся в пространстве электрические и магнитные поля. Меняющееся во времени электрическое поле обязательно вызывает появление переменного магнитного поля, и наоборот. Эти поля взаимно связаны.

Основным источником спектра электромагнитных волн является звезда Солнце. Часть спектра электромагнитных волн видит глаз человека. Этот спектр лежит в пределах 380...780 нм (рис. 1.1). Электромагнитные колебания с различной длиной волн вызывают ощущение света с различной окраской.

Часть спектра электромагнитных волн используется для целей радиотелевизионного вешания и связи.

Т а б л и ц а 1 распределение радиоспектра по диапазонам.

Частоты	Длина волны	Метрическое наименование диапазона волн	Наименование диапазона частот	Поддиапазоны волн	Сокращенное обозначение
русское	Межд.
3-30 кГц	100-10 км	Мириаметровые	Очень низкие	Сверхдлинные СДВ	ОНЧ	VLF
30-300 кГц	10-1 км	Километровые	Низкие	Длинные ДВ	НЧ	LF
0.3-3 МГц	1 км-100 м	Гектометровые	Средние	Средние СВ	СЧ	MF
3- 30 МГц	100 -10 м	Декаметровые	Высокие	Короткие КВ	ВЧ	HF
30-300 МГц	10- 1 м	Метровые	Очень высокие	УКВ	ОВЧ	VHF
0.3- 3 ГГц	1 м- 1 дм	Дециметровые	Ультравысокие	УВЧ	UHF
3- 30 ГГц	10- 1 см	Сантиметровые	Сверхвысокие	СВЧ	SHF
30- 300 ГГц	10- 1 мм	Миллиметровые	Крайневысокие	КВЧ	EHF
300-3000 ГГц	1- 0.1 мм	Децимиллиметровые

Рисунок 1.3 - Структура электромагнитной волны:

а — вертикальная поляризация; б — горизонтальная поляризация; в — вращающаяся поляризация

Антенны обладают направленными свойствами, которые определяются диаграммой направленности.

Диаграммой направленности f() называют гра­фически представленную зависимость от углов наблюде­ния в пространстве (и ) напряженности электромаг­нитного поля, созданного антенной, измеренной на до­статочно большом, но одинаковом расстоянии от ан­тенны.

Рисунок 4 - ДН: а)— пространственная; б) — пространственная, рассеченная плоскостями Е и Н

Рисунок 5 - ДН: а)— в полярной системе координат, б) — в прямоугольной