антенны, их основныехарактеристики

Антенны предназначены для формирования и приема электромагнитных сигналов. Любая антенна является обратимой и может быть использована как для передачи, так и для приема (свойство дуальности), при этом электрические характеристики антенны остаются неизменными. Например, внутреннее сопротивление источника ЭДС, эквивалентного приемной антенне, равно входному сопротивлению этой же антенны в режиме передачи, направленные свойства антенны в режимах приема и передачи одинаковы и т.д. Антенны являются резонансными устройствами.

Характеристики антенны

1. Входное сопротивление антенны zвх является в общем случае комплексным, т.е. может быть представлено в виде последовательно соединенных активной Rвх и реактивной Xвх (емкостной или индуктивной) составляющих. Входное сопротивление настроенной в резонанс антенны чисто активно. 
   Пример: 
   Входное сопротивление линейного полуволнового вибратора составляет 75 Ом, волнового - примерно 250 Ом.
2. Характеристика направленности - зависимость ЭДС в антенне либо мощности в нагрузке от угла прихода сигнала.
3. Диаграмма направленности - графическое изображение характеристики направленности в полярных или прямоугольных координатах. Достаточно полное представление о направленных свойствах антенны дают диаграммы направленности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - горизонтальной и вертикальной.

    

   

    

   Область 1 - основной (главный) лепесток
   Область 2 - задний или боковой лепестки
   j- угол раствора основного лепестка

    

   Рис.1

    

   При построении диаграмм направленности максимальное значение ЭДС в антенне или мощности в нагрузке принимают равным 1 или 0 дБ, что дает возможность сравнивать различные антенны по их направленным свойствам. Такие диаграммы направленности называют нормированными. Чем меньше угол раствора главного лепестка и уровень задних и боковых лепестков, тем больше уровень сигнала на выходе антенны и выше помехозащищенность приема.
4. Коэффициент направленного действия (КНД). G - параметр, показывающий во сколько раз мощность, которую может отдать в нагрузку согласованная антенна при приеме со стороны максимума главного лепестка диаграммы направленности, больше мощности, которую может отдать в нагрузку согласованная эталонная антенна, имеющая круговую диаграмму направленности. В качестве эталонной антенны служат простейшие антенны либо полуволновой вибратор.

    

   

    

    

   Рис.2

    

   В общем случае G = Pн/Po , где Pо - мощность при равномерном излучении в пределах от 0 до 360 градусов, Pн - мощность при излучении в данном направлении.
5. Эффективная поверхность. Sa - параметр, имеющий размерность площади и позволяющий по известной напряженности поля определить мощность Р, отдаваемую согласованной антенной в нагрузку:

    

   ,

   где Р, Вт; Е - эффективное значение, В/м; Sa , м2. 

   ,

   
   где l- длина волны излучаемого/принимаемого сигнала.
   В приемной антенне Sa характеризует ЭДС сигнала, наводимую в антенне принимаемым электромагнитным излучением.
   Пример:
   Эффективная поверхность полуволнового вибратора равна 0,13l2, волнового вибратора - 0,19l2.
6. Диапазонность антенны. Антенна является резонансным устройством, и все ее характеристики зависят от частоты принимаемого/излучаемого сигнала.

    

   

   E - ЭДС антенны
   l - длина волны излучаемого/принимаемого сигнала
   f - частота резонанса (наилучшее принятие сигнала)

    

   Рис.3

    

7. Поляризация антенны - преимущественное направление изменения вектора электрического поля E. Поляризация бывает: горизонтальная, вертикальная, круговая и др. Например, антенны в виде металлических штырей или проводов имеют направление поляризации, направленное вдоль излучателей. Типичным представитем такой антенны является полуволновый вибратор (см. ниже). Круговая поляризация может создаваться спиральной антенной, у которой излучатель свернут в виде спирали.
   Для эффективного приема сигнала приемная антенна должна располагаться так, чтобы ее плоскость поляризации совпадала с плоскостью поляризации передающей антенны. В противном случае сигнал будет очень слабым и будет формироваться за счет отражения от местных предметов (зданий, металлических конструкций), или приема не будет вовсе.

    

   Пример: 

   

    

   1 - вертикальная поляризация
   2 - горизонтальная поляризация
   3 - круговая поляризация