Е. Фурсова - Антенны

КОЭФФИЦИЕНТ НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ (КНД) характеризует направленные свойства антенн и представляет собой число, показывающее, во сколько раз мощность сигнала, принятая антенной, больше мощности, которую примет эталонная антенна (полуволновой вибратор). КНД (D) зависит от ширины диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Приближенная формула имеет вид:

D ≈ 41200⋅k 2/H⋅V , (1.1)

где: k – коэффициент, равный 1°;

Н – ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, град.;

V – ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости, град.

На практике часто требуется оценить КНД по отношению не к ненаправленной, а к дипольной антенне. В этом случае значение КНД, вычисленное по указанной формуле, должно быть уменьшено в 1,64 раза. Для расчета КНД в децибелах берут 10 десятичных логарифмов значения КНД (D (дБ) = 10lgD) и для расчета по отношению к диполю уменьшают полученное значение на 2,15 дБ.

КНД связан с коэффициентом усиления по мощности Gp соотношением:

G p= D⋅η , (1.2)

где: η – коэффициент полезного действия (КПД) антенны.

На метровых и дециметровых волнах КПД для приемных антенн близок к единице – около 0,95.

КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ АНТЕННЫ показывает, насколько уровень наводимого в ней сигнала превышает уровень сигнала на эталонной антенне. В качестве эталонной антенны принимают полуволновой вибратор или изотропную антенну (полностью ненаправленная антенна, имеющая пространственную диаграмму направленности в виде сферы). Реально таких антенн нет, но она является удобным эталоном, с помощью которого можно сравнивать параметры существующих антенн. Коэффициент усиления полуволнового вибратора относительно изотропной антенны равен 2,15 дБ (в 1,28 раза по напряжению или в 1,64 раза по мощности). Следовательно, если возникнет необходимость пересчитать коэффициент усиления антенны по напряжению или по мощности относительно изотропной антенны, то необходимо разделить известную величину на 1,28 или 1,64, в результате чего получим коэффициент усиления относительно полуволнового вибратора. Если G антенны указан в децибелах относительно изотропной антенны, то для пересчета его относительно полуволнового вибратора необходимо вычесть 2,15 дБ.

Например, если относительно изотропной антенны G = 6,5 дБ, то относительно полуволнового вибратора G = 6,5–2,15 = 4,35 дБ.

При сравнении антенн следует обращать внимание на то, как вычисляется коэффициент усиления: по напряжению или по мощности:

G р= P o/P e= 10⋅lg(P o/P e) (дБ); (1.3)

G u= U o⋅U e= 20⋅lg(U o⋅U e) (дб); (1.4)

где: P o– мощность, принятая антенной;

P e– мощность, принятая эталонной антенной;

U o– напряжение на антенне;

U e– напряжение на эталонной антенне.

Среднее значение коэффициента усиления антенны в рабочей полосе частот – это среднее арифметическое значение коэффициентов усиления в децибелах, измеренных на средних частотах каждого из каналов, входящих в рабочую полосу частот, а также на крайних частотах этой полосы.

Неравномерность коэффициента усиления – это отношение максимального коэффициента усиления к минимальному в полосе частот принимаемых каналов.

КОЭФФИЦИЕНТ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ (КЗД) определяет ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТЬ АНТЕННЫ – это отношение напряжения, получаемого от антенны на согласованной нагрузке при приеме с заднего или бокового направления, к напряжению на той же нагрузке при приеме с главного направления.

Помехозащищенность в децибелах определяют по формуле:

КЗД = 20·lg(E зад./E глав.) (дБ). (1.5)

В зарубежных источниках помехозащищенность выражают переднезадним отношением (ПЗО), которое характеризует меру направленности антенны для углов 0° и 180°. ПЗО представляет собой отношение напряжений, возникающих на входе антенны при облучении ее с этих направлений:

ПЗО = U о°/U 180°. (1.6)

Для одной и той же антенны величины КЗД и ПЗО по модулю равны (величина КЗД отрицательная). Встречается определение помехозащищенности как уровень боковых лепестков (УБЛ) диаграммы направленности – это отношение ЭДС при приеме со стороны максимума наибольшего бокового лепестка к ЭДС при приеме со стороны максимума основного лепестка. Уровень боковых лепестков представляют в относительных единицах или процентах.

УБЛ = (E макс. бок./E макс. гл.)·100 %. (1.7)

При конструировании антенн уровни боковых и задних лепестков стремятся свести к минимуму, чтобы улучшить помехозащищенность антенн.

ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ АНТЕННЫ характеризует ее импедансные свойства в точке питания (в месте подсоединения фидера) и равно отношению напряжения к току на входе фидера. В общем случае входное сопротивление антенны Z вхсодержит резистивную R вхи реактивную X вх(емкостную или индуктивную) составляющие:

Z вх= R вх+ X вх. (1.8)

Чем меньше реактивная составляющая Х вхи чем ближе R вхк волновому сопротивлению фидера линии, тем лучше антенна согласована. Невыполнение условия согласования приводит к появлению многократных отражений сигналов в антенном кабеле, проявляющихся в виде повторных, сдвинутых по горизонтали изображений на экране телевизора и частичной потере мощности принимаемых сигналов в фидере.

Для уменьшения потери мощности антенну необходимо настроить в резонанс с частотой принимаемых каналов. В случае если антенна работает в широком диапазоне ТВ каналов, ее следует настраивать на среднюю частоту диапазона. Практически настройка сводится к подбору геометрических размеров и элементов антенны, а также расположения клемм, к которым подводится фидерная линия. Резонанс антенны достигается в том случае, когда по длине вибратора укладывается целое число полуволн. Если число полуволн, укладывающихся вдоль вибратора, нечетное (λ/2, 3λ/2 и т. д.), то входное сопротивление мало (от 73 Ом при длине вибратора λ/2 до 120 Ом при большем числе полуволн). Если же число полуволн четное (λ, 2λ, 3λ и т. д.), то входное сопротивление велико (от 400–500 Ом до 1–2 кОм в зависимости от диаметра проводников).

На частотах ниже резонансной реактивная составляющая имеет емкостный, а на частотах выше резонансной – индуктивный характер. Входное сопротивление антенны также зависит от объектов, находящихся вблизи антенны и влияющих на распределение поля в пространстве, что необходимо учитывать при установке антенны.

Зависимость входного сопротивления антенны от частоты носит название ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ. Чем меньше меняется входное сопротивление антенны при изменении частоты, тем шире полоса ее пропускания.

КОЭФФИЦИЕНТ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ (КБВ) показывает степень согласования приемной антенны с фидером (кабелем) снижения. Он численно равен отношению минимального напряжения (узел) линии к максимальному напряжению (пучность), которые имели бы место при измерении вдоль фидера при работе антенны в режиме передачи: