Ответы электроника. Ответы на вопросы экзамена v2. Понятие антенна. Обобщенная конструкция антенны. Основные уравнения эмп. Классификация антенн в зависимости от длины волны
 Скачать 2.44 Mb.
|
|
Комплексная характеристика направленности антенн. Виды построения ДН. Часто применяемые виды ДН. Поляризационные свойства. Комплексная векторная ХНА – это зависимость от направления  (поляризация, фаза) электрического поля излученных антенной волн в равноудаленных от нее точках.Виды построения ДН:  - амплитудная ДН - поляризационная ДН - фазовая ДН Часто применяемые ДН: 1) Тороидальная ДН имеет равномерное излучение в плоскости, перпендикулярной оси тороида. Применяется в р/святи, р/навигации, р/вещании 2) Игольчатая ДН имеет на фоне боковых лепестков малого уровня ярко выраженный главный лепесток. Применяется в р/локационных станциях слежения (РЛС) за целью. 3)Веерная ДН: ширина луча в горизонтальной и вертикальной плоскотях существенно отличается. Применяется в р/локационных станциях слежения (РЛС) за целью. 4) Косекансная ДН имеет узкий луч в азимутальной плоскости, что обеспечивает высокую разрешающую способность РЛС по азимуту. В вертикальной плоскости в рабочей части она имеет широкую ДН. Применяется в самолетных РЛС обзора земной поверхности и наземных РЛС наблюдения за воздушной обстановкой. Поляризация – пространственная ориентация вектора E, рассматриваемая в любой фиксированной точке дальнего поля в течение 1-го колебания. В общем случае конец вектора E за один период колебания в любой фиксированной точке пространства описывает эллипс, который расположен в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Вид поляризации ЭМВ для одной и той же антенны зависит от направления в точку наблюдения. Поляризация бывает основной (главной) и паразитной (кроссполяризация). Основные параметры антенн (УБЛ, КНД, КУ, и т.д.). Действующая длина антенны. Уровень боковых лепестков (УБЛ) – характеризуется величиной максимума наибольшего бокового лепестка по отношению к величине главного максимума. Ширина главного лепестка и УБЛ определяют разрешающую способность, помехоустойчивость, защищенность РТС.  -КНД (D) – отношение плотности потока мощности, создаваемой направленной антенной к плотности потока, которая бы создавалась ненаправленной антенной (изотропной), излучающей ту же мощность.  -КУ(G)- отношение мощности на входе эталонной антенны к мощности, подводимой ко входу рассматриваемой антенны, при условии, что обе антенны создают в данном направлении на одинаковом расстоянии равные значения напряженности поля или такой же плотности потока мощности  -Поляризация — это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве. -Действующая длина антенны – длина гипотетического вибратора с равномерным распределением тока, который в направлении максимума создает ту же величину напряженности поля, что и рассматриваемая антенна с тем же током в точке питания  -Излучаемая мощность  -Полный коэффициент рассеивания (Kрас) – относительная доля мощности, приходящаяся на боковые и задние лепестки. -ширина ПП -векторная комплексная ДН  -сопротивление излучения -КПД -входное сопротивление -эквивалентная изотропно-излучаемая мощность (PG) – величина, которую необходимо подвести к ненаправленной антенне, чтобы получить в точке приема такую же напряженность ЭМП, которую создает направленная антенна с КУ=G при подведении мощности P. Антенна в режиме приема. Принцип эквивалентности. Поляризационные отношения. Антенны круговой поляризации. Эффективная площадь. Любая передающая антенна может быть использована в качестве приемной. При этом приемная антенна может трактоваться как эквивалентный генератор с величиной нормированной ЭДС и внутренним импендансом, равным входному импендансу этой же антенны в режиме передачи. -Оптимальным является случай, когда поляризационная структура принимаемого поля соответствует поляризационной структуре ЭМП, которое создавалось бы принимаемой антенной при ее работе в режиме излучения. -Принцип эквивалентности Электромагнитное поле, создаваемое сторонними источниками вне поверхности S, совпадает с электромагнитным полем, создаваемым фиктивными поверхностными электрическими и магнитными зарядами и токами, распределенными на поверхности S. Принцип эквивалентности тесно связан с принципом Гюйгенса, который заключается в том, что каждая точка фронта волны, созданной некоторым первичным источником, является вторичным источником сферической волны. При круговой поляризации сигнал распространяется в обоих плоскостях (в вертикальной и горизонтальной) со сдвигом фазы на 90 градусов. Сигнал с круговой поляризацией всегда попадает на антенну, т.е. вне зависимости от угла между антенной на квадрике и на приемнике. Достоинство антенн с круговой поляризацией — это возможность отсекать отраженный сигнал. На передатчике и приемнике должны быть антенны с одним и тем же направлением, иначе будет очень сильная потеря сигнала. Круговая поляризация (может быть левой и правой) хорошо защищает от переотраженных сигналов, потому что, когда сигнал отражается от объекта, меняется направление поляризации. При условии оптимальной ориентации антенны и поляризации волны максимальная мощность, которая может быть получена на выходе приемной антенны, пропорциональна плотности мощности электромагнитной волны, падающей в точку приема. Эта плотность мощности представляет собой количество мощности на единицу площади. Коэффициент пропорциональности между мощностью на выходе антенны и плотностью мощности падающей электромагнитной волны имеет значение площади антенны в электромагнитном поле. Эту площадь называют эффективной площадью антенны («апертура антенны») Условия получения максимальной мощности в нагрузке.   Шумовые характеристики антенн. Влияние атмосферных помех.  Шумовая температура антенны обусловлена как собственными шумами антенны, так внешними шумами, вызванными радиоизлучением земли, атмосферы и окружающего пространства. Шумовая температура антенны вместе с шумовой температурой входных блоков приемника определяют чувствительность приемной системы. Атмосферные помехи создаются в результате электромагнитных возмущений при электростатических разрядах между облаками, изменения ионизации слоев атмосферы под воздействием космических лучей, электризации приемной антенны движущимися заряженными частицами пыли или снега. Воздействия на антенну могут происходить двумя путями - вследствие электростатической или магнитной индукции. Электростатическое- изменение электрического поля вблизи антенны вызывает появление и перемещение электрических зарядов в антенне. Индукционное воздействие- в атмосфере происходит электрический разряд (молния) и электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Это быстро появляющееся и быстро исчезающее магнитное поле вследствие индукции вызывает появление электрического тока во всех окружающих проводах, в том числе и в приемных антеннах Атмосферные электрические явления- причина сильных помех вследствие индукции только для тех приемных установок, которые расположены недалеко от атмосферных явлений. Всякий грозовой разряд создает вокруг себя мощные электромагнитные волны, которые распространяются от него во все стороны. Волны, которые создаются грозовыми разрядами, имеют большое затухание и совершенно неправильную форму, забираются во все приемники. «Всенаправленная антенна» (ВА). Можно ли турникетный излучатель считать «ВА»?  Линейные излучающие системы. Идеальный линейный излучатель. Антенные решетки. Линейной излучающей системой называют непрерывное или дискретное распределение одинаковых источников поля вдоль заданного направления в пространстве. Поперечные размеры полагаются меньше λ, продольные размеры произвольны. Линейная излучающая система состоит из системы слабонаправленных излучателей. Согласно теории перемножения, полная диаграмма направленности слабо зависит от ДН одиночного элемента, а определяется множителем направленности. От φ ДН не зависит и достаточно построить ДН в одной плоскости. Физически множитель направленности описывает интерференцию системы сферических волн, возбуждаемых отдельными элементами линейной излучающей системы. Идеальный линейный излучатель является эталонным, относительно которого в теории антенн оцениваются свойства систем излучателей. Знак коэффициента замедления показывает направление бегущей волны. Построение ДН в общем случае совершенно аналогично построению ДН системы вибраторных антенн. При инженерных расчетах выделяют область действительных углов ψ, после чего определяют количество лепестков ДН и расположение максимумов.   Способы снижения УБЛ. Влияние распределения тока на форму ДН. Антенные системы (АС) со случайным и нелинейным размещением элементов. (МАЛО ТЕОРИИ)   Влияние фазовых искажений на ДН и характеристики антенн. Виды искажений. Примеры влияния искажений каждого вида. (МАЛО ТЕОРИИ)  Влияние фазовых искажения на характеристики антенн: Снижение КНД антенны Уменьшение коэффициента использования поверхности апертуры Снижение УБЛ 19. Антенны бегущей волны. Типовые конструкции. Диэлектрические стержневые антенны. Антенны бегущей волны (АБВ) - это линейные или плоские антенны, формирующие осевую или коническую диаграмму направленности. Она состоит из возбудителя и направителя. Возбудитель представляет собой открытый конец линии передачи - прямоугольного, круглого, коаксиального волноводов с фланцем или без фланца или с небольшим рупором. Направитель- отрезок открытой линии передачи с замедленной волной. Антенны бегущей волны относятся к классу слабо- и средненаправленных антенн, их КНД не более 30-40. Используются АБВ в качестве облучателей зеркальных, линзовых антенн, антенных решеток с пространственной схемой распределения мощности, излучающих элементов антенных решеток. АБВ применяются в диапазонах миллиметровых, сантиметровых волн и в коротковолновой части дециметрового диапазона. Разновидности антенны бегущей волны: проволочные: однопроводная, двухпроводная, V-образная, ромбическая, диэлектрическая стержневая, спиральная продольного излучения, импедансная, Т-рупор Диэлектрическая антенна (ДА)- антенна в виде отрезка диэлектрического стержня, возбуждённого радиоволноводом или штырём коаксиального кабеля. В стержне ДА возбуждается волна особой структуры, распространяющаяся вдоль его оси и на поверхности стержня возникают тангенциальные составляющие электрического и магнитного полей, фаза которых меняется по закону бегущей волны. Её максимум излучения, как и всякой антенны бегущей волны, совпадает с осью стержня. Характер излучения ДА зависит от фазовой скорости распространения поверхностной волны. С увеличением диаметра стержня и диэлектрической проницаемости материала, фазовая скорость уменьшается. Чем меньше фазовая скорость, тем больше длина стержня, при которой КНД антенны максимален. При уменьшении фазовой скорости или приближения её к скорости света в окружающей среде диэлектрический стержень теряет волноводные свойства. Стержень ДА изготовляют из диэлектрических материалов с малым затуханием электромагнитных волн в них — полистирол, фторопласт и др. Стержневые диэлектрические антенны применяются на летательных аппаратах в радиоустройствах. Преимуществом диэлектрических антенн является малые поперечные размеры и простота конструкции. Диэлектрические антенны являются антеннами бегущей волны, поэтому сужение ДН таких антенн происходит за счет увеличения продольных, а не поперечных размеров. Недостаток- в диэлектрике существуют потери, которые ограничивают излучение больших мощностей. 20. Директорные антенны. Директорная антенна («волновой канал»), состоит из одного питаемого и нескольких пассивных вибраторов, один из которых работает в режиме рефлектора, а остальные – в режиме директоров. Все вибраторы параллельны и лежат в одной плоскости. Длина активного вибратора 2l обычно берется несколько меньше λ/2 с тем, чтобы он был резонансным. Для работы в режиме рефлектора реактивное сопротивление вибратора должно быть индуктивным, что достигается некоторым удлинением этого вибратора. Для работы в режиме директора пассивный вибратор должен быть несколько короче активного вибратора. В конструкции, функции рефлектора выполняет только один пассивный вибратор, так как при установке дополнительных вибраторов позади основного рефлектора они будут очень слабо возбуждаться. Иногда для уменьшения уровня излучения в заднем полупространстве используются дополнительные рефлекторы. Число директоров может быть достаточно большим, поскольку каждый предыдущий директор направляет энергию в сторону последующего, тем самым создавая благоприятные условия для возбуждения директоров. Питается антенна при помощи двухпроводной линии, либо коаксиального кабеля (необходимо применять симметрирующие устройства). Положительные свойства директорной антенны – простота и прочность ее конструкции, удобство возбуждения большого числа вибраторов. Недостаток антенны – ограниченность ее рабочего диапазона. При изменении длины волны изменяются входные сопротивления вибраторов, вследствие чего в них изменяются амплитуды и фазы токов, расширяется главный лепесток, возрастает уровень боковых лепестков, увеличивается излучение в обратном направлении. Директорные антенны широко применяются в метровом и дециметровом диапазонах волн: в телевидении, на РРЛ прямой видимости небольшой протяженности и малой емкости, в метеорной радиосвязи, радиолокации. 21. Спиральные антенны. Рамочные антенны. Спиральная антенна принадлежит к классу антенн с бегущей волной. Ее основной диапазон работы - дециметровый и сантиметровый. Она относится к классу поверхностных антенн. Главным ее элементом является спираль, подключенная к коаксиальной линии. Спираль создает диаграмму направленности в виде двух лепестков, излучаемых вдоль ее оси в разные стороны. Спиральные антенны бывают цилиндрические, плоские и конические. Если необходимая ширина рабочего диапазона составляет 50% и меньше, то в антенне используется цилиндрическая винтовая линия. Коническая спираль увеличивает диапазон приема в два раза по сравнению с цилиндрической. Плоские дают уже двадцатикратное преимущество. Наибольшую популярность для приема в частотном диапазоне УКВ получила цилиндрическая радиоантенна с круговой поляризацией и большим коэффициентом усиления выходного сигнала. Главной деталью антенны является свернутый в спираль проводник. К нему подсоединен фидер, предназначенный для передачи сигнала от спирали в сеть (приемник) и в обратном порядке (передатчик). Фидеры бывают открытого и закрытого типа. Фидеры открытого типа представляют собой неэкранированные волноводы. А закрытого типа имеют специальный экран от помех, что делает электромагнитное поле защищенным от внешнего воздействия. Еще одним элементом антенны стал отражатель, предназначенный для фокусирования сигнала на спираль. Основанием для антенны служит каркас с маленькой диэлектрической проницаемостью, например, пенопласт или пластик. Спиральные антенны характеризуются следующими параметрами: осевая длина спирали; диаметр; шаг намотки; число витков; длина витка. Рамочная антенна представляет собой один или несколько последовательно соединенных витков провода. При этом витки могут иметь различную форму. Плоскости витков располагаются перпендикулярно поверхности земли. Рамочные антенны применяют в качестве приемных антенн для радиосвязи, радиовещания и различных специальных целей. Размеры рамочных антенн изменяются в широких пределах от маленьких (десятки сантиметров) многовитковых рамок с магнитодиэлектрическими сердечниками, помещаемых внутри приемников, до наружных, устанавливаемых на антенном поле рамок, линейные размеры которых могут превышать 100 м. |