Antena

Charakterystyka anteny, zysk i kierunkowość anteny

Dzięki specjalnej konstrukcji anteny gęstość promieniowania może być skoncentrowana w określonym kierunku przestrzennym. Miarą bezstratnej kierunkowości anteny jest zysk anteny. Jest to ściśle powiązane z kierunkowością anteny. W przeciwieństwie do kierunkowości, która opisuje jedynie charakterystykę kierunkową anteny, zysk anteny uwzględnia również jej efektywność.

promieniowanie

Dlatego reprezentuje rzeczywistą moc wypromieniowaną. Jest to zwykle mniej niż moc dostarczana przez nadajnik. Ponieważ jednak tę moc łatwiej jest zmierzyć niż kierunkowość, częściej stosuje się wzmocnienie anteny niż kierunkowość. Przy założeniu, że antena jest bezstratna, kierunkowość można ustawić na poziomie zysku anteny.

promieniowanie

Antena referencyjna służy do określenia zysku anteny. W większości przypadków anteną odniesienia jest bezstratny promiennik dookólny (promiennik izotropowy lub antena), który promieniuje równomiernie we wszystkich kierunkach, lub prosta antena dipolowa, przynajmniej w rozważanej płaszczyźnie.

promieniowanie

W przypadku mierzonej anteny w punkcie znajdującym się w pewnej odległości wyznacza się gęstość promieniowania (moc na jednostkę powierzchni) i porównuje ją z wartością uzyskaną za pomocą anteny referencyjnej. Zysk anteny to stosunek dwóch gęstości promieniowania.

promieniowanie

Na przykład, jeśli antena kierunkowa wytwarza w określonym kierunku przestrzennym 200 razy większą gęstość promieniowania niż antena izotropowa, wartość wzmocnienia anteny G wynosi 200 lub 23 dB.

promieniowanie

Wzór anteny

Wzór anteny to graficzne przedstawienie przestrzennego rozkładu energii wypromieniowanej przez antenę. W zależności od zastosowania antena powinna odbierać sygnały tylko z określonego kierunku, ale nie odbierać sygnałów z innych kierunków (np. antena telewizyjna, antena radaru), natomiast antena samochodowa powinna odbierać nadajniki ze wszystkich możliwych kierunków.

promieniowanie

Charakterystyka promieniowania anteny jest graficzną reprezentacją elementów charakterystyki promieniowania anteny. Wzór anteny jest zwykle graficzną reprezentacją charakterystyki kierunkowej anteny. Reprezentuje względne natężenie promieniowania energetycznego lub wielkość natężenia pola elektrycznego lub magnetycznego w funkcji kierunku anteny. Wykresy anten są mierzone lub generowane przez programy symulacyjne na komputerze, na przykład w celu graficznego przedstawienia kierunkowości anteny radaru i w ten sposób oszacowania jej wydajności.

promieniowanie

W porównaniu do anten dookólnych, które promieniują równomiernie we wszystkich kierunkach samolotu, anteny kierunkowe faworyzują jeden kierunek i dzięki temu osiągają większy zasięg w tym kierunku przy niższej mocy transmisji. Wzorce promieniowania anteny ilustrują graficznie preferencje określone na podstawie pomiarów. Dzięki wzajemności gwarantowane są identyczne właściwości nadawczo-odbiorcze anteny. Wykres przedstawia kierunkowy rozkład mocy nadawczej jako natężenie pola i czułość anteny podczas odbioru.

promieniowanie

Wymaganą kierunkowość osiąga się poprzez ukierunkowaną konstrukcję mechaniczną i elektryczną anteny. Kierunkowość wskazuje, jak dobrze antena odbiera lub transmituje w określonym kierunku. Jest on przedstawiony w formie graficznej (wzór anteny) jako funkcja azymutu (wykres poziomy) i elewacji (wykres pionowy).

promieniowanie

Użyj kartezjańskiego lub biegunowego układu współrzędnych. Pomiary w przedstawieniach graficznych mogą mieć wartości liniowe lub logarytmiczne.

promieniowanie

Używaj wielu formatów wyświetlania. Kartezjańskie układy współrzędnych, a także biegunowe układy współrzędnych są bardzo powszechne. Głównym celem jest pokazanie reprezentatywnego wzoru promieniowania w poziomie (azymut) dla pełnej reprezentacji 360° lub w pionie (elewacja) przeważnie tylko dla 90 lub 180 stopni. Dane z anteny można lepiej przedstawić we współrzędnych kartezjańskich. Ponieważ dane te można również wydrukować w tabelach, zwykle preferowane jest bardziej opisowe przedstawienie krzywej trajektorii we współrzędnych biegunowych. W przeciwieństwie do kartezjańskiego układu współrzędnych, ten bezpośrednio wskazuje kierunek.

promieniowanie

Aby ułatwić manipulację, przejrzystość i maksymalną wszechstronność, wzorce promieniowania są zwykle normalizowane do zewnętrznych krawędzi układu współrzędnych. Oznacza to, że maksymalna zmierzona wartość jest wyrównana z 0° i wykreślona na górnej krawędzi wykresu. Dalsze pomiary charakterystyki promieniowania są zwykle podawane w dB (decybelach) w odniesieniu do tej wartości maksymalnej.

promieniowanie

Skala na rysunku może się różnić. Istnieją trzy typy powszechnie używanych skal kreślenia; liniowe, logarytmiczne liniowe i logarytmiczne modyfikowane. Skala liniowa podkreśla główną wiązkę promieniowania i zwykle tłumi wszystkie listki boczne, ponieważ zwykle stanowią one mniej niż jeden procent listka głównego. Jednakże skala liniowo-logarytmiczna dobrze przedstawia listki boczne i jest preferowana, gdy ważne są poziomy wszystkich listków bocznych. Sprawia to jednak wrażenie kiepskiej anteny, gdyż płatek główny jest stosunkowo niewielki. Zmodyfikowana skala logarytmiczna (rysunek 4) podkreśla kształt wiązki głównej podczas ściskania listków bocznych o bardzo niskim poziomie (<30 dB) w kierunku środka modu. Dlatego płat główny jest dwukrotnie większy od najsilniejszego płata bocznego, co jest korzystne dla prezentacji wizualnej. Jednak ta forma reprezentacji jest rzadko stosowana w technologii, ponieważ trudno jest z niej odczytać dokładne dane.

promieniowanie

promieniowanie



poziomy wzór promieniowania

Schemat anteny poziomej to widok z góry pola elektromagnetycznego anteny, wyrażony jako dwuwymiarowa płaszczyzna, której środkiem jest antena.

Celem tej reprezentacji jest po prostu uzyskanie kierunkowości anteny. Zazwyczaj wartość -3 dB jest również podawana na skali w postaci przerywanego okręgu. Przecięcie listka głównego z tym okręgiem skutkuje tzw. szerokością wiązki połowy mocy anteny. Inne łatwe do odczytania parametry to stosunek wyprzedzenia/wycofania, to znaczy stosunek między listkiem głównym a płatem tylnym oraz rozmiar i kierunek listków bocznych.

promieniowanie

promieniowanie

W przypadku anten radarowych ważny jest stosunek listka głównego do listka bocznego. Parametr ten wpływa bezpośrednio na ocenę stopnia przeciwzakłóceniowego radaru.

promieniowanie

pionowy wzór promieniowania

Kształt wzoru pionowego jest pionowym przekrojem trójwymiarowej figury. Na pokazanym wykresie biegunowym (ćwierć koła) pozycja anteny to początek, oś X to zasięg radaru, a oś Y to wysokość celu. Jedną z technik pomiaru anten jest rejestracja stroboskopowa Słońca za pomocą narzędzia pomiarowego RASS-S firmy Intersoft Electronics. RASS-S (System wspomagania analizy radarowej dla obiektów) to niezależny od producenta radaru system służący do oceny różnych elementów radaru poprzez połączenie z już dostępnymi sygnałami w warunkach pracy.

promieniowanie

Rysunek 3: Pionowy wzór anteny z charakterystyką cosecans kwadratową

Na rysunku 3 jednostkami miary są mile morskie dla zasięgu i stopy dla wysokości. Ze względów historycznych te dwie jednostki miary są nadal stosowane w zarządzaniu ruchem lotniczym. Jednostki te mają znaczenie drugorzędne po prostu dlatego, że wykreślone ilości promieniowania są zdefiniowane jako poziomy względne. Oznacza to, że celownik przyjął wartość (teoretycznego) maksymalnego zasięgu obliczonego za pomocą równania radarowego.

promieniowanie

Kształt wykresu dostarcza tylko niezbędnych informacji! Aby uzyskać wartość bezwzględną, potrzebny jest drugi wykres zmierzony w tych samych warunkach. Można porównać oba wykresy i stwierdzić nadmierny wzrost lub spadek wydajności anteny.

promieniowanie

Radiale są znacznikami kątów elewacji, tutaj w odstępach co pół stopnia. Nierówne skalowanie osi x i y (wiele stóp w porównaniu z wieloma milami morskimi) powoduje nieliniowe odstępy między znacznikami wysokości. Wysokość jest wyświetlana jako liniowy wzór siatki. Druga (przerywana) siatka jest zorientowana na krzywiźnie Ziemi.

promieniowanie

Trójwymiarowe reprezentacje schematów anten to w większości obrazy generowane komputerowo. W większości są one generowane przez programy symulacyjne i ich wartości są zaskakująco zbliżone do faktycznie zmierzonych wykresów. Wygenerowanie prawdziwej mapy pomiarowej oznacza ogromny wysiłek pomiarowy, ponieważ każdy piksel obrazu reprezentuje własną wartość pomiarową.

promieniowanie

Trójwymiarowe przedstawienie wzoru anteny we współrzędnych kartezjańskich z anteny radaru w pojeździe silnikowym.
(Moc podana jest w wartościach bezwzględnych! Dlatego większość programów do pomiaru anteny wybiera kompromis dla tej reprezentacji. Tylko pionowa i pozioma część diagramu przechodzącego przez antenę może zostać wykorzystana jako rzeczywiste pomiary.

promieniowanie

Wszystkie pozostałe piksele oblicza się poprzez pomnożenie całej krzywej pomiarowej wykresu pionowego przez pojedynczy pomiar wykresu poziomego. Wymagana moc obliczeniowa jest ogromna. Oprócz przyjemnego przedstawienia w prezentacjach, jego zalety są wątpliwe, ponieważ z tego przedstawienia nie można uzyskać żadnych nowych informacji w porównaniu z dwoma oddzielnymi wykresami (poziomymi i pionowymi wykresami anteny). Wręcz przeciwnie: zwłaszcza na obszarach peryferyjnych wykresy generowane przy takim kompromisie powinny znacznie odbiegać od rzeczywistości.

promieniowanie

Dodatkowo wykresy 3D można przedstawić we współrzędnych kartezjańskich i biegunowych.

promieniowanie

Szerokość wiązki anteny radarowej jest zwykle rozumiana jako szerokość wiązki wynosząca połowę mocy. Szczytowe natężenie promieniowania wyznacza się w serii pomiarów (głównie w komorze bezechowej), a następnie w punktach znajdujących się po obu stronach piku, które reprezentują natężenie szczytowe podniesione do połowy mocy. Odległość kątową pomiędzy punktami połowy mocy definiuje się jako szerokość wiązki. [1] Połowa mocy w decybelach wynosi -3 dB, a więc połowa mocy wiązki w

Podobne posty