1. 
   Понятие «антенна». Обобщенная конструкция антенны. Основные уравнения ЭМП. Классификация антенн в зависимости от длины волны.
   

Антенны- в передатчиках служат для преобразования радиочастотных электрических колебаний в энергию электромагнитного поля (радиоволн), в приемниках — для преобразования энергии радиоволн в токи радиочастоты. 

Конструкция антенны содержит металлические (токопроводящие) элементы, соединенные электрически с радиопередатчиком или с радиоприемником. В режиме передачи переменный электрический ток, создаваемый источником, протекающий по токопроводящим элементам такой антенны, в соответствии с законом Ампера порождает вокруг себя переменное магнитное поле. Это меняющееся во времени магнитное поле в соответствии с законом Фарадея, создает вокруг себя меняющееся во времени электрическое поле. Это переменное электрическое поле создает вокруг себя переменное магнитное поле и т.д. -возникает взаимосвязанное переменное электромагнитное поле, образующее электромагнитную волну, распространяющуюся от антенны в пространство. 

Первую пару уравнений Максвелла образуют уравнения:

Е– вектор напряжённости эл. поля, В– вектор индукции маг. поля.

Уравнение (1.1) связывает значение Е с изменениями вектора В во времени и является выражением закона электромагнитной индукции. Оно показывает, что источником вихревого поля вектора Е является меняющееся со временем вихревое магнитное поле. Уравнение (1.2) указывает на отсутствие источников магнитного поля, т.е. магнитных зарядов.

Н– напряжённость магнитного поля, D-вектор электрического смещения

Первое уравнение (1.3) устанавливает связь между токами проводимости и токами смещения и порождаемым ими магнитным полем. Уравнение (1.4) показывает, что источниками вектора D служат сторонние заряды.

Классификация антенн по диапазону волн:

антенны сверхдлинных волн (λ>10000 м);

антенны длинных волн (1000 м <λ< 10000 м);

антенны средних волн (100 м <λ< 1000 м);

---

антенны коротких волн (10 м <λ< 100 м );

антенны ультракоротких волн (1 мм <λ< 10 м). Такая классификация имеет недостаток: одна и та же антенна может использоваться в различных частотных диапазонах.

2. 
   Деление около антенного пространства на зоны. Особенности ЭМП в дальней зоне (ДЗ).
   

Деление около антенного пространства на зоны:

1. 
   Ближняя (зона индукции)
   
2. 
   Промежуточная является переходной от ближней зоны к дальней
   
3. 
   Дальняя (волновая) хара­ктеризуется условием k=2π/λ
   

Дальняя зона - это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3λ. Здесь напряженность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника, то есть 1/r. В этой зоне справедливо экспериментально определенное соотношение между напряженностями электрического и магнитного полей

На частотах выше 300 МГц в "дальней" зоне излучения обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии, или вектор Пойнтинга. Плотность потока электромагнитной энергии характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.

Для ближней зоны расстояние r значительно меньше длины волны электромагнитного сигнала и поле имеет ярко выраженный магнитный (или электрический) характер, а в дальней поле носит явный электромагнитный характер и распространяется в виде плоской волны, энергия которой делится поровну между электрической и магнитной компонентами.

3. 
   Особенности ЭМП в ближней и промежуточной зонах антенны. «Фокусирование» поля в промежуточной зоне.
   

Ближняя» зона (зона индукции) простирается до расстояния от источника, равного 0-3 λ, где λ - длина порождаемой полем электромагнитной волны. При этом напряженность поля быстро убывает, то есть 1/r² или 1/r³. В этой зоне порождаемая электромагнитная волна еще не полностью сформирована. Для характеристики электромагнитного поля измерения переменного электрического поля Е и переменного магнитного поля Н производятся раздельно. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющей полей

---

, ответственных за излучение. Ближняя зона представляет собой область пространства, в которой преимущественное значение имеют так называемые квазистатические поля. Эти поля, резко убывающие при удалении от источника, продолжают существовать при стремлении к нулю частоты возбуждающего тока. В ближней зоне выполняется условие квазистационарности (r<
Промежуточная зона является переходной от ближней зоны к дальней. В промежуточной зоне поле излучения и реактивное поле оказываются одного порядка. Здесь плотности энергии электрического и магнитного полей становятся примерно одинаковыми и значительно меньшими по величине, чем в ближней зоне. Равное значение с ранее рассмотренными приобретают здесь составляющие поля  меняющиеся с расстоянием медленнее, чем квазистатические и квазистационарные поля, характерные для ближней зоны. У всех составляющих поля наблюдается значительное запаздывание по фазе по сравнению с полем в ближней зоне. В промежуточной области разрешающая способность синфазных антенн ухудшается.

Фокусирование антенны может быть достигнуто конструктивным выполнением ее в виде сферы. Кривизна антенны определяет дальность фокусирования. Удобно проводить фокусирование в фазированных антенных решетках (ФАР), где компенсация паразитных фазовых набегов проводится фазовращателями. Фокусирование антенны увеличивает ее коэффициент усиления. Улучшение угловой разрешающей способности удобно характеризовать отношением ширины луча синфазной антенны  к ширине луча фокусированной антенны. Фокусирование широко применяется в РЛС с синтезированным раскрывом и в голографических РЛС.

4. 
   Элементарные излучатели. Система элементарных излучателей. Пеленгационные свойства антенн.
   

Элементарным электрическим излучателем называется короткий по сравнению с длиной волны провод (???? ≪ ????), по которому течет гармонический электрический ток, амплитуда и фаза которого одинаковы в любой точке провода. Такая модель излучателя является идеализированной, удобной для анализа излучающей системы, так как практическое создание излучателя с неизменной по всей длине амплитудой и фазой тока невозможно. Однако диполь Герца оказывается весьма близким по своим свойствам к элементарному излучателю. Благодаря металлическим шарам, которые обладают значительной емкостью, амплитуда тока слабо изменяется вдоль проводника.

---

Сложные проводящие тела, обтекаемые токами, можно считать как бы состоящими из множества элементарных электрических излучателей. Такая возможность вытекает из того, что каково бы ни было распределение амплитуды и фазы тока по проводящему телу, в пределах отрезка ???? ≪ ???? их можно принять неизменными. При определении поля, создаваемого этими токами, можно воспользоваться принципом суперпозиции, т.е. рассматривать его как сумму полей элементарных излучателей.

Пеленгационные свойства антенн:

1. 
   определение направления
   
2. 
    диаграмма направленности с одним или несколькими четкими минимумами или максимумами
   
3. 
   чувствительность к амплитудным флуктуациям принятого сигнала
   
4. 
   анализа фаз принимаемых несколькими антеннами сигналов
   
5. 
   прием (улавливание) и распознавание сигнала
   

5. 
   Распределение тока по «тонкому» вибратору. Типовые зависимости распределений при различной длине плеч и асимметрии вибратора. Влияние толщины вибратора на параметры системы.
   

Расчет распределения тока вдоль проводов антенны при заданных напряжении на ее клеммах, частоте этого напряжения и геометрии антенны, является задачей о вынужденных колебаниях тока в вибраторе. Если распределение тока известно, то расчет всех характеристик излучения - ДН, КНД, входного сопротивления, поляризации - не представляет принципиальных затруднений.

Выражения для функции распределения тока по тонкому цилиндрическому вибратору показывают, что распределение тока зависит от относительной толщины вибратора. В общем случае ток в различных сечениях вибратора имеет различную фазу и амплитуду, сложным образом зависящую от координаты вдоль вибратора.

Для очень тонких вибраторов, распределение тока является почти синусоидальным и симметричным относительно середины вибратора. Оно имеет вид стоячих волн с узлами на концах вибратора и в сечениях, отстоящих на расстояниях от концов. Максимальное значение тока в стоячей волне есть значение тока в пучности - In.

Фаза тока во всех сечениях вибратора одинакова или изменяется скачком при изменении знака синуса.

Распределение тока для вибраторов длиной 2

---

l - синфазное, а для вибратора длиной 2l - переменно-фазное.

Распределение тока в вибраторах конечной толщины отличается от синусоидального и тем сильнее, чем толще вибратор. Наиболее существенные отличия: отсутствие чистых нулей, уменьшение расстояния между минимумами полуволн тока, эквивалентное укорочению длины волны, несинфазность тока по длине в пределах каждой полуволны. Распределение тока на вибраторе конечной толщины соответствует сложению чисто стоячей и бегущей волн.

При увеличении диаметра вибратора уменьшаются длина плеча вибратора и коэффициент укорочения, полная длина вибратора

6. 
   Характеристики одиночного вибратора в ДЗ. Типовые ДН и основные параметры в зависимости от длины плеч
   

Дальняя зона хара­ктеризуется условием k=2π/λ. В дальней зоне напряженность электрического поля одиночного вибратора имеет только составляющую Е_θ, а напряженность магнитного поля - составляющую Н_φ, которые изменяются синфазно. Поверхность, во всех точках которой в один и тот же момент времени фаза рассматриваемой функции имеет одинаковые значения, называется поверхностью равных фаз (ПРФ). В случае монохроматического поля на ПРФ постоянна фаза комплексной амплитуды рассматриваемой функции. Поверх­ность, на которой постоянна амплитуда рассматриваемой функции, называют поверхностью равных амплитуд (ПРА).

Диаграмма направленности – это зависимость напряженности поля, создаваемого антенной на достаточно большом расстоянии, от углов наблюдения в пространстве.

ДН:

1. 
   Амплитудная ДН по полю – зависимость амплитуды поля от угловых координат. Она представляет собой пространственную трехмерную поверхность. Ее рассматривают представленной в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
   
2. 
   Поляризационная ДН представляет собой единичный вектор поляризации, совпадающий по направлению с вектором электрического поля антенны и описывающий зависимость его ориентации от угловых координат времени.
   
3. 
   Фазовая ДН представляет собой зависимость фазы поля основной поляризации от угловых координат в дальней зоне при постоянстве расстояния от точки наблюдения до начала выбранной системы координат. Форма ФДН существенно зависит от положения начала отсчета координат.
   

---

Смотрите также файлы

• Работа с текстом в Blender 3D.docx

• Комплексный план противодействия идеологии терроризма в рф на 20192023 гг.docx

• 2. Понятие множественности преступления, соотношение его с единичным преступлением.doc

• Блім. Индустрияландыру лтт.docx

• Анализ Всероссийских проверочных работ по каждому обучающемуся 5 а класса мбоу новомеловатская сош.docx