Выкройка рф: Antenna Theory — Radiation Pattern

Диаграмма направленности

Диаграмма направленности определяет изменение мощности, излучаемой антенной, как функцию
направления от антенны. Это изменение мощности в зависимости от угла прихода
наблюдается в дальнем поле антенны.

В качестве примера рассмотрим трехмерную диаграмму направленности на рисунке 1, построенную в
децибелы (дБ)
.

Рис. 1. Пример диаграммы направленности антенны (сгенерирован с помощью программного обеспечения FEKO).

Это пример диаграммы направленности в форме пончика или тороидальной формы. В этом случае по оси Z
что соответствовало бы излучению непосредственно над антенной, очень мало
передаваемая мощность. В плоскости xy (перпендикулярно оси z) излучение
максимум. Эти графики полезны для визуализации направлений излучения антенны.

Обычно, поскольку это проще, диаграммы направленности строятся в 2D. В этом случае,
узоры даны как «срезы» трехмерной плоскости. Та же картина на рисунке 1 построена
на рис. 2. Используются стандартные сферические координаты, где

— угол, измеренный от оси z, и

угол, измеренный против часовой стрелки от оси x.

Если вы не знакомы с диаграммами направленности или сферическими координатами, это может занять некоторое время.
в то же время, чтобы увидеть, что на рисунке 2 представлена ​​та же диаграмма направленности, что и на рисунке 1.
диаграмма направленности на
слева на рис. 2 показана картина возвышения, представляющая собой график излучения
узор в зависимости от угла, измеренного от оси z (для фиксированного азимутального угла). Наблюдение
На рисунке 1 мы видим, что диаграмма направленности минимальна при 0 и 180 градусах и становится максимальной
бортом к антенне (90 градусов от оси Z). Это соответствует графику слева
на рис. 2.

Диаграмма направленности справа на рисунке 2 представляет собой азимутальный график. Это функция азимута.
угол для фиксированного полярного угла (в данном случае 90 градусов от оси z). Поскольку диаграмма направленности
на рисунке 1 симметричен относительно оси z, этот график отображается как константа на рисунке 2.

Диаграмма «изотропна», если диаграмма направленности одинакова во всех направлениях.
Антенн с изотропной диаграммой направленности на практике не существует, но иногда
обсуждались как средство сравнения с реальными антеннами.

Некоторые антенны также могут быть
описывается как «всенаправленный», что для реальной антенны
означает, что диаграмма направленности изотропна в одной плоскости (как на Рисунке 1 выше для плоскости x-y, или
диаграмма направленности справа на рисунке 2). Примеры всенаправленных антенн
включает дипольную антенну и
щелевая антенна.

Третий
К категории антенн относятся «направленные», не имеющие симметрии в диаграмме направленности. Эти антенны
обычно имеют одно направление пика в диаграмме направленности; это направление, где основная масса
излучаемая мощность распространяется.
Эти антенны очень распространены; примеры антенн с узконаправленными диаграммами направленности включают в себя
параболическая антенна и
щелевая волноводная антенна.
Пример остронаправленной диаграммы направленности (от параболической антенны) показан на рис. 3:

Рисунок 3. Диаграмма направленного излучения параболической антенны.

Таким образом, диаграмма направленности представляет собой график, который позволяет нам визуализировать, где антенна передает
или получает власть.


Следующая тема: Полевые регионы

Меню основных сведений об антенне

Теория антенн — Главная

Эта страница о диаграммах направленности антенн защищена авторским правом. Нет порции
могут быть воспроизведены, кроме как с разрешения автора. Авторское право антенна-теория.com, 2009-2015, диаграммы направленности антенн.

Диаграммы направленности антенны | Блог системного анализа

Ключевые выводы

  • Диаграммы направленности антенны отображают характеристики излучения антенны.

  • Излучение от антенны отображается как функция радиального расстояния и углового положения от антенны.

  •  В 3D-виде диаграмма направленности всенаправленной антенны имеет форму пончика.

Антенны являются промежуточными элементами между системой передатчика и приемника. Они излучают электромагнитные волны в свободное пространство (передающая антенна) или принимают сигналы из свободного пространства на направляющее устройство (приемная антенна). Излучение от антенны можно количественно определить с помощью таких параметров, как напряженность поля излучения, направленность, усиление, фаза и эффективность излучения — все они влияют на то, как антенна работает в конкретном приложении.

Работа антенны может быть улучшена путем изменения ее параметров. Инженеры могут получить базовое представление о том, с каких параметров антенны им нужно начать, глядя на диаграммы направленности антенны — графические представления электромагнитного излучения, распространяющегося от антенны.

Излучение в антеннах

Способность излучать и принимать излучения является ключевой характеристикой антенны. В некоторых случаях в системах передатчика и приемника одни и те же антенны выполняют несколько задач по передаче и приему сигналов.

В случае антенны передатчика на нее подается напряжение определенной частоты. Приложенное напряжение и ток, протекающий в антенне, создают электрическое и магнитное поле. Электромагнитное поле излучается в свободное пространство.

В приемных антеннах электромагнитное поле, взаимодействующее с антенной, индуцирует напряжение в элементах антенны. Антенна приемника служит источником сигнала для подключенного к ней устройства наведения.

Диаграммы направленности антенны

Как в передающих, так и в приемных антеннах энергия излучения принимает различные формы, которые обычно называют диаграммами направленности антенны. Диаграмма направленности антенны представляет собой математическое представление распределения энергии излучения относительно координат направления выхода электромагнитной волны.

Диаграммы направленности антенны помогают инженерам понять поведение и характеристики антенны. Они являются основным требованием для любого применения антенны, поскольку эти диаграммы предоставляют информацию о пространственном распределении электромагнитной энергии, что помогает идентифицировать тип антенны и дает ясность в направлениях наведения антенны. С помощью этих шаблонов можно направить антенну в любом направлении и посмотреть, как антенна работает в этом конкретном направлении. Эта диаграмма направленности является основным свойством антенны, учитываемым при определении рабочей частоты.

Диаграммы направленности антенны отображают характеристики излучения антенны, в том числе:

  • Интенсивность излучения — Интенсивность излучения важна для конструкции антенны, поскольку она дает мощность, излучаемую на единицу телесного угла.
  • Плотность потока мощности — Изучив диаграмму направленности, инженеры могут определить направление, в котором плотность потока мощности максимальна, и направить туда антенну.
  • Направленность — Если направление антенны строго не указано, для наведения антенны учитывается направление, в котором направленность максимальна. Параметр-направленность описывает отношение интенсивности излучения антенны в заданном направлении к интенсивности излучения антенны во всех направлениях.
  • Полоса пропускания — Сравнение диаграмм направленности антенны, снятых на разных частотах, может предоставить информацию о полосе пропускания, в которой антенна работает правильно.
  • Напряженность поля — Напряженность поля диаграммы направленности антенны в различных направлениях от антенны на постоянном расстоянии можно получить из диаграммы направленности антенны. Можно сравнить радиус действия различных антенн на заданном расстоянии, используя данные о напряженности поля.
  • Поляризация — Для максимальной передачи мощности поляризация антенны передатчика и антенны приемника должна быть одинаковой. Рассогласование поляризации можно легко отличить по диаграммам направленности антенн передатчика и приемника.
  • Фаза — Фаза передачи электромагнитных волн от антенны влияет на направление диаграммы направленности. Концепция измерения фазы важна при использовании электронного управления, а не механического управления разверткой антенны.
  • Эффективность излучения — Это особенно полезно, когда рассматриваемая антенна является приемопередатчиком.
  • Усиление — усиление антенны сравнивает интересующую антенну с идеальной антенной в том же направлении. Инженеры могут понять, насколько велико смещение коэффициента усиления антенны по сравнению с идеальной антенной.
  • Эффективная апертура — Эффективность антенны как приемника может быть измерена по значению ее эффективной апертуры.

Диаграмма направленности антенны зависит от пространственных координат. Однако для антенн в системах беспроводной связи диаграмма направленности определяется в дальней зоне, что делает ее независимой от расстояния до антенны. Обычно для представления диаграммы направленности антенны используется сферическая система координат. Антенна считается источником или точкой источника диаграммы направленности антенны. Излучение от антенны построено как функция радиального расстояния и углового положения от антенны.

Диаграммы мощности и амплитудные диаграммы поля

График излучений на постоянном радиальном расстоянии или радиусе от антенны, расположенной в исходной точке, называется диаграммой мощности, тогда как пространственное распределение электрического и магнитного полей вдоль постоянного радиуса формирует картина амплитудного поля. Обычно характеристики мощности графически представляются как функция квадрата электрического и магнитного полей, а картины поля представляются как функция электрического и магнитного полей. Как в силовых, так и в полевых схемах поля изображаются как функция углового пространства в логарифмическом масштабе.

Типы диаграмм направленности антенны

Диаграмма направленности антенны представляет собой трехмерный график, а двумерные сечения можно получить, разделив трехмерный график на горизонтальную и вертикальную плоскости. Полученные узоры называются горизонтальными узорами и вертикальными узорами соответственно. Некоторые распространенные диаграммы направленности антенны:

  • Ненаправленные узоры или всенаправленные узоры — В 3D-виде всенаправленный узор образует форму пончика. В 2D это фигура восьмерки. Это излучение похоже на изотропную диаграмму направленности, которая является опорной точкой диаграммы направленности антенны. Этот шаблон равномерно распределен в заданной плоскости, что дает ему преимущество большой зоны покрытия.

  • Веерные лучи — Напоминает форму веера. Этот шаблон обычно используется в оборонных радарах, морских навигационных радарах, а также радарах дальнего и сверхдальнего действия.

  • Карандашно-лучевые узоры — Напоминает остронаправленный карандашный узор. Если вам нужны остронаправленные антенны, выберите остронаправленные диаграммы направленности.

  • Фасонные диаграммы направленности — Любая диаграмма направленности антенны, которая не имеет диаграммы направленности и неравномерна, подпадает под криволинейную диаграмму направленности. Антенна с формованным лучом — это классический выбор диаграммы направленности антенны, когда антенна освещает выбранную географическую область.

Характеристики антенны можно определить по диаграмме направленности антенны. Интерпретируя параметры антенны по диаграмме направленности, инженеры имеют возможность модифицировать или изменить конструкцию антенны и сделать ее пригодной для любого заданного приложения с точки зрения параметров антенны, таких как напряженность поля, направленность, эффективность излучения и т.