Antena, jako czarna
skrzynka

Jedno z trzech spojrzeń na

antenę, którymi Autor chce się

podzielić

ze słuchaczami.

©Piotr Dębicki,
2009

Pozostałe to:

Antena jako transformator

Antena jako promiennik

Antena jako czarna skrzynka

sprzęgająca energię w torze

zasilającym z falą lokalnie płaską w

strefie dalekiej

Od jakiej długości

wydłużonego

przewodu

wewnętrznego

można mówić o

antenie?

Dopasowa

nie

:

Miern

e

Dobre

Doskon

ałe

Najleps

ze

WFS

3.00

2.00

1.92

1.50

1.22

|Γ|= |S

11

|

0.50

0.33

0.32

0.2

0.1

20log|Γ|

[dB]

-6.0

-9.5

-10.0

-14.0

-20.0

|Γ|

2

=Γ

p

[%]

25.0

11.1

10.0

4.0

1.0

(1-Γ

p

) [dB]

-1.25

-0.511

-0.458

-0.177

-0.043

Tab.1. DOPASOWANIE

ANTENY

Voltage Standing

Wave Ratio

VSWR

Reflection
Coefficient

Retrurn
Loss

Power Reflection

Coefficient [%]

Mismatch Loss

Pasmo pracy
anteny

Określenie pasma pracy anteny jest zależne

od spełnienia określonych oczekiwań przez

szereg parametrów

Δf = B = f

G

– f

D

f

C

= 0.5( f

G

+

f

D

)

f

C

= ( f

G

∙ f

D

)

0.5

Częstotliwość środkowa

Arytmetyczna

Geometryczna

D

G

D

G

C

D

G

C

C

u

f

f

f

f

f

f

f

f

B

f

f

f



















2

Względna szerokość pasma

(fractional bandwidth)

D

G

D

G

C

D

G

C

C

u

f

f

f

f

f

f

f

f

B

f

f

f

















Arytmetycz
na

Geometrycz
na

Δf

u

[%] = 100%∙Δf / f

C

str

prom

A

R

R

R





str

prom

prom

A

prom

R

R

R

R

R













2



r

A

str

prom

A

jX

R

R

Z







Schemat zastępczy anteny nadawczej

Sprawność
anteny:

Rezystancja
anteny:

Strefa bliska
anteny:

Impedancja
anteny:

Zasada Wzajemności:

W teorii anten dotyczy
a) impedancji anteny
b) charakterystyki
promieniowania

Zapamiętaj:

Impedancja wejściowa anteny

nadawczej Z

A

, określona na

odpowiednio zdefiniowanych zaciskach

anteny

jest identyczna z impedancją tej

samej lub takiej samej anteny

pracującej jako antena odbiorcza, jeśli

zaciski (płaszczyzny odniesienia)

zostały tak samo dobrane.

Schemat zastępczy anteny odbiorczej

Zakładamy, że:

• impedancja wejściowa
odbiornika jest rzeczywista: Z

ODB

= R

ODB

,

• antena jest w rezonansie, tzn.,
jX

A

= 0,

• antena jest bezstratna, tzn., jej
sprawność wynosi 100%.





2



r



2

2L

r 

r = f(θ,
φ)













M

M

E

E

f













,

,

,

max















M

M

S

S













,

,

,

F

max



Zapamiętaj:
Charakterystyka promieniowania jest to

znormalizowany rozkład pola f(θ, φ) lub mocy F(θ,
φ) (lub innego parametru) na powierzchni sfery w
strefie dalekiej i najczęściej ilustrowany jest
odpowiednio dobranymi przekrojami powierzchni
r = f(θ, φ) lub r = F(θ, φ). Wartości funkcji f i F są
zawarte pomiędzy 0 i 1, lub w mierze
logarytmicznej od –∞ dB do 0 dB.

Charakterystyka promieniowania







 















,

F

,

,

max

M

M

S

S





 



1

,

f

,

F













2

0

π

4 r

P

S

prom



 

sr

W

P

U

prom

π

4

0















M

M

S

S













,

,

,

F

max



 

Powierzchniowa i kątowa gęstość

mocy,

antena izotropowa

(1.8)

(1.9)

(1.10)

(1.11)

(1.12)

1-sza
definicja:

Kątowa gęstość
mocy:





















M

M

M

M

U

U

S

S





















,

,

,

,

,

F

max

max





2

0

0

r

S

U 









2

.

,

,

r

S

U











(1.13)

(1.14)

(1.15)

Moc promieniowana przez antenę















 

d

d

r

S

SdA

P

A

prom











sin

.

,

2

2

0 0















 

d

d

U

UdΩ

P

Ω

prom











sin

,

2

0 0

(1.16)

(1.17)

2-ga
definicja:

Zysk kierunkowy

(kierunkowość)









0

,

,

U

U

D



















prom

P

U

D











,

4

,



































 

d

d

U

U

D







sin

,

,

4

,

2

0 0

































 

d

d

D







sin

,

F

,

F

4

,

2

0 0

















 

d

d

D







sin

,

F

4

2

0 0

max

B

D







4

max

dB

dB

B

3

3









dB

dB

D

3

3

max

4





















dB

dB

dB

dB

D

3

3

3

3

2

max

41253

/

180

4





















dB

dB

D

3

3

max

32400







(1.19

)

(1.20

)

(1.21

)

(1.22

)

(1.23

)

(1.24

)

(1.25

)

(1.26

)

(1.28

)

(1.27)





























M

M

M

M

M

M

D

D

U

U

S

S





























,

,

,

,

,

,

,

F

max

max

max















dost

P

U

G











,

4

,



D

G

P

P

R

R

R

R

R

dost

prom

str

prom

prom

A

prom













Zysk energetyczny (zysk)

Sprawność anteny – drugie

podejście

(1.30

)

(1.31

)

(1.29

)

3-cia
definicja:

 

 





 





 





 





M

M

M

M

M

M

M

M

G

G

D

D

U

U

S

S





































,

,

,

,

,

,

,

,

,

F

max

max

max

max









4-ta
definicja:

(1.35

)

















,

,

'

'

S

P

A

odb













pol

odb

L

S

A

P









,

,

'

'





2

1

2

)

1

(

)

2

(

.

4 r

G

A

P

P

dost

odb





2

1

2

)

1

(

)

2

(

.

4 r

G

A

P

P

dost

odb





)

1

(

)

2

(

)

2

(

)

1

(

dost

odb

dost

odb

P

P

P

P



1

1

2

2

G

A

G

A



Apertura anteny

(1.36

)

(1.37

)

(1.33

)

(1.39

)

(1.38

)

(1.40

)

(1.41

)





4

2

G

A

fizyczna

skuteczna

WA

A

A

W 

2

4





A

G 

5-ta i ostatnia
definicja F:

Apertura anteny

(1.42

)

(1.44

)

(1.43

)

(1.46

)

(1.47

)

Równanie zasięgu

Temperatura szumów anteny

B

kT

P

sz

dysp

0





Temperatura szumów anteny

Temperatura szumów anteny

Jaka jest temperatura
T

A

?

Temperatura szumów anteny





x

L

T

T

.

1

2







cx

c

cx

c

Z

Z

Z

Z









0

0

T

L

= Є T

x

Temperatura

szumów anteny

Jeśli dla anteny nadawczej, u

1

oznacza część

kątowej gęstości zabsorbowanej przez ciało o
temperaturze T

L1

, u

2

oznacza część kątowej

gęstości

zabsorbowanej

przez

ciało

o temperaturze T

L2

, u

3

oznacza część kątowej

gęstości

zabsorbowanej

przez

ciało

o

temperaturze T

L3

, itd., to po przełączeniu tej

anteny na odbiór, temperatura szumów tej
anteny

T

A

,

określona

na

rezystancji

promieniowania, wyniesie:

.

(1.55)

Oczywiście musi być spełniony warunek: .

Temperatura szumów anteny











3

3

2

2

1

1

.

.

.

L

L

L

A

T

u

T

u

T

u

T

1





i

i

u

Temperatura szumów anteny



 



















 

d

d

sin

,

,

F

4

2

0 0

max









L

A

T

D

T

prom

str

prom

A

str

sz

dysp

R

R

R

T

R

T

kB

P









0























1

0

0

T

T

R

R

R

T

R

T

T

A

prom

str

str

prom

A

suma

sz

Dyspersja

Stożkowa

logarytmiczna antena

spiralna

na pasmo 1 – 11 GHz.

Nadano sygnał ok. 1

ns (pasmo 1.5 – 6

GHz). Główny

odebrany impuls do

ok. 2 ns oraz pogłos

trwający następne 2

ns.

Antena planarna

eliptyczna

na pasmo 1.5 – 6 GHz.

Stała długość impulsu

przy transmisji,

bardzo nieduży pogłos.

Zmiana położenia

środka fazowego w

funkcji f

Położenie środka

fazowego stałe