DSC03949

144 WSTĘP DO TECHNIKI ANTENOWEJ

£^-cosQsia²dl_z.₌

O*—

it D³ 12 fl|| “ A. 8r* 3

Epl|§fpi

12^/F UW 8

(7.66)

co ostatecznie daje

r ^ 0,62

(7.67)

Dla r spełniających tę nierówność wartość błędu powstała na skutek pominięcia czwartego wyrazu rozwinięcia (7.47) jest mniejsza od tc/8 radiana. Wartości r spełniające nierówność i mniejsze od wyznaczonych z warunków (7.61 -r 63) określają obszar strefy pośredniej (Fresnela). Wartości r mniejsze od prawej strony nierówności (7.67) określają obszar należący do strefy indukcji. W literaturze można spotkać się z nieco innymi kryteriami podziału stref wokół anteny, lecz przedstawione należą do najczęściej używanych w praktyce.

7.4. Parametry anten

7.4.1. Charakterystyka promieniowania

Każde źródło fal elektromagnetycznych wysyła więcej energii w jednych kierunkach, a mniej w innych. Charakterystyka promieniowania jest graficznym odzwierciedleniem zdolności promieniowania energii przez antenę w różnych kierunkach. Jest ona definiowana jako rozkład pola elektrycznego na powierzchni kuli o bardzo dużym promieniu (strefa promieniowania), której środek pokrywa się ze środkiem badanej anteny. Dzięki temu charakterystyka nie zależy od odległości od anteny, a tylko od kątów <{> i 0. Charakterystyka promieniowania jest trójwymiarowa i może być zobrazowana za pomocą odwzorowań typowych dla kartografii. Zwykle przedstawia się ją w jednej lub dwóch odpowiednio dobranych płaszczyznach w układzie współrzędnych biegunowych (rzadziej prostokątnych). Charakterystyka odzwierciedla zarówno amplitudę pola elektrycznego wytwarzaną w danym kierunku, jak i jego fazę, choć w większości przypadków charakterystyki fazowe nie są prezentowane w katalogach.

Natężenie pola elektrycznego określamy w V/m. Mierząc charakterystykę w strefie dalekiej otrzymamy różne bezwzględne wartości pola w zależności od odległości od anteny. Otrzymane charakterystyki różnych anten trudno byłoby porównać ze sobą, gdyby wyrażono je bezpośrednio w V/m. Aby otrzymywane wyniki były porównywalne (wszak charakterystyka nie zależy od r), stosujemy unormowaną (znormalizowaną) charakterystyką promieniowania, którą dostajemy po podzieleniu wyników pomiaru przez największą wartość natężenia pola elektrycznego:

(7.68)

(dla uproszczenia zapisu nie podkreślamy F, choć jest to w ogólności liczba zespolona). Otrzymane w ten sposób wartości (moduł) zawierają się między 0 a 1. Dla wygody projektantów wartości charakterystyki są praktycznie zawsze określane w dB. Czasami spotyka się definicję charakterystyki promieniowania opartą na powierzchniowej gęstości mocy (składowa radialna wektora Poyntinga wynosi 1/2EqH^ = |Eq|^{1 2}/(240tc)). Charakterystyka zdefiniowana za pomocą powierzchniowej gęstości mocy wynosi

P(0,|F(0. ^)p (7.69)

Jeśli tak zdefiniowaną charakterystykę wyrazi się w dB, to jest ona identyczna z charakterystyką definiowaną na podstawie natężenie pola.

Każda antena zorientowana względem powierzchni ziemi wytwarza charakterystykę w płaszczyźnie poziomej (ziemi) i pionowej. Nie jest to, niestety, jednoznaczny sposób określania charakterystyk. Po obrocie anteny o pewien kąt charakterystyka w płaszczyźnie pionowej może się stać charakterystyką w płaszczyźnie poziomej. Aby uniknąć tego typu pomyłek, należy w katalogu zawsze sprawdzić sposób mocowania anteny na maszcie względem powierzchni ziemi. Lepszym sposobem określenia charakterystyk jest ich przedstawienie w tzw. płaszczyźnie E i płaszczyźnie H. Charakterystyką w płaszczyźnie E nazywamy charakterystykę zdjętą w płaszczyźnie zawierającej wektor E (równoległej do niego) i zawierającej środek anteny. Dla naszego źródła liniowego umieszczonego wzdłuż osi z pole elektryczne ma w strefie dalekiej tylko składową Eo- Tak więc każda płaszczyzna przechodząca przez oś z zawiera wektor E (np. zx lub zy). Widać w tym konkretnym przykładzie brak zależności od kąta $. Charakterystyka w płaszczyźnie H jest zdjęta w płaszczyźnie zawierającej wektor H, czyli w przypadku źródła liniowego jest to płaszczyzna xy. Charakterystyki promieniowania dipola idealnego przedstawiono na rys. 7.10ab, a wersję trójwymiarową na rys. 7.10c. Znormalizowana charakterystyka promieniowania dla dipola idealnego wynosi (wzór 7.37)

F(0) =

(IAz/4tc) jcop (e ^jPr/r) sin0 (IAz/4tc) jcoji (e^-jP7r)

(7.70)

Drugi czynnik w podanym wzorze jest funkcją próbkującą Sa(x) = sin(x)/x, z którą będziemy się jeszcze spotykać w przyszłości. Funkcja próbkująca ma maksimum dla x = 0, co odpowiada 0 = 90° lub x = (PL/2) cos0.

W ogólności znormalizowana charakterystyka promieniowania może być zapisana jako następujący iloczyn:

F(0,<|>) = g(0,<|>)f(0,(j>) ,j. (7.72)

10 — Fale i anteny...

F(0) = sin0

sin [(PL/2) cos0] (PL/2) cos0

(7.71)

jest to oczywiście charakterystyka w płaszczyźnie E (brak zależności od

<|> — charakterystyka dookólna w płaszczyźnie H). Charakterystyka w płaszczyźnie E dla źródła liniowego o długości L wynosi [9]