DSC03959

164 WSTĘP DO TECHNIKI ANTENOWEJ

Rys. 1.22. Fala plaska padająca na antenę o aperturze fizycznej A

przestrzeni do linii transmisyjnej. Najbardziej znane anteny tego typu to antena tubowa i antena paraboliczna. Jeśli apertura fizyczna (pole powierzchni) tej anteny wynosi A (rys. 7.22), to zależność między powierzchnią skuteczną i aperturą fizyczną jest następująca:

Ag — vA    (7.144)

Współczynnik v nazywamy współczynnikiem wykorzystania apertury. W ogólności może on przyjmować wartości od 0 do oo (zwróćmy uwagę, że apertura dipola półfalowego jest znacznie większa od jego pola powierzchni), ale dla anten o rozmiarach znacznie większych od długości fali (anteny paraboliczne i tubowe) nie przekracza 1. Oznacza to, że dla tych anten zachodzi często przy optymalnym rozkładzie pola w antenie

Ae»A    (7.145)

oraz przy dopasowaniu polaryzacyjnym i impedancyjnym

v i 1    (7.146)

Na zakończenie należy zauważyć, że choć aperturę można wyznaczyć dla dowolnej anteny, to przyjęło się używać tego parametru tylko w odniesieniu do anten aperturowych.

7.4.7. Polaryzacja anteny

Polaryzację anteny określa polaryzacja wytwarzanej przez nią fali elektromagnetycznej. Zwykle polaryzacja anteny jest taka sama w obrębie wiązki głównej. Wiązki boczne i wsteczne mogą wytwarzać fale o innej polaryzacji. Dlatego w przypadku anten stosowanych w systemach ze zwielokrotnieniem polaryzacyjnym należy oprócz charakterystyki promieniowania dla polaryzacji pożądanej mierzyć charakterystykę dla polaryzacji ortogonalnej (polaryzacje ortogonalne to np. pionowa i pozioma lub kołowa prawoskrętna i lewoskrętna). W przypadku dipola krótkiego należałoby więc zmierzyć charakterystykę dla składowej E₀ (polaryzacja

pożądana) i (polaryzacja ortogonalna). Dobra antena nie powinna nadawać lub odbierać składowych o polaryzacji ortogonalnej (poziom co najmniej 20 dB poniżej maksimum w wiązce głównej). Maksimum mocy wydziela się na obciążeniu anteny wtedy, gdy jej polaryzacja jest dopasowana do polaryzacji padającej na nią fali. W przypadku polaryzacji eliptycznej główne osie elipsy dla fali padającej muszą pokrywać się z osiami fali wytwarzanej przez antenę. Fala o polaryzacji kołowej może być odebrana przez antenę o polaryzacji liniowej, będzie się to jednak wiązać ze spadkiem mocy na zaciskach o 3 dB w porównaniu z anteną przystosowaną do odbioru fal o polaryzacji kołowej. Własności polaryzacyjne anten są czasami określane poprzez podanie współczynnika osiowego polaryzacji AR, który jest definiowany jako stosunek wzajemnie prostopadłych składowych pola elektrycznego. Zawiera się on w przedziale od 1 (polaryzacja kołowa) do oo (polaryzacja liniowa).

7.4.8. Długość skuteczna

Jeśli umieścimy dowolną antenę w jednorodnym polu elektrycznym o natężeniu E i założymy dopasowanie polaryzacyjne anteny do fali, to na jej otwartych zaciskach pojawi się napięcie U,*. równe

Uoc = h_sk|E| . "-ZlJ    (7.147)

Wielkość h_sk nazywamy długością (wysokością) skuteczną anteny. Wyrażamy ją w metrach. Zwróćmy uwagę, że napięcie może być podane jako amplituda lub wartość skuteczna w zależności od sposobu określenia natężenia pola elektrycznego. Długość skuteczna ma swoją interpretację fizyczną w przypadku anten nadawczych. Jeśli mamy antenę liniową o długości L z dowolnym rozkładem prądu, to wytwarza ona w strefie dalekiej pewne pole elektryczne o natężeniu x. Jeśli zastąpimy teraz tę antenę inną anteną z równomiernym rozkładem prądu (dipol idealny) o wartości równej maksimum prądu w badanej antenie i długości h^, to wytworzy ona w tym samym punkcie obserwacji pole elektryczne o identycznym natężeniu x (rys. 7.23).

Chociaż długość skuteczna może być określona dla każdej anteny, to przyjęło się używać tego parametru w odniesieniu do anten liniowych (zarówno nadawczych, jak i odbiorczych). Wtedy długość skuteczną obliczamy z następującego wzoru

hsk

11 (z) | dz o

(7.148)

gdzie I_nlax jest maksymalną wartością prądu w antenie, I(z) rozkładem prądu, a L długością fizyczną anteny. Długość skuteczna dipola półfalowego wynosi A/w. Napięcie indukowane na zaciskach dipola w paśmie fal ultrakrótkich jest niniejsze niż dla dipola półfalowego w paśmie fal krótkich przy tym samym natężeniu pola elektrycznego w punkcie odbioru. Oznacza to konieczność stosowania anten o większym zysku energetycznym dla dużych częstotliwości.