3. Апертурная антенна - устройство, отличающееся тем, что его выход можно представить как некоторую поверхность, через которую проходит весь поток излучаемой (принимаемой) электромагнитной энергии. Эта поверхность называется апертурой или раскрывом. Размеры раскрыва обычно больше длины волны. К апертурным антеннам относятся системы акустического типа - рупоры, антенны оптического типа - .зеркала и линзы, а также антенны поверхностной волны.

9.3. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ 1

И ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕНН

1. Диаграмма направленности (ДН). Под диаграммой направленности будем понимать зависимость амплитуды напряженности электрического поля Е, создаваемого антенной в точке наблюдения, от направления на эту точку .(угловых координах 6, ф) при постоянном расстоянии точки наблюдения до антенны (г= =const). Для наглядности и простоты графического представления ДН чаще всего изображаются в виде двух плоских кривых в полярной системе координат. Одна из этих кривых - диаграмма направленности* в горизонтальной плоскости-представляет собой распределение напряженностей электрического поля излучения на описанной в горизонтальной плоскости вокруг антенны окружности и является функцией угла (азимута) в горизонтальной .плоскости E(f. Другая кривая - диаграмма направленности в вертикальной плоскости-представляет собой распределение напряженностей электрического поля на описанной в вертикальной плоскости вокруг антенны окружности и является функцией угла в вертикальной плоскости (угла места) Е%. На рис. 9.1 при-

%о 0,6 цг 0 0,1 0,6 1,0

Рис. 9.1. Диаграмма направлевноста: а-1ИГ0ЛЬ1Чатая лв горизонтальвой и вертикальной плоскостях; б -веерная в вертикальной плосностн

ведены наиболее распространенные формы диаграмм направленности: игольчатая , которая применяется в радиорелейных линиях, радиолокации, радиоуправлении, и веерная , которая имеет хорошую направленность в горизонтальной плоскости и ма-

лую в вертикальной; это облегчает поиск целей в радиолокационных системах.

2. Ширина главного лепестка. Диаграмма направленности может иметь несколько направлений максимального излучения (несколько лепестков). Один из них, имеющий наибольшую величину, называется главным. Ширина главного лепестка, являющегося рабочим, характеризует ширину диаграммы нашравленности. Ширина главного лепестка определяется как угловая величина 260,5, 2фо,5 ПО точкам половинного (£тах/ У) спадания мощности относительно вершины fmax (см. рис. 9.1,6). У направленных антенн ширина главного лепестКа бывает от иескольких десятков градусов до единиц минут (у радиоастрономических антенн).

3. Эффективная плоиадь {Sg) -число, характеризующее величину площади, через которую приемная антенна собирает энергию: SgKuS, где /Си<;1 - коэффициент использования поверхности раскрыва; 5 - поверхность раскрыва антенны.

4. Коэффициент направленного действия (КНД) - число, определяемое отношением мощностей излучения направленной и ненаправленной антенн, создающих в данном направлении на одном и том же расстоянии одинаковую напряженность поля. Таким образом, КНД показывает, какой энергетический выигрыш дает применение направленной антенны по сравнению с ненаправленной. Обычно КНД определяется в напрадлении максимума диаграммы направленности антенны.

Для вычисления коэффициента направленного действия антенны пользуются формулой:

mR = 4nSg/X%. (9.1)

Оценку величины КНД можно произвести с помощью формулы:

КНДл;41253/Фоео,

где фо и бо - ширина главного лепестка по точкам нулевой мощности.

Иногда вместо КНД удобнее использовать коэффициент усиления (КУ) антенны, который представляет собой произведение КНД на коэффициент полезного действия (КПД) антенны. Так как КПД антенны близок к единице, то без большой ошибки можно считать, что КНД и КУ равны между собой.

5. Поляризационная характеристика - это зависимость амплитуды сигнала в приемной антенне с линейной поляризацией, принимающей электромагнитные волны от рассматриваемой передающей антенны, от угла поворота этой антенны в плоскости, перпендикулярной излучению. Поляризационная характеристика определяется видом поляризации волны. При этом различают линейную, круговую и эллиптическую поляризации.

6. Входное сопротивление антенны (Za) является эквивалентной величиной, определяющей согласование антенны с СВЧ трактом. В общем случае Za=Ra+iXa, где Ra=Rn+Rj: - активная составляющая; Rn - сопротивление потерь, характеризующее теп-

ловые потери; - сопротивление излучения, характеризующее эффект излучения; Ха - реактивная составляющая, характеризующая отражение от антенны. Обычно коэффициент стоячей волны антенны не превышает /Сст1,5. При этом условии Xa<iRa и входное сопротивление антенны примерно равно волновому сопротивлению питающего тракта ZaZ.

7. Коэффициент полезного действия (КПД) определяют отношением излучаемюй мощности к полной мощности, подводимой к антенне РаР+Рп.

г, = -

где Рп - м.ощность тепловых потерь в антенне.

8. Рабочий Диапазон частот антенны ха/рактеризуется интервалом частот от /max ДО /min, В .котором значения всех параметров антенны не выходят за пределы заданных. Чаще всего критерием для определения полосы является входное сопротивление.

9. Характеристики управления лучом антенны вытекают из требований к характеристикам сканирования (сектор обзора, скорость обзора, цепрерывный либо дискретный обвор и т. п.) и характеризуются допустимым изменением КНД в различных режимах работы (обнаружение или сопровождение), временем пере-клкачения от одного луча к другому, временем переключения с передачи на прием. В антенне с механическим сканированием луча заданные характеристики управления лучом определяют необходимые механизмы вращения антенны и не связаны непосредственно с расчетом антенны.

10. Энергетические характеристики включают в себя максимально допустимую, без пробоя либо перегрева антенны, мощность излучения, мощность управления положением луча (при механическом сканировании эта мощность определяется конст-руицией антенны и ее электроприводом, а при электрическом сканировании- затратами мощности на управление фазовращателями в цепи отдельных излучателей антенны).

11. Климатические и механические характеристики определяются условиями применения антенны в зависимости от места их установки - космические корабли, ракеты, самолеты, вертолеты, морские и речные суда, автомашины, станки, наземные РЛС и станции радиолиний, переносные РЛС и станции связи и пр.

12. Эксплуатационные характеристики включают массу, габариты, удобство и простоту обслуживания, периодичность регламентных работ антенн. Требования к ним зависят от назначения СВЧ устройств и условий их применения.

13. Экономические характеристики определяются стоимостью и затратами на эксплуатацию. В зависимости от назначения антенн их стоимость меняется в пределах от единиц рублей для простейшей штырьковой антенны до миллионов рублей для радиоастрономических антенн либо антенн станций слежения за спутниками.