Pokud je anténa směrová, pak je hustota toku výkonu záření takové antény v různých směrech různá. Pouze bodový izotropní zářič je zcela nesměrový a každá skutečná anténa je alespoň do určité míry směrová. Směrové vlastnosti antény se posuzují podle jejích směrových charakteristik a parametrů – šířky vyzařovacího diagramu, směrových koeficientů a zisku antény.

Směrovost antény je závislost intenzity vyzařovacího pole na směru za předpokladu, že toto pole je měřeno ve stejné vzdálenosti od antény.

Síla pole je plně charakterizována amplitudou, fází a polarizací. V tomto ohledu můžeme hovořit o amplitudových, fázových a polarizačních charakteristikách směrovosti. Nejčastěji se používá amplitudová směrová charakteristika; slovo „amplituda“ se v názvu obvykle vynechává. Funkce vyjadřující tuto charakteristiku se nazývá směrová funkce. Graficky znázorněná směrová funkce se nazývá vyzařovací diagram.

Šířka diagramu záření je úhlový sektor, který pokrývá část hlavního laloku diagramu, ve kterém se intenzita pole mění na = 0,707 intenzity pole ve směru maximálního záření. To samozřejmě odpovídá změně výkonu až ( = 0,5 (3 dB). Někdy je šířka vyzařovacího diagramu antény měřena na nulové úrovni (označeno) nebo na úrovni 0,1 (označeno) od maxima.

Směrový koeficient (DC) D je poměr hustoty výkonového toku vyzařovaného danou anténou v určitém směru k hustotě výkonového toku, který by vyzařovala zcela všesměrová anténa v libovolném směru, pokud je celkový vyzařovací výkon obou antén stejné a za předpokladu, že měření jsou provedena ve stejné vzdálenosti od nich. Největší zájem je o směr maximálního vyzařování antény:

Tento koeficient byl poprvé zaveden A. A. Pistolkorsem v roce 1929.

Označme efektivní hodnoty intenzity pole ve vzdálenosti r od dané antény ve směru jejího maximálního vyzařování skrz a ve stejné vzdálenosti od fiktivního všesměrového (izotropního) zářiče přes . Vzhledem k tomu, a

Nyní odvodíme závislost koeficientu D na parametrech vibrátoru s rovnoměrným rozložením proudu. Podle definice se síla záření tohoto vibrátoru musí rovnat výkonu záření izotropního zářiče. Podělením koulí o poloměru r povrchem, tj. , získáme hustotu toku výkonu izotropního emitoru. Zároveň kde.

Tento vztah nám umožňuje psát:

Pro Hertzův dipól je radiační odpor:

ČTĚTE VÍCE
Je možné použít nemrznoucí kapalinu v bimetalových radiátorech?

a proto je jeho směrový koeficient roven:

Zisk antény (GA) G je součin směrového koeficientu a účinnosti antény, tzn.

KU úplněji charakterizuje anténu než LPC, protože faktor D zohledňuje pouze koncentraci energie v určitém směru a další faktor d)A zahrnuje také pokles vyzařování v důsledku ztrát výkonu v anténě.

Směrovost a zisk antény lze měřit v neperech a decibelech.

Předpokládejme, že vyzařovací výkon antény je rovnoměrně rozložen do všech směrů, pak ve směru, kde je hustota výkonového toku maximální, klesne na . Nechť se navíc taková všesměrová anténa stane ideální, to znamená, že v ní nebudou žádné ztráty (účinnost); pak hustota toku radiačního výkonu klesne méně výrazně na hodnotu.

V anténě, která nemá žádné ztráty, se výkon záření rovná příkonu příkonu. Pro skutečnou anténu tedy hustota odpovídá dodávanému výkonu a její účinnost je rovna:

Jinými slovy, směrový koeficient je určen na základě srovnání dané antény s všesměrovou anténou, která má stejné ztráty jako daná směrová anténa, tedy poměr, a zisk je určen na základě srovnání s všesměrovou anténou. který nemá žádné ztráty, tedy poměr .

Protože neexistují absolutně všesměrové zářiče, zisk antény se často určuje porovnáním se symetrickým vibrátorem délky .

Vyzařovaný výkon Ри – síla elektromagnetických vln vyzařovaných anténou do volného prostoru. Jedná se o aktivní výkon, protože je rozptýlen v prostoru kolem antény. Vyzařovaný výkon lze proto vyjádřit aktivním odporem, nazývaným radiační odpor Rи:

kde jáа — efektivní proud na vstupu antény.

Radiační odpor charakterizuje schopnost antény vysílat elektromagnetickou energii a charakterizuje kvalitu antény ve větší míře než výkon, který vyzařuje, protože ten závisí nejen na vlastnostech antény, ale také na proudu v ní vytvořeném.

Ztráta moci Рп – výkon zbytečně ztracený vysílačem při průchodu proudu dráty antény, v zemi a předmětech umístěných v blízkosti antény. Tento výkon je také aktivní a může být vyjádřen aktivním odporem nazývaným ztrátový odpor:

Napájení antény Ра energii dodávanou do antény z vysílače. Tento výkon může být reprezentován jako součet vyzářeného výkonu a ztraceného výkonu:

Účinnost antény (efektivita)nás η – poměr vyzářeného výkonu k výkonu dodávanému anténě:

ČTĚTE VÍCE
Jak ošetřit dlažební desky, aby tráva nerostla?

Vstupní impedance antény — odpor na vstupních svorkách antény. Má reaktivní a aktivní složky. Při naladění na rezonanci představuje anténa pro generátor čistě aktivní zátěž a využívá se nejefektivněji.

Směrovost antény – schopnost vyzařovat elektromagnetické vlny v určitých směrech. Tato vlastnost antény se posuzuje podle vyzařovacího diagramu, který graficky znázorňuje závislost intenzity pole nebo vyzařovaného výkonu na směru. V praxi využívají normalizované vyzařovací diagramy, kdy veličiny charakterizující intenzitu pole nebo výkon záření nejsou vyjádřeny v absolutních hodnotách, ale jsou vztaženy k maximální hodnotě. Pro jednoduchost obvykle nepoužívají prostorový vyzařovací diagram, ale omezují se na vyzařovací diagramy ve dvou rovinách: horizontální a vertikální.

Na Obr. 1.4 a ukazuje vyzařovací diagram symetrického vertikálního vibrátoru v horizontální rovině,

a na Obr. 1.4 b a c – ve vertikální rovině v polárních a pravoúhlých souřadnicových systémech, resp.

Šířkou vyzařovacího diagramu je úhel 2Θ (viz obr. 1.4, b a c), v jehož rámci se výkon záření snižuje maximálně 2krát ve srovnání s výkonem ve směru maximálního záření. Protože výkon je úměrný druhé mocnině intenzity pole, jsou hranice úhlu otevření vyzařovacího diagramu určeny hodnotou intenzity pole ve směru maximálního záření.

Směrový koeficient D je poměr hustoty výkonového toku vyzařovaného danou anténou v určitém směru k celkové hustotě vyzářeného výkonového toku v obou anténách. Největší zájem je o směrový koeficient D ve směru maximálního záření:

Zisk antény Ga– nazývá se součin směrového koeficientu antény a její účinnosti, tzn.

Tento koeficient dává úplnou charakteristiku antény: bere v úvahu na jedné straně koncentraci energie v určitém směru v důsledku směrových vlastností antény a na druhé straně snížení záření v důsledku výkonu ztráty v anténě.

Preferenční vyzařování antén v daném směru je ekvivalentní zvýšení výkonu vysílače. Proto je směrovost vysílací antény vysoce žádoucí. Výjimkou jsou antény radiostanic určených k obsluze konkrétní oblasti, v jejímž středu se stanice nachází. Takové antény by neměly mít směrovost v horizontální rovině.

Efektivní výška antény Aд. Množství energie vyzařované každým prvkem antény je úměrné proudu, který jím prochází. Vzhledem k tomu, že rozložení proudu v anténě je nerovnoměrné, vyzařování z různých prvků není stejné: je nejintenzivnější na proudovém antiuzlu a je rovno nule na proudovém uzlu (obr. 1.5).

ČTĚTE VÍCE
Jak odstranit houbu ve stropě koupelny pomocí lidových prostředků?

Pokud je plocha pokrytá křivkou rozložení proudu a drát antény nahrazeny obdélníkem o stejné ploše, pak se množství emitované energie nezmění. Za předpokladu, že základna obdélníku je rovna velikosti amplitudy proudu na základně antény Imůj, získáme výšku obdélníku, nazývanou efektivní výška antény ().

Rýže. 1.5 Pro určení efektivní výšky antény Obr. 1.6 Rozložení proudu v anténách tvaru G a T

Koncept efektivní výšky je zvláště důležitý pro přijímací antény, pro které určuje velikost EMF indukovaného v nich:

kde Ε je intenzita pole. Za účelem zvýšení Aдsnažte se, pokud je to možné, zajistit rovnoměrnější rozložení proudu podél vertikální části antény. Toho je dosaženo přidáním vodorovných vodičů k vertikálnímu vodiči, takzvaných „kapacitních uzávěrů“ Na obr. 1.6, aab ukazuje rozložení proudu v anténách tvaru L a T, v tomto pořadí.

Antény pro metrové, decimetrové a centimetrové vlny

Dosah metrových (a v budoucnu i decimetrových) vln se využívá zejména pro televizní, rozhlasové vysílání a FM rádiovou komunikaci s pohybujícími se objekty. Rozsah centimetrových vln je vyhrazen pro různé typy vícekanálových komunikací. Antény uvedených rozsahů lze rozdělit do dvou skupin: vibrační a povrchové. První skupina zahrnuje jednotlivé vibrátory a antény skládající se z řady vibrátorů. Do druhé skupiny patří zejména klaksonové a reflektorové antény.

Televizní vysílací antény musí poskytovat co největší obslužnou oblast, protože ve většině případů je televizní centrum umístěno blízko středu obsluhované oblasti, vyzařovací diagram vysílací antény v horizontální rovině musí být kruhový. Pro snížení zbytečného vyzařování signálu do horního poloprostoru ve vertikální rovině je žádoucí koncentrovat záření ve směru horizontu. Kromě toho musí vysílací anténa poskytovat široké pásmo asi 8 MHz.

Přijímací televizní anténa na rozdíl od vysílací musí mít směrové vlastnosti pro potlačení případného rušení ze směrů, které se neshodují se směrem televizního centra, a zejména pro potlačení signálů z blízkých budov a jiných překážek. Příjem zpožděných signálů vede k obrazům s více obrysy.

Nejrozšířenější přijímací anténou je typ „wave channel“ (obrázek 1.7). Aktivní vibrátor 1 antény je proveden ve formě symetrického nebo častěji smyčkového. Z tohoto vibrátoru je redukční kabel přiveden k televiznímu přijímači. Za vibrátorem 1 je pasivní vibrátor (reflektor) 2, jehož délka je o něco delší než aktivní, a před aktivním je umístěn jeden nebo více pasivních vibrátorů (direktory) 3 s délkou o něco kratší než je aktivní vibrátor.

ČTĚTE VÍCE
V jaké vzdálenosti od plynového potrubí můžete postavit kůlnu?

Rýže. 1.7 vlnová kanálová anténa

V rozsahu decimetrových a centimetrových vln je hojně využívána anténa v podobě houkačky. Nejjednodušší rohová anténa je otevřený konec obdélníkové nebo kruhové kovové trubky (vlnovodu). Vyzařující část antény se nazývá apertura antény. Vlnovodný otvor lze považovat za multivibrační anténu tvořenou velkým počtem elementárních zářičů. Ale taková anténa má nevýhody. Náhlá změna podmínek šíření na otevřeném konci vlnovodu má za následek významný odraz. V otvoru se navíc emitované vlny ohýbají kolem okrajů konce vlnovodu, což zhoršuje směrové vlastnosti antény. Pro snížení odrazů a zlepšení směrových vlastností je konec vlnovodu proveden ve formě trychtýře (obr. 1.8).

Směrovost antény klaksonu se zvyšuje s rostoucí plochou otvoru klaksonu. Horny se zřídka používají jako nezávislé antény, ale často jsou součástí návrhu mnoha složitějších antén.

Rýže. 1.8. Klaksónová anténa

Rýže. 1.9. Parabolická reflektorová anténa

Jednou z takových antén je zrcadlová parabolická reflektorová anténa (obr. 1.9). V této anténě nehraje roli reflektoru pasivní vibrátor, ale kovové zrcadlo ve tvaru rotačního paraboloidu nebo parabolického válce.

V ohnisku paraboloidu 1 je upevněna parabolická anténa pomocí vlnovodu 2 a napájecího zdroje 3 ve formě rohové antény. Paraboloid má tu vlastnost, že délka dráhy paprsku z ohniska O do určité roviny kolmé na parabolu je stejná. Proto budou mít paprsky OAB, OSE a další stejnou fázi v rovině výstupního otvoru paraboloidu a vpravo. Průměr otvoru paraboloidu se volí řádově (10)λ, ohnisková vzdálenost je 40. průměr 0,35. V tomto případě anténa vysílá téměř paralelní svazek paprsků. Koeficient primární akce takových antén je velmi vysoký a dosahuje 0,4 10 .