Антенны и устройства СВЧ

1.

Рязанский государственный радиотехнический университет
Кафедра Радиоуправления и связи
АНТЕННЫ
И
УСТРОЙСТВА СВЧ
Преподаватель:
доцент кафедры РУС
Львова Ирина Александровна

ОСНОВЫ ТЕОРИИ АНТЕНН
1. ПОЛЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ПРОИЗВОЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ТОКОВ.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АНТЕНН В РЕЖИМЕ ПЕРЕДАЧИ
( x0 , y0 , z 0 ),
- единичные орты
(r0 , 0 , 0 ) соответствующих систем.
Модель антенны в диф. форме:
rotH j a E.
rotE м j a H .
Рис.1.1. Произвольная излучающая система
(1.1)
Решение системы (1.1):
1
H rot j a м
grad div м .
j a
(1.2)
1
E rot м j a
grad div .
j a
Подставляя (1.2) в (1.1) получаем общее решение:
7

8.

jkR
1 e
dV ;
4 V R
(1.3)
jkR
1 e
м
м
dV .
4 V
R
R – расстояние от точки с током с координатой до точки наблюдения М;
k 2 / - волновое число;
λ - длина волны в свободном пространстве.
Зона Фроунгофера (зона излучения):
z
r , r 2amax
M
r
r0
V
2amax - наибольший размер антенны.
R
Для точки, находящейся в зоне излучения:
y
x
Рис.1.2. К выводу напряженности поля
в зоне излучения
e jkr jk ( r 0 )
e
dV ;
4 r V
jkr
jk ( r 0 )
e
м
мe
dV .
4 r V
(1.4)
8

9.

Основная математическая модель антенны в интегральной форме:
e jkr
E j
W0 F (r0 ),
2r
jk ( r 0 )
где F (r0 ) эм e
dV
(1.5)
(1.5 а)
V
- векторный множитель зависимости напряженности поля от угловых координат;
эм [([ r0 ] м / W0 )r0 ]
W0 120
(1.5 б)
– волновое сопротивление свободного пространства.
9

10.

Компоненты электромагнитного поля :
jkr
e
E ( E 0 ) j
W0 F ;
2r
1
F [( 0 )
( м 0 )]e jk ( r0 ) dV ;
W0
V
e jkr
E ( E 0 ) j
W0 F ;
2r
(1.6 а)
1
jk ( r0 )
F [( 0 )
( м 0 )]e
dV ;
W0
V
Er 0;
E
W0 ;
H
E
W0 ;
H
H r 0.
(1.6 б)
10

11.

12.

1.1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ
1
.
1. Амплитуда электромагнитного поля в зависимости от расстояния убывает как
r
2. Поле носит поперечный характер (рис. 1.3): Er H r 0.
3. В зоне излучения векторы E и H синфазны во времени
и ортогональны в пространстве ( E H ).
Условие ортогональности легко устанавливается, если записать скалярное
произведение:
E E E E
( E H ) E H E H
0
W0
W0
Плоскость поляризации
z
M
E
V
r0
r0
H
y
x
Рис.1.3. Ориентация поля в зоне излучения
12

13.

1.2 ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ
Рис.1.4. Поляризационный эллипс
1. Коэффициент поляризации электромагнитного поля æ,
a
который определяется отношением малой оси эллипса к большой, т.е. æ 1 ;
a2
2. Ориентация эллипса в пространстве – угол (рис. 1.4);
( )
3. Направление вращения результирующего вектора – правовинтовое E
и левовинтовое направление вращения E ( ) .
Зависимость коэффициента поляризации от угловых координат æ ( , )
- поляризационная характеристика антенны.
13

14.

1. Линейно поляризованное поле:
æ=0: arg E arg E , - условие синфазности компонент поля.
2. Поле с круговой поляризацией:
æ=1:
E E ,
arg E arg E / 2.
Напряженность электрического поля с учетом вектора поляризации:
e jkr
Е j
W0 F ( r0 ) p0 ( r0 ). (1.7)
2 r
14

15.

1.3 ХАРАКТЕРИСТИКА НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ
jk ( r 0 )
F (r0 ) эм e
dV F (r0 ) p0 (r0 ). (1.9)
V
Амплитудная характеристика направленности
F ( r0 )
F
2
F
2
(1.10)
arg
F
(
r
Фазовая характеристика направленности
0 ).
F (r0 ) Fосн (r0 ) p00 Fпар (r0 ) p0 n . (1.11) -
для РТС, работающих
на основной поляризации.
z
max
0
F ( , ) и arg F ( , )
2 0
const
0
БЛ
2 -
Главный лепесток
Боковые лепестки
x
Рис.1.5. Типовая амплитудная диаграмма
направленности антенны
ширина ДН по уровню µ.
( 0.707 и 0.5)
F ( б . л )
- относительный
б.л
F ( max )
уровень бокового
излучения.
15

16.

Напряженность поля в направлении максимального излучения:
Напряженность поля :
W0 F (r0 m )
E0 m
,
2 r
W0 F (r0 )
E0
.
2 r
Нормированная характеристика направленности:
F
(
r
E0
0)
Fн ( r0 )
.
F ( r 0 m ) E0 m
E E0 e jkr Fн (r0 ) p0 .
(1.7а)
Нормированная характеристика направленности по мощности:
2
2
F ( r0 ) F ( r0 )
2
Fн. р Fн
.
2
2
F ( r0 m ) F ( r0 m )
(1.12)
16

English Русский Правила