направленности по мощности, определяемой зависимостью плотности потока мощности от направления в пространстве. Плотность потока мощности представляет собой мощность, проходящую через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны. Поэтому диаграмма направленности по мощности пропорциональна Р(ф, в).

Пространственная диаграмма направленности, у которой максимальное значение равно единице, называется нормированной диаграммой и обозначается как f (Ф, 6). Она легко получается из ненормированной диаграммы делением всех ее значений на максимальное:

(Ф. е) = Дф. е) „акс(ф. 0)-

Понятие о нормированной диаграмме направленности широко используется в теории антенн.

На рис. 3.7-3.9 изображены диаграммы направленности различных типов. Простейший излучатель в виде элементарного диполя имеет тороидальную диаграмму направленности, показанную на рис. 3.7 и выражаемую уравнением

£=£oSine, (3.10)

где Ео - напряженность поля в направлении максимума (т. е. при 6=90°); 6 - угоч, отсчитываемый от оси диполя.

На рис. 3.7,а, б, е изображены пространственная диаграмма направленности и диаграммы в полярных координатах диполя для двух взаимно перпендикулярных плоскостей; на рис. 21,г, д - те же диаграммы в декартовых координатах.

На рис. 3.8 показан пример игольчатой диаграммы. Основное излучение антенны с такой диаграммой направленности сконцентрировано в пределах небольшого телесного угла.

6)~ Ф

Рис. 3.7. Тороидальная диаграмма направленности диполя

Бокобме лепестки

Задтй лепесток

Глабш/й лепесток

Иапрабление гтблвго излечения

Рис. 3.8. ;Игольчатая диаграмма направленности

Рис. 3.9. Веерная диаграмма направленности

Рис. 3.10. Определение ширины диаграммы направленности

На рис. 3.9 показан пример веерной диаграммы направленности. Такая диаграмма сжата в одной плоскости (обычно горизонтальной), а в другой - расширена.

Наряду с амплитудной характеристикой направленности в качестве пара-.метра антенны можно рассматривать фазовую характеристику направленности г]з(ф, 6), под которой подразумевается зависимость фазы поля от направления .в пространстве (на одинаковых расстояниях). Графическое изображение этой зависимости называется фазовой диаграммой направленности антенны.

Направленное действие антенны часто оценивают по углу раствора диаграммы направленности, который также называют шириной диаграммы. Под .шириной 26о,5 диаграммы (главного лепестка) подразумевают угол между направлениями, вдоль которых напряженность поля уменьшается в 2 раз по сравнению с напряженностью поля в направлении максимума излучения (рис. 3.10), а поток мощности соответственно уменьшается в 2 раза.

В некоторых случаях под шириной 26о подразумевают угол между направлениями (ближайшими к направлению максимума), вдоль которых напряженность поля равна нулю.

Антенны, которые должны обладать ненаправленным действием, характеризуются коэффициентом равномерности диаграммы направленности, под которым подразумевается отношение минимального значения напряженности поля к максимальному в пределах диаграммы в данной плоскости.

Величину напряженности поля Е, В/м, создаваемого в направлении наибольшего излучения антенной в неограниченном пространстве, по аналогии с напряженностью поля рассмотренного выше диполя Герца можно определить выражением

~ Г Кг •

где Я - длина волны, м; h - ток у основания антенны, А; Лд - действующая высота антенны, м, представляющая собой параметр, связывающий напряжен-.28

ность электрического поля, боздаваёмого антенной в направлений главного излучения, с током в самой антенне /а; г - расстояние от антенны до точки, в которой определяется напряженность поля Е, м.

По формуле (3.11) можно определить напряженность поля в направлении главного излучения, а затем с помощью нормированной диаграммы направлен-иости перейти к напряженности поля в любом другом направлении.

Для сравнения между собой направленных антенн вводят параметр, называемый коэффициентом направленного действия (КНД), понятие о котором впервые (в 1929 г.) ввел А. А. Пистолькорс. Под этим коэффициентом понимают число D, показывающее, во сколько раз надо увеличить мощность излучения передающей антенны при переходе от направленной антенны к ненаправленной, для того чтобы сохранить неизменной напряженность поля в месте приема:

D = Pj:o/Pj:, (3-12)

где Рдо ~излучения ненаправленной антенны; - мощность излучения направленной антенны. Так как практически все применяемые типы антенн обладают в той или иной мере направленным действием, то за образец ненаправленной антенны принимают воображаемую антенну, излучающую равномерно во все стороны.

Между величинами Z) и Лд существует зависимость

D = 30p2ft2 ?2. (3.13)

Для оценки усиления радиосигнала антенной с учетом ее направленного действия н потерь в ней, служит параметр, называемый коэффициентом усиления антенны G, равный произведению коэффициента направленного действия .антенны на ее КПД:

G = r\D. (3.14)

Поляризация электромагнитного поля. Вопрос о поляризации поля уже был рассмотрен выше. В соответствии с рис. 1.8 отношение малой оси эллипса поляризации к большой называют коэффициентом равномерности (эллиптичности) поляризационной характеристики, а зависимость его от направления относительно антенны - поляризационной диаграммой направленности антенны.

Коэффициент эллиптичности может иметь значения от О до 1. В первом •случае он характеризует поле линейной поляризации, во втором - эллипс обращается в круг н поле называется полем круговой поляризации.

Антенны различаются по своим диапазонным свойствам. Рабочий диапазон волн--это диапазон, в пределах которого антенна сохраняет свои основные параметры (направленное действие, поляризационную характеристику, согла-•сование с фидером) с заданной точностью. Если ширина рабочего диапазона не превосходит нескольких процентов от средней волны диапазона, антенна называется узкодиапазонной; антенны с рабочим диапазоном в несколько десятков процентов и больше называются широкодиапазонными.

Параметры приемных антенн. На зажимах приемной антенны, находящейся в сфере действия электромагнитных волн, возникает некоторая ЭДС. Если к зажимам антенны подключить приемник, в цепи антенны появится ток, который создаст напряжение на входе приемника.