Реферат: Расчет напряженности поля радиотелецентров

Наглядное представление о распределении энергии волн дает амплитудная характеристика направленности, определяемая зависимостью амплитуды напряженности создаваемого антенной поля (или величины, ей пропорциональной) от направления в пространстве. Направление определяется азимутальным (j) и меридиональным (q) углами сферической системы координат, как это показано на рис. 3. При этом поле измеряется на одном и том же (достаточно большом) расстоянии r от антенны и предполагается, что потери в среде отсутствуют. Графическое изображение характеристики направленности называют “диаграммой направленности”.

Пространственная диаграмма направленности изображается в виде поверхности f(j,q). Построение такой диаграммы неудобно. Поэтому на практике обычно строят диаграммы направленности в какой-нибудь одной плоскости, в которой она изображается плоской кривой f(j) или f(q) в полярной или декартовой системе координат.

Пространственная диаграмма направленности, у которой максимальное значение равно единице, называется нормированной диаграммой и обозначается как F(j,q). Она легко получается из ненормированной диаграммы путем деления всех ее значений на максимальное:

                                      F(j,q) = f(j,q)/fmax(j,q).                     (1.12)

Простейший излучатель в виде элементарного диполя имеет тороидальную диаграмму направленности, показанную на рис. 4 в полярных координатах и выражаемую уравнением

                                       Е = Е0 sin q,                                     (1.13)

где Е0 - напряженность поля в направлении максимума (т.е. при q = 90о); q - угол, отсчитываемый от оси диполя.

На рис. 5, а показан пример игольчатой диаграммы. Основное излучение антенны с такой диаграммой направленности сконцентрировано в пределах небольшого телесного угла.

На рис. 5, б показан пример диаграммы направленности специальной формы, определяемой в вертикальной плоскости уравнением

                               Е = Е0 cosec q,                                                            (1.13)

где Е0 - коэффициент пропорциональности; q - угол в вертикальной плоскости, отсчитываемый относительно горизонта. Такие диаграммы желательно иметь в некоторых типах радиолокационных станций, например в самолетных радиолокаторах наземных объектов. При отражении от таких объектов, находящихся от поверхности земли на различных расстояниях от самолета в пределах радиуса действия радиолокатора, уровень отраженного сигнала на входе приемника будет сохраняться неизменным.

Направленное действие антенны часто оценивают по углу раствора диаграммы направленности, который также называют шириной диаграммы. Под шириной 2q0,5 диаграммы (главного лепестка) подразумевают угол между направлениями, вдоль которых напряженность поля уменьшается в  раз, по сравнению с напряженностью поля в направлении максимума излучения, а поток мощности соответственно уменьшается вдвое. В некоторых случаях под шириной 2q0 подразумевают угол между направлениями (ближайшими  к направлению максимума), вдоль которых напряженность поля равна нулю.

Для сравнения между собой направленных антенн вводят параметр, называемый коэффициентом направленного действия (КНД). Коэффициент направленного действия – число, показывающее, во сколько раз пришлось бы увеличить мощность излучения антенны при переходе от направленной антенны к ненаправленной при условии сохранения одинаковой напряженности поля в месте приема (при прочих равных условиях):

                                       ,                              (1.14)

где  – мощность излучения ненаправленной антенны;  – мощность излучения направленной антенны.

Коэффициент направленного действия в направлении максимального излучения для реальных антенн достигает значений от единиц до многих тысяч. Он показывает тот выигрыш в мощности, который можно получить за счет использования направленного действия антенны, но он не учитывает возможных потерь в направленной антенне.

Для суждения о выигрыше, даваемом антенной, при учете как ее направленного действия, так и потерь в ней служит параметр, называемый коэффициентом усиления антенны. Он равен произведению КНД на к.п.д.:

                                          .                                 (1.15)

Учитывая (1.12), получаем

                                       .                       (1.16)

Таким образом, коэффициент усиления показывает, во сколько раз нужно уменьшить (или увеличить) мощность, подводимую к направленной антенне, по сравнению с мощностью, подводимой к идеальной ненаправленной антенне без потерь, для того чтобы получить одинаковую напряженность поля в рассматриваемом направлении. Если не делается специальных оговорок, то под коэффициентом усиления (так же, как и под коэффициентом направленного действия) подразумевается его максимальное значение, соответствующее направлению максимума диаграммы направленности.

Расчеты действующих значений напряженности выполняются по методике [2] при задании излучаемых мощностей, КНД и нормированных ДН передающих антенн в вертикальной и азимутальной плоскостях. При этом учитываются уровни боковых лепестков ДН, а также рельеф местности и высоты зданий. Напряженность поля в нашей работе рассчитывалась по формуле (1.6), в которую были внесены выше сказанные поправки 

                                                (1.17)

где Р – мощность, Вт; R – расстояние от фазового центра антенны до точки наблюдения с высотой h от основания опоры, м; F(a) – нормированная диаграмма направленности (ДН) в вертикальной плоскости, a = arctg[(H–h)/r] – угол места, r – расстояния от основания опоры до проекции точки наблюдения на уровень h, так что R = r/sin a; F(j) = 1 – нормированная ДН в горизонтальной плоскости.  (Рис. 6.)

Страницы: 1, 2, 3, 4