НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ




предыдущая главасодержаниеследующая глава

§ 1.2. Поле излучателя, находящегося в свободном пространстве

Свободное пространство представляет собой однородную непоглощающую среду, для которой относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости равны единице. Реально таких сред не существует, однако выражения, описывающие условия распространения радиоволн в этом простейшем случае, являются фундаментальными. Распространение радиоволн в более сложных случаях характеризуется теми же выражениями с внесением в них множителей, учитывающих влияние конкретных условий распространения. Пусть ненаправленная антенна, т. е. антенна, излучающая равномерно во всех направлениях, расположена в свободном пространстве, для которого ε = 1, μ = 1. Если антенна излучает мощность Р, то на расстоянии r от нее средняя за период плотность потока мощности окажется равной


Направление вектора П‾ совпадает с направлением распространения радиоволны. П‾ является векторным произведением векторов напряженностей электрического E‾0 и магнитного Н‾0 полей, которые взаимно перпендикулярны и изменяются синфазно [1]. Поэтому можно записать


где Е0m и Н0m - амплитудные значения векторов напряженностей электрического и магнитного полей в свободном пространстве.

В СИ электрическая постоянная  
магнитная постоянная μ0 = 4π 10-7 Г/м. На расстоянии r >> λ от антенны величины Е0m и Н0m связаны между собой соотношением


Выражение (1.2) можно переписать в виде


Приравнивая (1.1) и (1.4), находим формулу для определения амплитуды напряженности электрического поля на расстоянии r от ненаправленного излучателя, расположенного в свободном пространстве:


Реальные антенны излучают неравномерно во всех направлениях. Обычно излученная мощность концентрируется в некотором направлении. Степень концентрации мощности, излученной антенной, называют коэффициентом направленного действия (к. н. д.) антенны и обозначают буквой D. Направленная антенна, излучающая мощность Р, создает в направлении максимального излучения на данном расстоянии такую же напряженность поля, как ненаправленная антенна, излучающая мощность PD.

Амплитуда вектора напряженности электрического поля Е0m в направлении максимального излучения реальной антенны равна


Использование направленных антенн позволяет снизить мощность передатчика или получить в  
большую напряженность поля на заданном расстоянии при той же мощности передатчика.

Напряженность поля, создаваемая антенной в других направлениях, характеризуется диаграммой направленности антенны F (ξ, χ) [4]:


где углы ξ, χ отсчитывают от направления максимального излучения антенны в плоскости векторов Е‾ и Н‾ соответственно.

Диаграммы направленности слабо направленной антенны (элементарного вибратора) и остро направленной (параболической) антенны приведены на рис. 1.1, а и б.

Рис. 1.1. Диаграммы направленности элементарного вибратора (1) и параболической антенны (2): а - в плоскости вектора Е; б - в плоскости вектора H
Рис. 1.1. Диаграммы направленности элементарного вибратора (1) и параболической антенны (2): а - в плоскости вектора Е; б - в плоскости вектора H

Амплитуда напряженности электрического поля, создаваемая направленной антенной в произвольном направлении


Мгновенное значение напряженности электрического поля


где k = ω/c = 2π/λ - волновой множитель (λ - длина волны).

Фаза волны (ωt - kr) меняется во времени и пространстве.

Удобно использовать символическую запись:


учитывая, что фактически наблюдаемое поле является вещественной частью этого выражения. Величину


называют комплексной амплитудой волны в свободном пространстве.

Формулы (1.8÷1.11) справедливы для антенн любого типа, если подставить в них соответствующее значение коэффициента направленного действия.

В некоторых случаях определяют не напряженность поля, а мощность Р2 в приемной антенне, которая равна произведению плотности потока мощности П вблизи антенны на эффективную площадь Aэфф антенны, т. е. площадь фронта проходящей электромагнитной волны, из которой антенна как бы поглощает мощность [4]:

P2 = П Aэфф. (1.12)

Эффективная площадь антенны связана с коэффициентом направленного действия антенны соотношением


Плотность потока мощности вблизи приемной антенны определяется через мощность, излучаемую передающей антенной:


где D1 - коэффициент направленного действия передающей антенны; r - расстояние между передающей и приемной антеннами.

Подставляя в (1.12) формулы (1.13) и (1.14), получим выражение для мощности, создаваемой в приемной антенне при распространении радиоволн в свободном пространстве:


Последняя формула наиболее часто применяется при расчете УКВ линий радиосвязи и в радиолокации.

Ослабление мощности при распространении радиоволн в свободном пространстве, определяемое как отношение мощности сигнала на входе приемника к мощности в передающей антенне при ненаправленных передающей и приемной антеннах, называемое основными потерями радиолинии, получаем из формулы (1.15)


или в децибелах


Подставляя в (1.17) расстояние r в километрах и частоту f в мегагерцах, получаем удобное для расчетов выражение для Г0:

Г0 = - [33 + 20(lg r + lg f)] [дБ]. (1.18)

На основании (1.18) построен график рис. 1.2. Применение направленных антенн эквивалентно увеличению мощности передатчика в D1D2 раз.

Рис. 1.2. Зависимость ослабления мощности радиоволны от расстояния и частоты в свободном пространстве при ненаправленных передающей и приемной антеннах
Рис. 1.2. Зависимость ослабления мощности радиоволны от расстояния и частоты в свободном пространстве при ненаправленных передающей и приемной антеннах

предыдущая главасодержаниеследующая глава


ИНТЕРЕСНО:
  • Отечественный персональный компьютер 'Эльбрус-401 РС' пошёл в серийное производство
  • Появился первый официально признанный «полностью российский чип»
  • 'Ангстрем' представил полностью отечественную линейку изделий силовой электроники
  • Samsung первой в мире запустила производство 10-нанометровых чипов
  • На базе российского процессора КОМДИВ-64 создан защищенный компьютер для военных
  • Названа цена разработки российских процессоров «Эльбрус»
  • В России разработан микроконтроллер «электронного мозга» для транспорта и робототехники
  • «Ангстрем» разработал уникальные космические транзисторы
  • Микрон вошёл в ОЭЗ с проектами производства чипов 65-45-28 нм и собственной территорией
  • Основной российский производитель электролитических конденсаторов получил 280 млн на новый импортозамещающий проект
  • В Томске разработана технология синтеза вещества для производства прозрачной электроники
  • У нас тут своя архитектура
  • Роберт Бауэр - создатель SAGFET-транзисторов
  • В России выпустили 6-ядерный 40-нм процессор
  • После 4 лет простоя Егоршинский радиозавод модернизирует производство
  • Завод радиоэлектроники открыт 'Микраном' в Томске
  • Джек Сент Клер Килби - изобретатель интегральных схем






  • © Сенченко Антонина Николаевна, Злыгостев Алексей Сергеевич, 2010-2017
    При копировании обязательна установка активной ссылки:
    http://rateli.ru/ 'rateli.ru: Радиотехника'