Диаграммы направленности

Антенные устройства вне зависимости от диапазона волн и конкретных особенностей приемно-передающей аппара­туры служат либо для излучения электромагнитной энергии в пространство (передающие антенны), либо для приема этой энергии из пространства (приемные антенны).

В радиолокационных станциях одна и та же антенна по­очередно выполняет функции передающей (посылка зонди­рующего импульса) и приемной (прием сигнала, отражен­ного от цели).

Большинство антенн, применяемых на сверхвысоких ча­стотах, — направленные т. е. обеспечивают прием или излу­чение только в пределах определенных секторов.

Способность антенн концентрировать излучаемую элек­тромагнитную энергию характеризуют специальные графики, называемые диаграммами направленности. Обычно диа­граммы направленности строят для двух плоскостей: гори­зонтальной и вертикальной.

Диаграмма направленности антенны представляет собой график зависимости напряжения сигнала на входе прием­ника от угла поворота данной антенны в соответствующей плоскости при работе этой антенны либо на передачу, либо на прием.

Следует иметь в виду, что диаграмма направленности антенны не зависит от того, применяется ли антенна в каче­стве передающей или приемной, т. е. любая антенна яв­ляется обратимой.

На рис. 5 для примера приведена диаграмма направлен­ности, построенная в полярных координатах. У этой диа­граммы направление максимального сигнала совмещено с направлением начала отсчета углов поворота антенны (θ = 0), а сам максимальный сигнал принят за единицу, т. е. в направлении радиусов векторов здесь отложена не сама величина интенсивности сигнала Е, а пропорциональ­ная ей величина Е/Е_тлх.

Рис.5. Диаграмма направленности антенны

в полярной системе координат

Из рис.5 видно, что диаграмма направленности имеет характерную лепестковообразную форму. Лепесток, соответствующий максимальному сигналу (в данном случае θ = 0), называют главным лепестком диаграммы направленности, а все последующие — боковыми лепестками. Часто боковые лепестки нумеруют по порядку в направлении от главного лепестка. Так, например, лепестки диаграммы на рис. 5, ле­жащие под углами θ₁ = 60 и 300°, называют первыми боко­выми лепестками; следующие за ними — вторыми боковыми лепестками (θ₂ = 120 и 240°) и т. д.

Как правило, величина боковых лепестков уменьшается по мере роста их номера.

Направления, в которых антенна не принимает и не излу­чает, называются нулями диаграммы направленности. По­бочные максимумы и нули диаграммы направленности всегда чередуются.

Антенны, применяемые на сверхвысоких частотах, часто обладают столь узкими диаграммами направленности, что их графическое изображение в полярной системе координат становится затруднительным. В этих случаях диаграммы строят в прямоугольной системе координат, откладывая по вертикали величину Е/Е_тлх, а по горизонтали — угол пово­рота антенны. Примером такой диаграммы может служить кривая 1на рис. 6, построенная для той же антенны, что и на рис. 5.

В описаниях различного типа аппаратуры часто вместо диаграмм направленности приводят их числовую характе­ристику, указывая углы раствора главного лепестка в вер­тикальной и горизонтальной плоскостях, местоположение боковых лепестков и их интенсивность

Под углом раствора диаграммы направ­ленности в данной плоскости принято понимать угол главного лепестка, лежащий между направлениями, в которых напряжение сигнала падает до значения Е_сигн = = 0,707 от максимальной величины Е_тах. В соответствии со сказанным угол раствора главного лепестка у диаграмм, по­казанных на рис. 1 и 2, составляет θ_о = 50°.

В некоторых случаях диаграммы направленности строят не в относительных величинах напряжения E/E_mах, а в отно­сительных величинах мощности. Так как мощность пропор­циональна квадрату напряжения, то диаграмма направлен­ности по мощности может быть получена при возведении в квадрат соответствующих величин Е/Е_тах. Такимпутем, в ча­стности, была построена кривая 2 на рис. 2, представляющая диаграмму по мощности той же самой антенны, что и кривая 1.

Измерять угол раствора главного лепестка у такой диа­граммы необходимо на уровне (Е/Е_тах)² = ( V)² = 0,5. Поэтому очень часто говорят, что угол раствора главного лепестка диаграммы направленности определяется по точкам половинного зна­чения мощности.

В дальнейшем мы будем обозначать угол раствора диа­граммы направленности в вертикальной плоскости через θ₀, а в горизонтальной плоскости через Ф₀.