Antenn

Antennkarakteristik, antennförstärkning och riktverkan

På grund av antennens speciella utformning kan strålningsdensiteten koncentreras i en viss rumslig riktning. Måttet på förlustfri antenndirektivitet är antennförstärkning. Det är nära relaterat till antennens riktverkan. I motsats till riktverkan, som bara beskriver riktningsegenskaperna hos en antenn, tar antennförstärkningen även hänsyn till antennens effektivitet.

strålning

Därför representerar den den faktiska utstrålade effekten. Detta är vanligtvis mindre än den effekt som ges av sändaren. Men eftersom denna effekt är lättare att mäta än riktverkan, är antennförstärkning vanligare än riktverkan. Under antagandet att man överväger en förlustfri antenn, kan riktverkan ställas in lika med antennförstärkningen.

strålning

Referensantennen används för att definiera antennförstärkningen. I de flesta fall är referensantennen en förlustfri antagen rundstrålande radiator (isotrop radiator eller antenn) som strålar likformigt i alla riktningar, eller en enkel dipolantenn, åtminstone i det plan som avses.

strålning

För antennen som ska mätas bestäms strålningsdensiteten (effekt per ytenhet) vid en punkt på ett visst avstånd och jämförs med det värde som erhålls med hjälp av en referensantenn. Antennförstärkning är förhållandet mellan två strålningsdensiteter.

strålning

Till exempel, om en riktad antenn producerar 200 gånger strålningsdensiteten än en isotropisk antenn i en viss rumslig riktning, är värdet på antennförstärkningen G 200 eller 23 dB.

strålning

Antennmönster

Ett antennmönster är en grafisk representation av den rumsliga fördelningen av energi som utstrålas av en antenn. Beroende på applikation ska antennen ta emot endast från ett visst håll men inte signaler från andra håll (t.ex. TV-antenn, radarantenn), å andra sidan ska en bilantenn kunna ta emot sändare från alla möjliga håll.

strålning

Ett antennstrålningsmönster är en grafisk representation av elementen i en antenns strålningsegenskaper. Ett antennmönster är vanligtvis en grafisk representation av en antenns riktningsegenskaper. Den representerar den relativa intensiteten av energistrålning eller mängden elektrisk eller magnetisk fältstyrka som en funktion av antennriktningen. Antenndiagram mäts eller genereras av simuleringsprogram på en dator, till exempel för att grafiskt visa en radarantenns riktning och därmed uppskatta dess prestanda.

strålning

Jämfört med rundstrålande antenner, som strålar jämnt i flygplanets alla riktningar, gynnar riktade antenner en riktning och uppnår därför en längre räckvidd i denna riktning med lägre sändningseffekt. Antennstrålningsmönster illustrerar grafiskt de preferenser som bestäms av mätningar. På grund av ömsesidighet garanteras identiska sändnings- och mottagningsegenskaper hos antennen. Diagrammet visar riktningsfördelningen av sändningseffekten som fältstyrka och antennens känslighet under mottagning.

strålning

Den erforderliga riktningen uppnås genom den riktade mekaniska och elektriska konstruktionen av antennen. Direktivitet anger hur väl en antenn tar emot eller sänder i en viss riktning. Det representeras i en grafisk representation (antennmönster) som en funktion av azimut (horisontell plot) och höjd (vertikal plot).

strålning

Använd kartesiska eller polära koordinatsystem. Mätningar i grafiska representationer kan ha linjära eller logaritmiska värden.

strålning

Använd många visningsformat. Kartesiska koordinatsystem, såväl som polära koordinatsystem, är mycket vanliga. Huvudmålet är att visa ett representativt strålningsmönster horisontellt (azimut) för en hel 360° representation eller vertikalt (höjd) mestadels bara för 90 eller 180 grader. Data från antennen kan bättre representeras i kartesiska koordinater. Eftersom dessa data också kan skrivas ut i tabeller, är den mer beskrivande kurvrepresentationen i polära koordinater vanligtvis att föredra. I motsats till det kartesiska koordinatsystemet anger detta direkt riktningen.

strålning

För enkel manipulation, transparens och maximal mångsidighet normaliseras strålningsmönster vanligtvis till koordinatsystemets yttre kanter. Detta innebär att det maximala värdet som uppmäts är justerat med 0° och plottas på den övre kanten av diagrammet. Ytterligare mätningar av strålningsmönstret visas vanligtvis i dB (decibel) i förhållande till detta maximala värde.

strålning

Skalan i figuren kan variera. Det finns tre typer av vanliga plottningsskalor; linjär, linjär logaritmisk och modifierad logaritmisk. Den linjära skalan framhäver huvudstrålningsstrålen och dämpar vanligtvis alla sidolober eftersom de vanligtvis är mindre än en procent av huvudloben. Den linjära logaritmiska skalan representerar dock sidoloberna väl och är att föredra när nivåerna för alla sidolober är viktiga. Det ger dock intrycket av en dålig antenn eftersom huvudloben är relativt liten. Den modifierade logaritmiska skalan (Figur 4) framhäver formen på helljuset när de mycket låga (<30 dB) sidoloberna komprimeras mot mitten av läget. Därför är huvudloben dubbelt så stor som den starkaste sidoloben, vilket är fördelaktigt för visuell presentation. Denna form av representation används dock sällan inom tekniken eftersom det är svårt att läsa korrekta data från den.

strålning

strålning



horisontellt strålningsmönster

Det horisontella antenndiagrammet är en planvy av det elektromagnetiska fältet hos antennen, uttryckt som ett tvådimensionellt plan centrerat på antennen.

Intresset med denna representation är att helt enkelt få antennens riktverkan. Normalt anges också värdet -3 dB som en streckad cirkel på skalan. Skärningen mellan huvudloben och denna cirkel resulterar i antennens så kallade halveffektstrålbredd. Andra lättlästa parametrar är fram/retreat-förhållandet, det vill säga förhållandet mellan huvudloben och den bakre loben, och sidolobernas storlek och riktning.

strålning

strålning

För radarantenner är förhållandet mellan huvudlob och sidolob viktigt. Denna parameter påverkar direkt utvärderingen av radarns anti-interferensgrad.

strålning

vertikala strålningsmönster

Formen på ett vertikalt mönster är ett vertikalt tvärsnitt av en tredimensionell figur. I det polära diagrammet som visas (en kvarts cirkel) är antennpositionen origo, X-axeln är radarområdet och Y-axeln är målhöjden. En av antennmätteknikerna är solar stroboskopisk inspelning med hjälp av mätverktyget RASS-S från Intersoft Electronics. RASS-S (Radar Analysis Support System for Sites) är ett radartillverkareoberoende system för att utvärdera olika delar av en radar genom att ansluta till redan tillgängliga signaler, under driftsförhållanden.

strålning

Figur 3: Vertikalt antennmönster med kvadratisk cosecant-karakteristik

I figur 3 är måttenheterna nautiska mil för räckvidd och fot för höjd. Av historiska skäl används dessa två måttenheter fortfarande inom flygledningstjänsten. Dessa enheter är av sekundär betydelse helt enkelt för att mängderna av strålning som plottas definieras som relativa nivåer. Det betyder att siktet har fått värdet på det (teoretiska) maximala avståndet beräknat med hjälp av radarekvationen.

strålning

Formen på grafen ger bara den information som krävs! För att få det absoluta värdet behöver du en andra plot mätt under samma förhållanden. Du kan jämföra de två graferna och inse överdrivna ökningar eller minskningar av antennprestanda.

strålning

Radialer är markörer för höjdvinklar, här i halvgradssteg. Ojämn skalning av x- och y-axlarna (många fot kontra många sjömil) resulterar i olinjärt avstånd mellan höjdmarkörer. Höjden visas som ett linjärt rutmönster. Det andra (streckade) rutnätet är orienterat på jordens krökning.

strålning

Tredimensionella representationer av antenndiagram är oftast datorgenererade bilder. För det mesta genereras de av simuleringsprogram och deras värden ligger förvånansvärt nära de faktiska uppmätta diagrammen. Att generera en sann mätkarta innebär en enorm mätinsats, eftersom varje pixel i bilden representerar sitt eget mätvärde.

strålning

En tredimensionell representation av antennmönstret i kartesiska koordinater från en radarantenn på ett motorfordon.
(Strömmen ges i absoluta nivåer! Därför väljer de flesta antennmätprogram en kompromiss för denna representation. Endast de vertikala och horisontella delarna av diagrammet genom antennen kan användas som faktiska mätningar.

strålning

Alla andra pixlar beräknas genom att multiplicera hela mätkurvan för det vertikala diagrammet med det enda måttet av det horisontella diagrammet. Datorkraften som krävs är enorm. Bortsett från en tilltalande representation i presentationer är fördelen tveksam, eftersom ingen ny information kan erhållas från denna representation jämfört med två separata plotter (horisontella och vertikala antennplots). Tvärtom: speciellt i perifera områden bör de grafer som genereras med denna kompromiss avvika avsevärt från verkligheten.

strålning

Dessutom kan 3D-plots representeras i kartesiska och polära koordinater.

strålning

Strålbredden för en radarantenn förstås vanligtvis som strålbredden med halv effekt. Den maximala utstrålade intensiteten återfinns i en serie mätningar (främst i en ekofri kammare) och sedan punkterna belägna på vardera sidan av toppen, som representerar toppintensiteten upphöjd till halva effekten. Vinkelavståndet mellan halveffektpunkter definieras som strålbredden. [1] Halv effekt i decibel är −3 dB, så halv effekt beamw

relaterade inlägg