I bob Antenna qurilmalari texnikasi yaratilishi va nazariyasining rivojlanish bosqichlari

4. Antennaning yo'nalganlik harakteristika (diagramma)si
Antenna tomonidan nurlangan elektromagnit maydonni hisoblashda uni cheksiz elementar manba (nurlatgich) lardan iborat deb qarash o'rinlidir. Maksvell tenglamalarining chiziqliligi hisobiga elementar manbalar maydonlariga superpozisiya prinsipi qo'llanilishi mumkin, bu antenna maydonini uni qo'zg’atuvchi toklar amplituda va fazalarini hisobga olgan holda, elementar nurlatgichlardagi maydonlarni qo'shish orqali aniqlash mumkin. Maydonlarni qo'shish ularni manba bo'yicha integrasiyasiga olib kiriladi. Quyidagilar elementar manbalar hisoblanadi: simli antennalarda elementar elektr tebratgichlar; tirqishli antennalarda elementar magnit tebratgichlar; apertur antennalarda to'lqin frontining cheksiz kichik elementlari yoki Gyuygens elementlari.
Elektromagnit maydonning vektorli harakteri hisobga olinmagan holda, uzoq zonada istalgan real antennaning elektrik maydon kuchlanganligi Е kompleks amplitudasi uchun formula
E(,) A f (,)exp[i(,)]
ko'rinishdadir.
Bu erda

A - kuzatish nuqtasi yo'nalishiga bog’liq bo'lmagan kompleks ko'paytuvchi (uning tarkibiga exp(-ikr)/r standart ko'paytuvchi kiradi, bu erda r - antennaning faza markazidan kuzatish nuqtasigacha bo'lgan masofa; k 2/ - erkin fazodagi to'lqin soni yoki faza koeffisienti); λ - to'lqin uzunligi; θ,φ - kuzatish nuqtasi koordinatalari; |f(,| - yo'nalganlikning amplituda harakteristikasi; Ψ(θ,φ))-yo'nalganlikning faza harakteristikasi. Ma'lumki elementar elektr tebratgichda
sin exp( ),
Bu erda
I - tebratgichdagi tok amplitudasi; l - tebratgich uzunligi; W_c –erkin fazoda
to'lqinning harakteristik qarshiligi (W_c 120, Ω).
Antenna yo'nalganligining amplitudaviy harakteristikasi |f(,)| deb, antenna kuzatish nuqtasida hosil qiladigan elektr maydon kuchlanganligi kattaligining (modulining), kuzatish nuqtasi va antenna orasidagi masofa doimiy bo'lganda (r = const) sferik koordinata tizimi burchaklari θ va φ bilan tavsiflanuvchi shu nuqtagacha bo'lgan yo'nalishga bog’liqligiga aytiladi. Antenna yo'nalganligining fazaviy harakteristikasi Ψ(θ,φ) deb, uzoq zonadagi fazoda joylashgan kuzatish nuqtasida antenna hosil qiladigan maydon fazasining, burchaklar θ va φ bilan tavsiflanuvchi shu nuqtagacha bo'lgan yo'nalishga bog’liqligiga aytiladi. f(θ,φ) ko'paytuvchi maydon kuchlanganligining nafaqat kattaligini, balki fazasini ham belgilaydi, chunki f(,) funksiya noldan o'tganda uning ishorasi o'zgaradi, bu esa maydon kuchlanganligi fazasi 180°ga o'zgarishiga mos keladi. Shuning uchun bu funksiyaning moduli yo'nalganlikning amplitudaviy harakteristikasi hisoblanadi |f(,)|. Bundan keyingi yozuvni soddalashtirish uchun modul ishorasini tushirib qoldiramiz. Umumiy holda, yo'nalganlik harakteristikasi vektorli va kompleks kattalik hisoblanadi.
ƒ(,) = f(,)exp[i(,) ] ifoda antennaning kompleks yo'nalganlik harakteristikasi deb ataladi. U antenna uzoq zonada nurlatayotgan elektromagnit maydonning burchakli taqsimlanish va fazaviy hossalarini to'liq belgilaydi. Antennaning yo'nalganlik harakteristikasi uning o'lchamlari va konfigurasiyasi hamda qo'zg’atuvchi tokning ham haqiqiy, ham ekvivalent taqsimoti bilan belgilanadi. Uzoq zona (nurlanish yoki Fraungofer zonasi) antennaning istalgan nuqtasidan shu zonada joylashgan kuzatish nuqtasiga o'tkazilgan nur yo'nalishlari parallel hisoblanadi. Bunda kuzatish nuqtasida antennaning turli elementlari hosil qiladigan maydonlar fazalarini aniqlashda xato yuzaga keladi. Bu xato antenna va kuzatish nuqtasi orasidagi masofa antenna o'lchamlariga nisbatan qanchalik katta bo'lsa, shuncha kichik bo'ladi. Uzoq zona masofasi r_нур , r_нур 2R²/ sharti
asosida aniqlanadi, bu erda R - nurlatuvchan tizimning eng katta qiymati. Bu zonada maydon ko'ndalang harakterga ega (tarqalish yo'nalishida Е va N vektorlar tashkil etuvchilarga ega emas); kuzatish nuqtasi atrofida maydon tekis to'lqin harakteriga ega; antenna elementlari nurlatayotgan maydonlar amplitudasi
masofaga teskari proporsional tarzda kamayib boradi. [15]
Antenna tehnikasida odatda, maydon kuchlanganligining absolyut kattaligi
bilan emas, balki kuzatish nuqtasigacha bo'lgan yo'nalishga bog’liqligi bilan qiziqiladi. Shuning uchun normallashgan yo'nalganlik harakteristikasi F(,)dan, foydalaniladi ya'ni antenna ihtiyoriy yo'nalishda nurlatadigan maydon kuchlanganligining maksimal nurlatish yo'nalishidagi maydon kuchlanganligi qiymatiga nisbatan foydalanish qulayroq

F(θ,φ) ning maksimal qiymati har doim birga teng. Yo'nalganlik amplitudaviy harakteristikasining grafik ko'rinishi antennaning yo'nalganlik diagrammasi (YD) deyiladi. Fazoviy YD koordinat boshidan chiquvchi radius-vektor ohiri bilan tavsiflanuvchi f(θ,φ) yoki F(θ,φ) tekisligi ko'rinishida tasvirlanadi, uning uzunligi har bir yo'nalishda ma'lum masshtabda f(θ,φ) funksiyasiga teng. 1.1.a - rasmda elementar tebratgichning (toroid), 1.1.b - rasmda nisbatan murakkab antennaning fazoviy YD tasvirlangan (ignasimon YD).

1.1 - rasm. Fazoviy yo'nalganlik diagrammasi (a - Gers dipolining, b - ignasimon) Amaliyotda, odatda, ma'lum tanlangan tekislikdagi yo'nalganlik
harakteristikasini ko'rsatuvchi YD qo'llaniladi. Bunday tekisliklar sifatida odatda
o'zaro perpendikulyar bo'lgan va maksimal nurlanish o'qidan o'tuvchi ikkita tekislik (asosiy tekisliklar) tanlanadi. Chiziqli qutblangan maydon nurlatuvchi antennalar uchun Е vektor (Е tekislik), yo H vektor (H tekislik) vektor yotadigan tekisliklar asosiy tekisliklardir.
Yo'nalganlik diarammaslari odatda yo qutbli (1.2. a - rasm - Е tekislikda elementar tebratgichning YD; 1.2. b - rasm - H tekislikda elementar tebratgichning YD), yo dekart (to'g’ri burchakli) koordinata tekisligida ifodalanadi (1.3 - rasm real antennaning YD).
1.2 - rasm. Gers dipolining YD (a-Е-tekislik, b-H-tekislik)
Ayrim hollarda fazoviy YD larini tasvirlashda kartografik metodlardan
foydalaniladi. U keng burchaklar diapazonida ko'p yaproqli (ya'ni ko'plab nollar va maksimumlar mavjud) YD ni tasvirlashda qulaydir. Bu geografik kartadagi meridianlar va parellellar to'riga o'hshash qandaydir koordinata tizimida (to'g’riburchakli, qutubli va boshqa) , koordinatalar tekis to'ri quriladi. Bu to'rda tutashgan chiziqlar bilan u yoki bu masshtabda normallashgan yo'nalganlik harakteristikasi F(,) ning bir hil qiymatlari tasvirlanadi. YD ni tasvirlashda odatda desibellarda ifodalanuvchi logarifmik F(,)=20lgF(,) masshtabdan foydalaniladi.
Ayrim hollarda quvvat bo'yicha yo'nalganlik harateristika (diagramma) si F²(,) tushunchasidan foydalaniladi. F(,) funksiyasi ^ va  ning har hil
burchaklari uchun noldan o'tadi va bir nechta maksimumlarga ega, ya'ni YD ko'p yaproqli harakterga ega (1.3. - rasm).
YD son qiymatda asosiy yaproqning kengligi va yon yaproqlarning nisbiy sathi asosida tavsiflanadi.
YD ning kengligi deb, maydon kuchlanganligi ma'lum qiymatgacha kamayadigan yo'nalishlar orasidagi burchakka aytiladi. Nol nurlatish sathi bo'yicha YD kengligi deb, maydon kuchlanganligi 0 gacha tushuvchi yo'nalishlar orsidagi 2₀ burchakka aytiladi (1.3 - rasm).

1.3 - rasm. Real antennaning yo'nalganlik diagrammasi

Yarim quvvat bo'yicha YD kengligi deb shunday yo'nalishlar orasidagi 2_0,5
burchakka aytiladiki bunda ular bo'ylab |Е| = |E_max|/ 2 yoki quvvat oqimining o'rtacha qiymati П=П_maх/2 ga teng. Maksimumi maksimal yo'nalishga mos tushuvchi eng katta yaproq asosiy yaproq, kichik yaproqlar - yon yaproqlar (orqa kvadratda joylashgan, ya'ni 90°180° va 180°270° burchaklar diapazonida yotgan yaproqlar odatda orqa yaproqlar deyiladi) deb ataladi.
Yon yaproqlarning nisbiy sathi () bu yaproqni maksimumi yo'nalishidagi maydon kuchlanganligining (E_Nmax) asosiy maksimum yo'nalishidagi maydon kuchlanganligi ((E_max)ga bo'lgan nisbatiga aytiladi, ya'ni
yoki desibelda
_dB = 20lg F_N(,)
N = 1 , 2 , 3 ,. ,.-yon yaproqning raqami (asosiy yaproq uchun N=0).
Odatda yon yaproqlarni bostirishga, ya'ni _N ning kichik bo'lishiga harakat
qilinadi. Ko'p hollarda yo'nalganlikning amplitudaviy harakteristikalari qiziqtiradi (keyinchalik “amplitudaviy” so'zini qo'llamaymiz). Antenna himoya ta'sirining koeffisienti (К_hт) asosiy yo'nalishda nurlanadigan maydon kuchlanganligining, qarama-qarshi yo'nalishda nurlanadigan maydon kuchlanganligiga nisbatidir. Yo'nalganlikning fazaviy harakteristikalari radiolokasiya, radionavigasiya va boshqa hollarda qo'llaniladi. Agar antenna nurlatayotgan maydon fazasi kuzatish nuqtasi yo'nalishiga bog’liq bo'lmasa va f(,)yoki F(,) funksiya noldan o'tganda aksiga o'zgarsa, ya'ni YD ni bir yaprog’idan boshqasiga o'tganda, u holda bunday antenna sferik to'lqinlar manbai hisoblanadi, bu ifodada ko'rinadi. Bu to'lqinlar antennaning faza markazi deb ataladigan bir nuqtadan chiqadi. Bu nuqta tanlangan koordinatalar tizimi boshida joylashgan, shuning uchun faza harakteristikasi koordinatalar boshlanashi holatiga bog’liq. Biroq barcha antennalar ham faza markaziga ega emas, ya'ni sferik to'lqin nurlatadi. Bular uchun odatda to'lqin frontini (odatda asosiy yaproq chegarasida) eng yahshi tarzda approsimasiya qiluvchi sferani tanlash mumkin. Bu sferaning markazi antennaning nurlatish markazi deb ataladi. Faza harakteristikasining grafik ifodasi fazaviy YD deyiladi.[16]