www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radarové antény

Vlastnosti antény

Úhel paprsku (šířka paprsku)
Boční laloky
útlum
Poměr přední
a zadní části

Obrázek 1: Anténní diagram v polárním souřadnicovém zobrazení

Diagram s referenčním bodem ve středu obrazu a úhlově správné zobrazení naměřených hodnot. Velikost naměřené hodnoty je vyjádřena její vzdáleností od středu grafu. Jako příklad uvádíme anténní schéma směrové antény.
Úhel paprsku (šířka paprsku)
Boční laloky
útlum
Poměr přední
a zadní části

Obrázek 1: Anténní diagram v polárním souřadnicovém zobrazení

Vlastnosti antény

Zisk a směrovost antény

Speciální konstrukcí antény lze koncentrovat hustotu vyzařování v určitých prostorových směrech. Zisk antény je měřítkem směrovosti bezeztrátové antény. Úzce souvisí se směrovostí antény. Na rozdíl od směrovosti, která popisuje pouze směrovost antény, zisk antény zohledňuje také účinnost antény, tj. udává skutečně vyzářený výkon. Ten je obvykle menší než výkon vysílače. Protože však tento výkon lze měřit snadněji než směrovost, používá se zisk antény častěji než směrovost. Za předpokladu, že uvažujeme bezeztrátovou anténu, lze směrovost nastavit jako zisk antény.

K určení zisku antény se kromě skutečné antény používá také referenční anténa. Jako referenční anténa obvykle slouží bezeztrátový hypotetický kulový zářič (izotropní zářič), který vyzařuje rovnoměrně do všech směrů, nebo jednoduchý dipól, který může rovněž tvořit referenční zářič alespoň v uvažované rovině.

U skutečné antény nyní určíme hustotu vyzařování (výkon na jednotku plochy) v bodě v určité vzdálenosti a porovnáme ji s hodnotou, která vznikne při použití izotropní antény. Zisk antény je pak poměrem obou vyzařování.

Pokud například směrová anténa produkuje v daném prostorovém směru 200krát větší záření než izotropní anténa, bude zisk antény G = 200 nebo 23 dB.

Vyzařovací diagram antény

Vyzařovací diagram antény je grafické znázornění prostorového rozložení vyzařované energie antény. V závislosti na použití by anténa měla přijímat pouze z určitého směru, ale neměla by přijímat signály z jiných směrů (např. televizní anténa, radarová anténa). Na druhou stranu by například automobilová anténa měla být schopna přijímat vysílače ze všech možných směrů.

Požadované směrové charakteristiky se dosahuje specifickou mechanickou a elektrickou konstrukcí antény. Směrová charakteristika udává, jak dobře anténa přijímá nebo vysílá v určitém směru. Je znázorněn v grafickém znázornění (směrový diagram, anténní diagram) jako funkce azimutálního úhlu (horizontální diagram) a elevačního úhlu (vertikální diagram).

Úhel otevření
Útlum bočních
laloků
Dopředu/dozadu
poměr

Obrázek 2: Stejné diagrama antény v zobrazení s kartézskými souřadnicemi.

Kartézský diagram s osami, které svírají navzájem pravý úhel jako referenční. Úhlové hodnoty se zadávají na ose X, naměřené hodnoty na ose Y. Jako příklad je zde také výše uvedené schéma antény.
Úhel otevření
Útlum bočních
laloků
Dopředu/dozadu
poměr

Obrázek 2: Stejné diagrama antény v zobrazení s kartézskými souřadnicemi.

Používá se buď kartézský, nebo polární souřadný systém. Naměřené hodnoty v grafickém znázornění mohou mít lineární nebo logaritmické hodnoty.

Poloviční šířka

Šířka paprsku nebo úhel apertury je úhlový rozsah anténního diagramu, ve kterém je ještě vyzářena alespoň polovina maximálního výkonu!

Hraniční body hlavního laloku jsou tedy body, v nichž intenzita pole v místnosti poklesla o 3 dB vzhledem k maximální intenzitě pole. Úhel Θ se pak nazývá úhel apertury nebo „poloviční šířka“ antény. Pro zjednodušení se při výpočtech často předpokládá, že výkon je rovnoměrně rozložen v rámci úhlu clony a že mimo něj již není žádný výkon.

Prostorový úhel antény

Prostorový úhel je dvourozměrné měření úhlu s proměnným označením Ω. Jeho měrnou jednotkou je pomocná jednotka steradián [Sr]. Prostorový úhel antény nebo ekvivalentní prostorový úhel antény ΩA (engl. ”beam solid angle“) je prostorový úhel, kterým by protékal celkový výkon antény, kdyby intenzita záření byla konstantní pro všechny úhly v rámci tohoto pevného úhlu. Mimo prostorový úhel antény by byla intenzita vyzařování nulová. Jedná se spíše o teoretickou hodnotu, ale u antén s velmi silnou směrovostí a malými postranními laloky ji lze aproximovat:

ΩA ≈ Θaz·Θel s: Θaz = horizontální úhel otevření (v radiánech)
Θel = vertikální úhel clony (v radiánech)
(1)

Existují modely, ve kterých je průmětem anténního tělesa na povrch obdélníkový profil s délkami hran svislých a vodorovných polovin (pyramidální těleso), a také modely, ve kterých je znázorněno kruhově nebo elipticky na kulový povrch (kanonické těleso).

Útlum bočních laloků

Kromě hlavního laloku se ve vyzařovacím diagramu antény vyskytuje několik postranních laloků a zadní lalok. Tyto jevy jsou nežádoucí, protože mají nepříznivý vliv na směrový účinek a také odebírají energii hlavnímu laloku. Poměr mezi hlavním a největším postranním lalokem se nazývá útlum postranních laloků. Tlumení bočních laloků by mělo mít co nejvyšší hodnotu.

Poměr přední a zadní části

Poměr předního a zadního laloku, nazývaný také zpětné tlumení, je poměr zisku hlavního laloku při 0° a zisku zadního laloku při 180°. Tento poměr by měl být také co největší.

Obrázek 3: Efektivní plocha antény je výsek kulové plochy.

Efektivní plocha antény je výsek kulové plochy, 
(click to enlarge: 600·400px = 14 kByte)

Obrázek 3: Efektivní plocha antény je výsek kulové plochy.

Efektivní plocha antény (apertura)

Důležitým parametrem antén je tzv. efektivní plocha antény (Ae) nebo „apertura antény“. Za podmínky optimální orientace a polarizace je maximální přijímaný výkon přijímací antény úměrný hustotě výkonu rovinné vlny dopadající na místo příjmu. Hustota vyzařování čela vlny je výkon na jednotku plochy. Faktor proporcionality má tedy rozměr plochy, kterou představuje anténa v elektromagnetickém poli. Tato plocha se nazývá efektivní plocha antény Ae a úzce souvisí se směrovostí D antény, která se u bezeztrátové antény rovná také zisku:

D = G·η = 4π · Ae ; Ae = Ka·A s: η = účinnost antény
λ = vlnová délka
Ae = efektivní plocha antény
A = geometrická plocha antény
Ka = účinnost plochy antény (účinnost apertury)
(2)
λ2

Tato rovnice ukazuje velmi důležitý vztah: směrovost antény je určena její geometrickou velikostí. Čím větší je plocha v poměru k vlnové délce, tím silnější je její směrovost.

Efektivní plochu antény lze zadat také u lineárních antén. Nemusí být nutně stejná jako geometrická velikost antény, což je zřejmé zejména u drátových antén. Poměr těchto dvou veličin se nazývá aperturní účinnost antény Ka. Pro antény s velkým parabolickým reflektorem platí Ka = Ka = 0,6 … 1,0. Účinná plocha antény obdélníkového rohového zářiče o rozměrech a a b je o něco menší než geometrická plocha a·b.

Efektivní plocha antény závisí na rozložení záření v geometrické ploše antény. Pokud je toto rozložení záření lineární, pak Ka= 1. Tato vysoká účinnost apertury s lineárním rozložením záření však také vede k silně vyjádřeným postranním lalokům. Pokud mají být boční laloky pro praktické použití antény menší, pak musí být rozložení vyzařování nelineární a efektivní plocha antény je pak menší než geometrická plocha antény (Ae< A).

Šířka pásma

Šířka pásma antény je frekvenční rozsah, ve kterém má anténa požadované vlastnosti:

stále dosaženo. Většina typů antén má díky svým rezonančním vlastnostem poměrně úzkou šířku pásma, která činí přibližně 5 až 10% jejich středové frekvence (tj. šířka pásma 100 až 200 MHz při frekvenci 2 GHz). Pro větší šířky pásma se používají speciální antény, například logaritmická periodická anténa nebo Vivaldiho anténa.