Эталонные диаграммы направленности всенаправленных, секторных и других антенн в системах связи пункта со многими пунктами для использования при изучении вопросов совместного использования частот в диапазоне от 1 ггц до приблизительно 70

жүктеу/скачать 11.23 Mb.

бет	2/6
Дата	23.02.2016
өлшемі	11.23 Mb.
	#9242

1 2 3 4 5 6

2 Анализ

1 Введение

Всенаправленные антенны часто используются для передачи и получения сигналов на центральных станциях П-МП FWS. Здесь описаны исследования, касающиеся вопросов совместного использования частот этими типами фиксированных беспроводных систем и системами спутниковых служб в диапазоне 2 ГГц с применением эталонной диаграммы направленности.

2 Анализ

Эталонная диаграмма направленности основана на следующих предположениях относительно всенаправленной антенны:

– что антенна является n-элементной линейной антенной решеткой, излучающей в перпендикулярном от плоскоcти антенны направлении;

– предполагается, что элементы антенной решетки являются диполями;

– элементы антенной решетки разнесены на 3/4.

Ширина луча антенной решетки по уровню 3 дБ в плоскости углов места ₃относится к коэффициенту направленного действия D следующим образом (определение D см. в Приложении 3):

(дБи). (5a)

Уравнение (5а) может быть решено относительно ₃при известном коэффициенте направленного действия:

, (5b)

. (5c)

Соотношение между шириной луча по уровню 3 дБ в плоскости углов места и коэффициентом направленного действия было выведено при предположении, что диаграмма направленности в плоскости углов места была адекватно аппроксимирована при помощи следующего выражения:

,
где т – произвольный параметр, используемый для установления соответствия между шириной луча по уровню 3 дБ и диаграммой направленности в плоскости углов места. При использовании этой аппроксимации коэффициент направленного действия был получен путем интегрирования диаграммы направленности в плоскостях углов места и азимута.

Напряженность поля в дальней зоне линейной антенной решетки задается выражением:

, (6)
где:

E_T () : суммарное E-поле при угле  относительно нормали к оси антенной решетки;

E_e() : E-поле при угле  относительно нормали к оси антенной решетки, создаваемое единичным элементом решетки;

AF() : коэффициент антенной решетки при угле  относительно нормали к оси антенной решетки.

Нормализованное E-поле элемента диполя равно:

. (7)

Коэффициент антенной решетки равен:

, (8)

где:

N : количество элементов антенной решетки;

;

d : расстояние между излучателями;

 : длина волны.

Для оценки количества элементов N в антенной решетке была использована следующая процедура. Предполагается, что максимальное усиление антенной решетки равно коэффициенту направленного действия данной решетки.

– При заданном максимальном усилении всенаправленной антенны в плоскости углов места ₃вычисляется ширина луча по уровню 3 дБ, используя выражения (5b) и (5c);

– Не учитывается небольшое уменьшение внеосевого усиления, вызванное элементом диполя, и принимается к сведению, что коэффициент антенной решетки AF_N принимает значение 0,707 (– 3 дБ) при ; и

– затем определяется N как целое число из следующего выражения:

, (9)
где | x | означает наибольшее целое число, не превышающее значение x.

Нормализованная внеосевая избирательность D рассчитывается по формуле:

(дБ). (10)
Выражение (10) было решено как функция внеосевого угла (т. е. угла места) для нескольких значений максимального усиления. Для значений в диапазоне от 8 дБи до 13 дБи было обнаружено, что огибающая диаграммы направленности в плоскости углов места может быть хорошо аппроксимирована с помощью следующих выражений:

, (11a)

(дБи), (11b)

(дБи), (11c)

где k представляет собой параметр, учитывающий повышенные уровни боковых лепестков, превышающие ожидаемые уровни для антенны с улучшенными характеристиками боковых лепестков.

На рис. 1–4 сравниваются огибающие эталонной диаграммы направленности с теоретическими диаграммами направленности антенны, полученными из выражения (11), при усилении от 8 дБи до 13 дБи, при использовании значения k = 0. На рис. 5–8 сравниваются огибающие эталонных диаграмм направленности с реальными измеренными диаграммами направленности антенн при использовании значения параметра k = 0. На рис. 7 и 8 видно, что боковые лепестки ниже уровня главного лепестка примерно на 15 дБ или более, допуская, что малый процент максимальных значений боковых лепестков может превышать это значение. Однако реальные факторы, такие как использование электрических двойных пилообразных импульсов, ухудшение диаграммы направленности антенны на границах полосы и изменения при производстве, могут привести к дальнейшему повышению уровня боковых лепестков до значения, которое примерно на 10 дБ ниже уровня главного лепестка диаграммы направленности при установке в реальных полевых условиях. Параметр k, упомянутый выше в выражении (11), предназначается для учета таких изменений уровней боковых лепестков. На рис. 9 и 10 представлено сравнение антенн с усилением 10 дБи и 13 дБи, на частоте 2,4 ГГц, с эталонной огибающей диаграммы направленности при использовании значения k = 0,5. Значение параметра k  0,5 учитывает, что уровни боковых лепестков примерно на 15 дБ ниже максимального уровня главного лепестка. Однако для учета увеличения уровней боковых лепестков, которое может быть обнаружено при установке в реальных полевых условиях, для типовых антенн необходимо использовать значение параметра k=0,7, которое учитывает уровни боковых лепестков примерно на 13,5 дБ ниже уровня главного лепестка. И, наконец, на рис. 11 и 12 показано влияние изменения значений параметра k на диаграммы направленности по углам места.

жүктеу/скачать 11.23 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5 6