MINISTERUL APRRII

Capitolul 3

Radiaia dipolului HertzDipolul Hertz este un model fizic, fr coresponden practic direct, dar de mare nsemntate pentru nelegerea funcionrii antenelor. n multe cazuri funcionarea se explic prin considerarea local, pe un mic segment de anten, a unui dipol Hertz n care curentul armonic este constant.

n figura 3.1 , un conductor de lungime mic l, plasat simetric dup axa z, n centrul sistemului la coordonate sferice este parcurs de curentul armonic . Acest curent pstrez constant valoarea instantanee pe toat lungimea conductorului .

Fig. 3.1 Relativ la radiaia dipolului Hertz

Prin trecerea curentului i prin conductorul de lungime l, energia electromagnetic de conducie este transferat n energie electromagnetic de radiaie. La distana r >> l apare un cmp electromagnetic caracterizat prin componente de tip E i H. Pentru a determina aceste componente se folosesc ecuaiile lui Maxwell: (3.1)

(3.2)

; (3.3)

(3.4)

Dup prelucrarea acestor ecuaii, se constat c radiaia dipolului Hertz este cuantificat prin trei componente de cmp electromagnetic. Ca mrimi instantanee, n scriere complex, aceste componente n punctul P(r, , ) au urmatoarele expresii:

Componenta de cmp electric dup direcia :

(3.5)

Componenta de cmp electric dup direcia r:

(3.6)

Componenta de cmp magnetic dup direcia :

(3.7)

cu urmtoarele notaii suplimentare :

- impedana de und a spaiului vid ;

( - lungimea de und a radiaiei.

Relaiile (3.5), (3.6), (3.7) au valabilitate general att timp ct r >> l .

3.1. Radiaia n apropierePentru un punct P(r, , ) situat n apropiere de dipol, adic pentru r < ( / 2, modulele | j2r / ( | i |( j2r / ()| sunt neglijabile fa de unitate. Ca urmare expresiile componentelor de cmp devin:

(3.8)

(3.9)

(3.10)

3.2. Radiaia la deprtarePentru un punct P(r, , ) situat la deprtare de dipol, adic pentru r >> ( / 2, n relaiile (3.5), (3.6), (3.7) se menin termenii cu pondere mai mare fa de unitate i se obine :

(3.11)

(3.12)

(3.13)

Componenta din relaia (3.12) se neglijeaz n raport cu componenta .

Se poate observa c i sunt n faz i c impedana de und este definit prin raportul :

(3.14)

Se mai poate observa, pe fig .1, c dac este ndeplinit condiia ca punctul P s se situeze la mare deprtare, cu vectorul fazor nul, unda devine plan, iar unghiul spaial ntre i este de / 2. Puterea radiat la deprtare este cuantificat cu ajutorul vectorului Poynting :

[] (3.15)Dup cum se prezint n figura 3.2 vectorii , , S definesc un triedru drept, iar vectorul Poyting este dirijat dup sensul de propagare a undei electromagnetice; unda electromagnetic este considerat, n acest caz, ca fiind plan.

Fig. 3.2 Vectorul Poyting la deprtare de dipol

n condiia la deprtare , dac se cunoate cmpul electric E, este determinat cu ajutorul relaiei (14) i cmpul magnetic:

(3.16)

3.3. Impedana de und n apropieren apropierea dipolului i pentru = / 2, din relaiile (3.8)(3.10) rezult ecuaiile componentelor de cmp electric i magnetic:

(3.17)

(3.18) (3.19)

Impedana de und n apropiere este definit prin relaia: (3.20)

n tabelul 3.1 sunt date valori ale impedanei pentru cteva distane evaluate n multiplii de (/2 , iar n figura 4.6 se prezint, comparativ, diagramele modului impedan de und pentru radiatorul dipol Hertz i pentru radiatorul (antena) cadru.

Impedana n apropierea dipolului :

r[(/2]0,0010,010,1....

[]377

EMBED Equation.DSMT4 377

EMBED Equation.DSMT4 37710

Tabelul 3.1

n apropierea antenei dipol intensitatea cmpului este electric este relativ mare n raport cu intensitatea cmpului magnetic i de aceea impedana de und este cu cteva ordine de mrime mai mare dect impedana de und la deprtare. n apropierea antenei cadru intensitatea cmpului magnetic este sensibil mai mare dect a cmpului electric i de aceea impedana de und corespunztoare este sensibil mai mic dect impedana de und .

3.4. Puterea radiat de dipolLa considerarea modelului fizic al dipolului s-a admis c aceasta este izolat fa de pmnt i aezat n spaiu la mare distan de orice alt obiect. De asemenea s-a admis c intensitatea curentului n dipol este uniform pe toat lungimea lui. n aceste condiii, sub aspect teoretic, se poate calcula puterea radiat de dipol. Deoarece se accept c n aer (vid) nu apar pierderi, este indicat s se calculeze puterea radiat la deprtare, adic pentru r >> (/2.. n acest caz vectorii i sunt dispui perpendicular unul pe cellalt, cum se arat i n figura 3.4.1.

Fig. 3.4.1 Relativ la puterea radiat de dipol

Puterea specific radiat este dat de vectorul Poyting , iar ca valoare maxim a modului :

(3.21)

unde i provin din relaiile (3.11) i (3.13) :

(3.22)

(3.23)

Se obine astfel valoarea de vrf a modulului puterii specifice :

[W / ] (3.24)

Aceast putere este transmis pe aria elementar dA, desenat n figura 3.4.1.

(3.25)

Puterea radiat de ntreaga sfer din care face parte aria dA este:

(3.26)

Observnd c:

(3.27)

se obine expresia puterii instantanee maxime:

(3.28)

Variante ale expresiei (3.28) sunt :

a) n funcie de curentul efectiv :

(3.29)

b) Expresia puterii evaluate la valoarea medie :

(3.30)

Expresia :

(3.31)

se numete rezisten de radiaie a dipolului, n analogie cu rezistena electric R prin care trece curentul I pentru a dezvolta puterea . Ca urmare puterea medie ridicat de dipol poate fi evaluat mai simplu cu relaia :

(3.32)

Capitolul 4

4. Antene de emisie

Descrierea comportrii dipolului Hertz constituie premisa pentru descrierea comportrii unei antene cu structur fizic. n cazul dipolului (teoretic) s-a acceptat c intensitatea curentului este uniform pe lungimea l. n cazul unei antene acordate, lungimea antenei este de acelai ordin de mrime cu lungimea de und a radiaiei emise, iar distribuia curentului nu mai poate fi considerat uniform; se accept fie o distribuie sinusoidal, fie o distribuie liniar, adic curentul la baza antenei este cel mai mare, iar n vrful antenei este nul. Funcia antenei rmne identic cu a dipolului Hertz, i anume de a transforma energia de conducie n energie de radiaie.

4.1. Antene cu o extremitate la pmnt (monopol)

Antena de emisie este acordat, ca dimensiune liniar, cu lungimea de und a semnalului radiat. Condiiile de acord se stabilesc pe baza ecuaiilor telegrafitilor, cu toate c antena vertical nu are constantele lineice uniform distribuite. Antena este excitat la baz, cu ajutorul unui cablu coaxial adaptat, care transfer antenei energia furnizat de un generator de nalt frecven, ca n fig.4.1. Ecuaiile telegrafitilor sunt urmtoarele:

Notaiile din fig. sunt:

tensiunea i curentul la baza antenei, adic la x=0;

tensiunea i curentul la distana x.

, constanta de propagare (4.3) , impedana caracteristic (4.4)

La o linie fr pierderi () se obine:

(4.5)

Dac antena este acordat vor exista noduri de curent, adic puncte situate la distana x fa de baza antenei n care curentul . n aceast condiie, din relaia (4.5) rezult impedana de la baza antenei:

(4.6)

Pentru linia (antena) fr pierderi:

(4.7)

sau

Pentru frecvena de rezonan, impedana vzut de la baza antenei, cu x=h, este nul, ceea ce conduce la:

(4.8)

Se observ c:

i

Relaia (4.8) este satisfcut pentru:

(4.9)

Pentru unda fundamental: sau

Pentru armonica a treia:

(4.10)

Pentru armonica a cincea:

Antena cu imagine. Antena vertical excitat la extremitatea spre pmnt produce o component a cmpului electric care se nchide dup o direcie normal la suprafaa pmntului, acesta fiind considerat cu o conductivitate electric semnificativ.

n fig.4.2 s-a schiat acest aspect, pmntul fiind considerat cu o conductivitate infinit. n construcia tehnic a antenei, sub antena vertical, n scopul diminurii pierderilor de energie n pmnt, se execut o priz de pmnt sub forma unei reele metalice, care constituie "contragreutatea" antenei.

Pentru a calcula cmpul electric produs de o anten cu o extremitate la pmnt, se folosete modelul fizic al imaginii. Cmpul electric n punctul P determinat de radiaia antenei verticale de nlime h, n prezena pmntului, este acelai cu cmpul electric determinat de o anten de lungime 2h, n absena pmntului. Fig. 4.2 Linii de cmp electric normale la suprafaa solului

Cmpul electric produs de antena cu repartiie sinusoidal a curentului. n figura 4.3 se arat c valoarea de vrf maxim, la baza antenei, este , iar repartiia este dat de relaia: (4.11)

Fig.4.3 Repartiia sinusoidal a curentului n antena vertical

Pentru a calcula cmpul electronic elementar dE, produs n punctul P, de curentul , care parcurge antena pe segmentul elementar dz, se folosete relaia (11) a dipolului cu aciune la deprtare, cu urmtoarele corespondene:

La numitor se poate accepta n loc de .Se obine astfel:

(4.12)

sau prin integrare:

(4.13)

Pentru , (4.14)

Pentru a calcula integrala cu formula :

(4.15)

se observ c :

Pentru limitele de integrare h=(/4 i -h=-(/4 evaluarea integralei conduce la:

(4.16)

Din relaia (4.13) se obine semnalul cmp electric, ca valoare de vrf : (4.17)

Pentru unghiul cmpul electric rezult:

(4.18)Dac se cunoate componenta de cmp electric, se determin i componenta de cmp magnetic:

Repartiia liniar: antena scurt. Antenele posturilor de radioemisie pe unde medii i lungi, din motive de realizabilitate, au o nlime h < (/8. Pentru a calcula puterea radiat de anten se poate accepta c repartiia curentului este liniar, adic la baza antenei, curentul msurat n valoare maxim instantanee este , iar la vrful antenei este nul. Acest curent este descris de relaia:

(4.19)

Relaia de calcul a dipolului izolat este adaptat la condiiile de funcionare ale antenei verticale, ca n tabelul 4.1.

Astfel relaia pentru puterea radiat este:

(4.20)

Corespondena ntre dipolul izolat i antena vertical:

Relaia (3.26)Relaia(4.23)Explicaie

Valoare medie a curentului

l2hImaginea antenei faa de nivelul solului

Radiaie ntr-o semisfer

Tabel 4.1n funcie de curentul efectiv , puterea medie radiat are expresia :

(4.21)

ca expresia pentru rezistena de radiaie:

(4.22)4.2. Antena dipol cu excitaie la mijlocAntenele de emisie n domeniul undelor scurte i ultrascurte se realizeaz de preferin sub forma dipolului cu excitaie la mijloc. n acest mod se evit pierderile de energie n pmnt, pierderi care apar la antena vertical. n plus, datorit dimensiunilor reduse, antena dipol poate fi acordat, ceea ce conduce la creterea puterii radiate pentru un curent dat de anten. n fig.4.4 este schiat o asemenea anten, care poate fi excitat de preferin astfel ca jumtate din lungimea dipolului s fie l/2=(/4. Valoarea cmpului electric "la deprtare" este identic cu aceea a cmpului electric produs de antena vertical (excitat la baz), dar puterea radiat este de dou ori mai mare, avnd n vedere c se poate considera c antena dipol cu excitaie la mijloc radiaz n limitele unghiului ( cuprins ntre 0 i (.

Radiaia este considerat ca fiind liber, adic fr influena pmntului. Ca urmare se conserv relaia (4.17) pentru cmpul electric, dar pentru puterea radiat expresia corespunztoare este:

(4.23)

cu rezistena de radiaie:

(4.24)

Integrala din relaiile (4.23) i (4.24) se evalueaz numeric.

n tehnica CEM, antena dipol este folosit att ca anten de emisie, ct i ca anten de recepie n intervalul de frecven: 30 MHz 300 MHz.

Factorul de scurtare. n relaiile privind puterea radiat i rezistena de radiaie, s-a admis c lungimea antenei este l = (/2. La antenele realizate, la care conductorul antenei difer de conceptul "filiform" i deci la care acest conductor are un diametru d bine determinat, relaia de dependen, la rezonan, este , unde kS este factorul de scurtare, care depinde de raportul (/d. Pentru antenele construite, factorul de scurtare variaz ntre 0,82 i 0,96 , pentru raportul (/d cuprins ntre 4 i 2000. Factorul de scurtare se explic prin urmtoarele:

Viteza de propagare a curentului n conductorul antenei este mai mic dect viteza de propagare a undei electromagnetice n spaiul vid.

Frecvena de rezonan este modificat de "efectul de capt" i de capacitile parazite mai importante fa de pmnt, datorate sistemelor mecanice de sprijinire a antenei la extremiti. Efectul de capt este mai pregnant la antenele ale cror extremiti sunt meninute de izolatoare. n acest caz curentul din extremitile antenei nu este nul; un curent mic de natur capacitiv se scurge spre pmnt.

Impedana antenei. Pentru o anten dipol cu lungimea curentul prezint un minim la extremiti i un maxim la mijlocul antenei, adic n zona de excitaie; tensiunea este cea mai mic la mijlocul antenei i maxim la extremiti. Rezult de aici c n lungul antenei impedana este variabil, i anume este maxim la extremiti i minim n zona de excitaie.

Impedana de intrare a antenei este definit ca impedana aparent n zona de alimentare (excitaie a antenei). La antenele dipol construite cu excitaie la mijloc, impedana de intrare este de aproximativ 60 (.

Tensiunea de alimentare a antenei dipol. Schema echivalent simplificat a unei antene dipol cu excitaie la mijloc const dintr-un circuit cu componentele R, L, C conectate n serie. La rezonan, tensiunea de alimentare U=RI , unde R se compune din rezistena de radiaie la care se adaug rezistena de pierderi, iar I este curentul n punctul de excitaie. n practic este necesar s se in seama i de cderea de tensiune datorat unei inductiviti reziduale.

4.3. Antena cadru

n tehnica CEM, antena cadru este folosit la determinarea eficienei de ecranare a cabinelor ecranate, a ferestrelor de tip fagure i a garniturilor de nalt frecven. n acest scop se folosete o pereche de antene, din care una este de emisie i cealalt este de recepie. Banda de frecven este cuprins ntre 9 kHz i 30 MHz, iar verificarea eficienei de ecranare se efectueaz la componenta de cmp magnetic. Aceast component este relativ intens n apropierea antenei cadru. ntre antena cadru i antena dipol exist un anumit dualism, n sensul c antena dipol creeaz, n apropiere, o component intens de cmp electric, iar antena cadru creeaz, n apropiere, o component intens de cmp magnetic. Dup cum se va observa, acest dualism se manifest i n expresiile componentelor de cmp magnetic, respectiv electric.

Antena cadru const dintr-o bucl circular de raz a parcurs de un curent de nalt frecven . n fig.4.5, bucla de curent este plasat n planul x0y, cu centrul n centrul sistemului de coordonate. Pentru calculul componentelor de cmp electromagnetic, peste sistemul cartezian x, y, z se suprapune sistemul de referin cilindric. Punctul P(r, (, (=0), n care se calculeaz componentele de cmp, este situat n planul x0z. Triunghiul P(( este dreptunghic, cu unghiul drept n punctul (.

Fig. 4.5 Antena cadru de emisiePotenialul magnetic vector. Din relaia de definiie a potenialului magnetic vector:

EMBED Equation.DSMT4 (4.25)Rezult c orientarea vectorului A va fi dat de orientarea densitii de curent J = i / Q unde Q este aria seciunii transversale a conductorului buclei, i deci potenialul magnetic vector retardat este de forma A= A. Cu orientarea spaial cunoscut, se poate scrie expresia potenialului magnetic vector retardat ca valoare instantanee complex :

(4.26)

unde d este distana ntre i P.

Expresiile componentelor de cmp. Componenta de cmp magnetic dup direcia :

(4.27)

Componenta de cmp magnetic dup direcia r :

(4.28)

Componenta de cmp elctric dup direcia :

(4.29)

Relaia la deprtare. Dac punctul P(r, , z) se situeaz la deprtare, adic dac r > ( / 2 sau ( / (2r) < 1. rezult:

a) n relaia (4.27) n parantez are pondere numai ultimul termen i deci:

(4.30)b) n relaia (4.28) n comparaie cu , fiindc are pondere numai ultimul termen din parantez, iar se afl la numitor .

c) n relaia (4.29) are pondere numai ultimul termen din parantez:

(4.31)Din relaiile (4.30) i (4.31) se deduce expresia impedanei de und n vid a radiatorului cadru :

(4.32)

Se observ c la mare distan vectorii i sunt n cuadratur spaial i deci puterea radiat se calculeaz cu o relaie simpl:

(4.33)

unde este puterea medie.

Radiaia n apropiere. Dac punctul P(r, , z) se afl n apropiere, adic dac r < ( / 2, n relaiile (4.27), (4.28), (4.29) se pot neglija, n raport cu unitatea, termenii care cuprind raportul 2r/(, iar componentele de cmp devin :

(4.34)

(4.35)

(4.36)

Pentru unghiul = /2 rezult i impedana de und rezult:

(4.37)

Din relaiile (3.14) i (4.32) rezult c, la mare deprtare, adic pentru r > ( / 2 modulul impedanei de und se conserv la aceeai valoare pentru ambele tipuri de radiatoare. In figura 4.6 se prezint diagramele modulului impedanei de und pentru cele doua tipuri de radiatoare, n funcie de distana r msurat n multiplii de ( / 2.

Calitativ i n apropierea radiatorului intensitatea componentei de cmpelectric, la radiatorul dipol, este puternic, iar la radiatorul cadru, intensitatea componentei de cmp magnetic este puternic.

Fig.4.6 Impedana de und a radiatoarelor dipol i cadru

Rezistena de radiaie a antenei cadru. Aceast rezisten se calculeaz dup acelai procedeu ca la dipolul Hertz, dar cu dat de relaia (4.33) n care intr extras din relaia (4.30) i extras din relaia (4.31). Se obine astfel rezistena de radiaie a antenei cadru i puterea radiat:

(4.37,a)

relaie n care n este numrul de spire al cadrului, iar = 2(a este lungimea periferic a unei spire, sau:

(4.37,b)

unde .

Este de notat c o anten cadru, indiferent dac este de emisie sau de recepie, funcioneaz acordat i n aceast situaie la extremitatea buclei, format de cele mai multe ori dintr-o singur spir, se conecteaz un condensator. Astfel, cmpul electric este concentrat la bornele condensatorului, iar cmpul magnetic este concentrat la maximum n zona central a spirei.

Randamentul antenei care funcioneaz acordat se evalueaz cu relaia (5.113), n care se arat c raportul ntre rezistena de pierderi RP i rezistena de radiaie Rr joac un rol determinant. Pentru a diminua rezistena de pierderi i deci a mbunti randamentul antenei de emisie, este necesar s se foloseasc conductoare scurte de conductivitate ct mai mare (Cu), cu efect pelicular ct mai redus i s se realizeze contacte electrice (la conectarea condensatorului) de rezisten ct mai mic, ceea ce se obine prin procedeul tehnologic de lipitur tare de suprafa mare. n acelai timp prin reducerea lungimii periferice se elimin formarea, la rezonan, de noduri i ventre n lungul conductorului.

Antena cadru de recepie este introdus ntr-un ecran circular ntrerupt pentru a nu forma o spir n scurtcircuit. n acest mod, la antenele de recepie, se elimin posibilitatea ca antena cadru s fie sensibil i la componenta de cmp electric a radiaiei electromagnetice.

4.4. Antena biconic

Funcionarea antenei biconice se explic cu ajutorul unui model fizic n care cele dou conuri au o extindere foarte mare, teoretic infinit. Un asemenea model este schiat n fig.4.7, n care se observ c aceast anten este un dipol conic cu excitaie la mijloc. Prin ipotez se accept o component, normal la con, de cmp electric, adic i o component tangenial de cmp magnetic, adic .

n coordonate sferice, componentele rotorului sunt urmtoarele:

dup direcia r:

(4.38) dup direcia (:

(4.39)

dup direcia (:

(4.40)

n regim armonic ecuaiile lui Maxwell iau forma:

(4.41)

(4.42)

Din relaiile (4.40) i (4.42) rezult :

(4.43) Din relaiile (4.39) i (4.41) rezult :

(4.44) Pe de alt parte se observ c :

(4.45)pentru c, prin ipotez, .

Componenta de cmp magnetic. Se admite c unda de propagare este sferic i n acest caz , ca valoare instantanee n scriere complex, este de forma:

(4.46)

unde constanta de propagare n spaiu vid este .

Intesitatea curentului pe suprafaa conic. Aceast intensitate se calculeaz cu legea circuitului magnetic:

(4.47)

Se observ c, n ipoteza conurilor extinse la infinit, curentul se menine constant, dar n continu defazare.

Impedana antenei biconice. Prin efectuarea raportului ntre U(r, () i I(r) se obine impedana antenei conice:

(4.48)

Puterea radiat. Radiaia este de tip TEM i deci i se afl n cuadratur spaial. Puterea specific radiat se calculeaz cu ajutorul vectorului Poynting, care, ca modul i valoare de vrf, este:

(4.49)

Unghiul ( variaz ntre i . Valoarea cea mai mare a puterii specifice se obine pentru ( = i ( =.

Puterea radiat, ca valoare de vrf, este:

(4.50)

Puterea medie radiat se calculeaz cu ajutorul relaiei de mai sus:

(4.51)

Important este c antena conic, aa cum se arat n relaia (Zcon), are o impedan Zcon independent de frecven. Acest aspect permite o bun adaptare a cablului coaxial care alimenteaz antena, pentru o band larg de frecven, de exemplu ntre 400 MHz la 1 GHz. n realitatea fizic, antena biconic este limitat ca extindere.

Capitolul 5

Antena de recepie ca senzor de cmp electric

Pe baza teoriei reciprocitii orice anten de emisie poate fi anten de recepie. Esenial ns este faptul c din punct de vedere termic antena de emisie se dimensioneaz pentru curentul introdus n anten (de exemplu, 100A), n timp ce antena de recepie se dimensioneaz pentru curentul receptat (de exemplu, 10 (A).

n cele ce urmeaz se prezint funcionarea antenelor de recepie dipol i cadru.

5.1. Antena de recepie dipol

Aceast anten este folosit conform normelor CISPR 18 i DIN VDE 0877 la msurarea semnalelor de interferen radio n banda 30 MHz (300 MHz. Sarcina antenei de recepie, utilizat n tehnica CEM, este impedana de intrare Zr=50 ( a unui voltmetru de perturbaii sau a unui analizor de spectru. Conexiunea ntre anten i aparatul de msurat (voltmetru sau analizor de spectru) se realizeaz prin intermediul unui cablu coaxial cu impedana caracteristic Zc=50 (. n acest caz se poate spune c impedana de sarcin Zs a antenei receptoare este . Schia fizic a antenei receptoare este prezentat n fig.5.1. Unda electromagnetic plan excit antena sub unghiul de inciden (, cu viteza de propagare . Tensiunea n gol culeas de anten este:

(5.1)

Fig.5.1. Antena de recepie dipol: a) schia fizic; b)schema electric echivalent

Deschiderea antenei (apertur). Acest parametru este definit ca raportul ntre puterea recepionat pe impedana de sarcin i densitatea de putere S, local .

Schema electric echivalent a antenei de recepie este prezentat n fig.5.1, b. Impedana antenei cuprinde un termen real datorat rezistenei de radiaie i unul imaginar datorat inductivitii antenei: (5.2)Datorit scurgerii de sarcin prin anten, acesta devine o surs secundar de radiaie . Dac antena este acordat, adic impedana de sarcin este , puterea medie receptat este:

(5.3)unde este tensiunea captat n gol.

Valoarea rezistenei de radiaie , care intervine la numitor, este dat de relaia (4.24). Densitatea de putere S este modulul vectorului Poyting local, adic :

(5.4)unde este valoarea de vrf a coomponentei de cmp electric. Factorul de conversie al antenei. Antena ca senzor servete la msurarea cmpului electric E. Milivoltmetrul sensibil nu msoar direct un cmp electric, ci o tensiune pe impedana de sarcin de 50(. n scopul obinerii unei informaii utile cu ajutorul voltmetrului de perturbaii, se definete un factor de conversie al antenei sub forma urmtoarelor variante:

a) Raportul ntre intensitatea cmpului electric E i tensiunea U, msurat pe impedana de sarcin a milivoltmetrului, adic:

[1/m]

(5.5)

b) Logaritmul raportului dat de relaia (5.5):

[dB(1/m)]

(5.6)

c) Dac instrumentul de msurat (milivoltmetrul de perturbaii) este etalonat n dB, adic tensiunea msurat este:

[dB(1(V)] (5.7)

iar intensitatea cmpului electric:

[dB(1(V/m)] (5.8)5.2. Antena de recepie cadru

Aceast anten este n esen o bucl conductoare, de cele mai multe ori de form circular, ca n fig.5.2.

Antena de recepie cadru este sensibil la componenta de cmp magnetic. Dac bucla are N spire, iar componenta de cmp magnetic face unghiul ( cu planul buclei, tensiunea n gol indus este:

(5.9)

Cu , rezult:

(5.10)

Din punct de vedere constructiv N=1, pentru ca lungimea conductorului s fie mic n raport cu lungimea de und. De asemenea, conductorul bucl care formeaz antena este introdus ntr-un ecran tubular nescurtcircuitat, ca n fig.5.3, antena de recepia cadru fiind folosit la msurarea componentei de cmp electric pe baza relaiei .

n figura 5.3 se arat schema electric a sistemului AMZ-3/50 de fabricaie INCO, schem n care se poate observa modul de asimetrizare a antenei. Antena capteaz ntre bornele a i b un semnal izolat fa de pmnt, iar cablul coaxial are ecranul conectat la pmnt. Pentru acordarea antenei se folosete un sistem de inductiviti cuplate cu condensatoare variabile.

5.3. Proprietile generale ale antenelor Directivitate i ctig. Antenele sunt folosite la emisie n scopul conversiei energiei de conducie n energie de radiaie, iar la recepie, n scopul conversiei energiei de radiaie n energie de conducie.

Un radiator izotrop poate fi acceptat ca noiune teoretic, n sensul c puterea specific radiat este aceeai n toate direciile. n acest caz radiatorul ideal este punctiform, iar puterea specific radiat (modulul vectorului Poyting) depinde de distana r dup relaia:

(5.11)unde este puterea total, ca valoare medie, radiat. Antenele, fizic realizate, nu radiaz uniform n toate direciile. Puterea radiat depinde de unghiul i uneori i de unghiul (antena periodic logaritmic). Concentraia radiaiei ntr-o anumit direcie este benefic pentru scopurile practice. Pentru a caracteriza aceast concentrare se folosete noiunea de directivitate, care este definit ca raportul ntre valoarea maxim a puterii specifice i valoarea a puterii specifice a radiatorului izotrop:

(5.12)Directivitatea dipolului Hertz, ca exemplu, de calculeaz cu relaia (5.12) cu pentru =(/2 din relaia (3.24) si din relaia (3.28):

(5.13)

Puterea specific S radiat de dipolul Hertz nu este aceeai n toate direciile. n fig.5.4 se prezint ntr-o diagram polar normat pe baza relaiei (3.24) la pentru =(/2, aceast putere specific. La unghiul =(/4 puterea specific normat . Diagrama din figura 5.4 se numete i diagrama de directivitate.

Fig.5.4 Diagrama de directivitate a dipolului Hertz

Randamentul antenei. n cazul antenei de emisie puterea radiat calculat, este mai mic dect introdus n anten. Astfel se definete randamentul antenei la emisie:

(5.14)unde este rezistena de radiaie, iar rezistena de pierderi Joule.

Randamentul antenei monopol excitate la baz, ca n fig.5.5, depinde n mare msur de rezistena prizei de pmnt, ca i de pierderile Joule majorate prin efectul pelicular n conductorul activ care radiaz. Dac priza este construit dintr-o reea metalic de adncime, pierderile diminueaz considerabil. Antenele care sunt izolate fa de pmnt (dipol cu excitaie la centru, periodic logaritmic) au randamente superioare de tip monopol.

Fig.5.5 Antena monopol cu excitaia la baz

n mod analog, la o anten receptoare, puterea captat de anten este mai mare dect puterea util , transferat pe impedana de sarcin a antenei receptoare :

(5.15)unde reprezint pierderea n antena receptoare, din care puterea radiat prin radiaie joac un rol important.

Ctigul G al antenei este definit ca produsul dintre directivitatea D i randamentul :

sau G[dB]=10 logG (5.16) Cuplajul ntre antena de emisie i cea de recepie. Datorit faptului c antena de recepie determin n sarcin o radiaie electromagnetic secundar, se poate spune c exist o interaciune cu caracter mutual ntre antena de emisie i cea de recepie. Curentul care parcurge antena de emisie (primar) determin n antena de recepie tensiunea electromotoare:

(5.17)

unde: este impedana de cuplaj ntre antena de emisie i cea de recepie.

Curentul din antena de recepie determin n antena de emisie o tensiune electromotoare:

(5.18)

unde: este impedana de cuplaj ntre antena de recepie i cea de emisie. Din motive de simetrie . n general, cuplajul ntre cele dou antene se cuantific sub forma:

Tensiunea de excitaie a antenei de emisie:

(5.19)

Tensiunea captat de antena de recepie:

(5.20)

n relaiile (5.19) i (5.20), i sunt impedanele proprii ale antenelor. Relaiile menionate au o valoare funcional calitativ pentru c curenii i nu sunt mrimi constante n antene. n figura 5.6 se arat schema de principiu a cuplajului ntre cele dou antene, schem care satisface relaiile (5.125) i ( 5.126).

Teorema reciprocitii. Aceasta a fost formulat de A. Sommerfeld pentru sistemul compus din dou antene de acelai tip, ca n fig. 5.7 i 5.8, i are urmtorul coninut:

O anten de emisie 1 cu curentul de baz determin tensiunea n gol n antena 2 de recepie,

Dac antena 2 devine emitoare cu curentul de baz =, tensiunea n gol captat de antena 1 este =, ca n figura 5.8.

Cu referire la relaiile (5.17) i (5.18) se scrie:

* n primul caz

(5.21)

* n cazul al doilea

(5.22)

relaii din care rezult:

(5.23)

Etalonarea antenei.Aceast operaie se poate efectua n "putere" sau n "cmp electric".Etalonarea n putere. n acest caz se urmrete s se determine ceea ce se numete ctigul practic Gp al unei antene, definit ca raportul ntre puterea recepionat Prec pe impedana nominal (50 () a antenei i puterea teoretic Pteor recepionat de o anten de referin orientat optim n cmp omogen i fr pierderi:

;

(5.24)

Determinarea ctigului practic se efectueaz, conform normelor DIN 45003, cu ajutorul a dou antene identice, pe baza teoremei reciprocitii, dup cum urmeaz:

Se msoar atenuarea de propagare ap ntre cele dou antene identice (una de emisie i alta de recepie).

Se calculeaz atenuarea teoretic at n cazul radiatorului izotrop.Dependena ntre ap, gp i at este:

[dB]

(5.25)

relaie din care se scoate expresia ctigului practic:

(5.26)

n fig. 5.9 se prezint schema electric a instalaiei cu ajutorul creia se msoar atenuarea de propagare ap. Antenele 1 i 2 sunt identice. Distana r ntre antene satisface condiia:

(5.27)

unde: W este cea mai mare dimensiune linear a unei antene, iar ( este lungimea de und. nlimea h a antenei fa de sol va fi h>2(, pentru a se neglija influena solului. Conexiunile vor respecta condiia l1+l2=l3+l4. Atenuatorul D este evaluat n valori absolute i regleaz pn cnd receptorul R va indica aceeai diviziune n ambele poziii. Atenuarea at este citit direct pe atenuator.

Dependena ntre ctigul practic Gp i factorul de conversie al antenei Fc este dat de relaia:

(5.28)

Antenele folosite n tehnica CEM sunt etalonate "n cmp electric".

Fig. 5.9 Relativ la etalonarea antenelor

Fig. 4.1 Antena monopol acordat

Fig. 4.4 Antena dipol excitat la mijloc

Fig. 5.2 Antena cadru

Fig5.6. Cuplajul ntre antenele de emisie i de recepie.

Fig. 5.7Antena 1 de emisie, Fig.5.8. Antena 2 de emisie,

antena 2 de recepie antena 1 de recepie

PAGE

_1272581343.unknown

_1272630436.unknown

_1272706682.unknown

_1272792281.unknown

_1272793089.unknown

_1272815929.unknown

_1272816918.unknown

_1275324246.unknown

_1276260741.unknown

_1275333320.unknown

_1272817090.unknown

_1272817116.unknown

_1272817357.unknown

_1272816964.unknown

_1272816320.unknown

_1272816352.unknown

_1272816277.unknown

_1272814846.unknown

_1272815359.unknown

_1272815449.unknown

_1272815215.unknown

_1272814582.unknown

_1272814721.unknown

_1272814202.unknown

_1272814347.unknown

_1272793114.unknown

_1272792702.unknown

_1272792904.unknown

_1272792953.unknown

_1272792843.unknown

_1272792587.unknown

_1272792635.unknown

_1272792483.unknown

_1272790685.unknown

_1272791094.unknown

_1272791272.unknown

_1272791440.unknown

_1272791186.unknown

_1272790929.unknown

_1272791035.unknown

_1272790819.unknown

_1272707382.unknown

_1272707625.unknown

_1272790565.unknown

_1272707586.unknown

_1272707188.unknown

_1272707309.unknown

_1272707158.unknown

_1272705471.unknown

_1272706126.unknown

_1272706379.unknown

_1272706538.unknown

_1272706181.unknown

_1272706096.unknown

_1272705618.unknown

_1272705656.unknown

_1272703685.unknown

_1272704182.unknown

_1272705402.unknown

_1272705461.unknown

_1272703729.unknown

_1272632482.unknown

_1272703664.unknown

_1272630604.unknown

_1272631005.unknown

_1272585492.unknown

_1272587081.unknown

_1272628554.unknown

_1272629300.unknown

_1272630316.unknown

_1272629014.unknown

_1272587357.unknown

_1272587485.unknown

_1272587226.unknown

_1272586595.unknown

_1272586937.unknown

_1272587005.unknown

_1272587056.unknown

_1272586887.unknown

_1272585676.unknown

_1272586529.unknown

_1272585544.unknown

_1272583011.unknown

_1272583882.unknown

_1272584500.unknown

_1272585364.unknown

_1272584026.unknown

_1272583674.unknown

_1272583746.unknown

_1272583412.unknown

_1272582386.unknown

_1272582608.unknown

_1272582624.unknown

_1272582584.unknown

_1272582121.unknown

_1272582274.unknown

_1272581405.unknown

_1272573889.unknown

_1272576523.unknown

_1272577692.unknown

_1272579184.unknown

_1272579402.unknown

_1272581292.unknown

_1272579343.unknown

_1272579090.unknown

_1272579100.unknown

_1272578989.unknown

_1272579010.unknown

_1272577820.unknown

_1272577328.unknown

_1272577495.unknown

_1272577566.unknown

_1272577407.unknown

_1272577029.unknown

_1272577200.unknown

_1272576855.unknown

_1272575818.unknown

_1272576051.unknown

_1272576274.unknown

_1272576311.unknown

_1272576123.unknown

_1272575984.unknown

_1272575985.unknown

_1272575873.unknown

_1272574962.unknown

_1272575134.unknown

_1272575276.unknown

_1272574963.unknown

_1272574866.unknown

_1272574915.unknown

_1272574961.unknown

_1272574311.unknown

_1272574012.unknown

_1272574162.unknown

_1176996871.unknown

_1272565123.unknown

_1272568260.unknown

_1272569078.unknown

_1272572679.unknown

_1272573810.unknown

_1272572588.unknown

_1272568993.unknown

_1272565374.unknown

_1272565532.unknown

_1272565552.unknown

_1272565518.unknown

_1272565346.unknown

_1272565250.unknown

_1272563248.unknown

_1272564666.unknown

_1272564757.unknown

_1272564788.unknown

_1272564730.unknown

_1272564087.unknown

_1272564595.unknown

_1272563566.unknown

_1176996882.unknown

_1272556942.unknown

_1272557037.unknown

_1272557049.unknown

_1272556981.unknown

_1272556795.unknown

_1272556903.unknown

_1176996884.unknown

_1272556311.unknown

_1177756941.unknown

_1176996883.unknown

_1176996878.unknown

_1176996880.unknown

_1176996881.unknown

_1176996879.unknown

_1176996876.unknown

_1176996877.unknown

_1176996872.unknown

_1175338312.unknown

_1176996863.unknown

_1176996867.unknown

_1176996869.unknown

_1176996870.unknown

_1176996868.unknown

_1176996865.unknown

_1176996866.unknown

_1176996864.unknown

_1175944669.unknown

_1176996861.unknown

_1176996862.unknown

_1176996859.unknown

_1175338315.unknown

_1175941260.unknown

_1175338314.unknown

_1052383475.unknown

_1175259958.unknown

_1175262525.unknown

_1175338310.unknown

_1175338311.unknown

_1175262527.unknown

_1175262528.unknown

_1175262526.unknown

_1175262492.unknown

_1175262524.unknown

_1175259960.unknown

_1175259962.unknown

_1175259963.unknown

_1175259959.unknown

_1175259954.unknown

_1175259956.unknown

_1175259957.unknown

_1175259955.unknown

_1175259925.unknown

_1175259953.unknown

_1052383476.unknown

_1052145401.unknown

_1052383471.unknown

_1052383473.unknown

_1052383474.unknown

_1052383472.unknown

_1052145487.unknown

_1052383468.unknown

_1052383470.unknown

_1052145489.unknown

_1052383464.unknown

_1052145490.unknown

_1052145488.unknown

_1052145403.unknown

_1052145486.unknown

_1052145402.unknown

_1052145394.unknown

_1052145396.unknown

_1052145400.unknown

_1052145395.unknown

_1052145385.unknown

_1052145386.unknown

_1052145384.unknown