Нормированное комплексное сопротивление

  =

Коэффициент отражения (комплексный, по напряжению, наиболее употребительные обозначения –  или ; часто точки над буквами, обозначающими комплексные величины, не ставятся, если это не может вызвать недоразумений):

                             Г =  =  ,

где U и E – комплексные амплитуды напряжения и напряженности электрического поля для отраженной и падающей волн.

Коэффициент отражения определяется для тракта с заданным волновым сопротивлением W (обычно 50 Ом) и соответствует элементу S 11 матрицы рассеяния.

Модуль коэффициента отражения (|Г|, | S 11|), коэффициент стоячей волны (КСВ, КСВн, SWR) – скалярные величины, определяющие только степень согласования антенны с трактом.

Связь всех этих величин дается соотношениями:

(формулы набрать в Word!)

Входные характеристики удобно изображать на круговых диаграммах, основой которых служит представление коэффициента отражения в полярных координатах (модуль и фаза), а для пересчета этой величины в нормированное комплексное сопротивление используется специальная шкала (номограмма), носящая названия «диаграмма Смита», «диаграмма Вольперта-Смита» или просто «круговая диаграмма полных сопротивлений» (см. рисунок 4.6). Подробное описание этой номограммы и приемов ее использования для решения различных задач можно найти в литературе, например, в [Шипков, сборник задач по АФУ].

Рис. 4.6 Круговые диаграммы для Г и Z/W (на этих диаграммах надо убрать голубую точку и нанести какую-нибудь кривую, чтобы было видно, что изменяется только шкала!)

Классический метод измерения входных характеристик требует регистрации распределения электрического поля в измерительной линии, включенной между антенной и генератором (измеряются КСВ и сдвиг минимума поля относительно режима КЗ, см., например, [ ]) и расчетов с использованием диаграммы полных сопротивлений; в настоящее время эти измерения производятся исключительно с помощью анализаторов цепей совершенно аналогично измерениям характеристик двухполюсников (рис.4.7).

Важно! При измерениях входных характеристик вблизи антенны не должно быть тел, влияющих не результаты измерений!

                 Рис. 4.7 Измерение согласования антенны с помощью анализатора цепей

Для примера изображение входного сопротивления хорошо согласованной сверхширокополосной антенны на экране анализатора цепей показано на рис.4.8. (идеальному согласованию соответствовала бы точка в центре круга). Зависимость КСВ от частоты для подобного случая показана на рис. 4.7

Рис. 4.8 Входная характеристика хорошо согласованной в широком частотном диапазоне антенны на экране векторного анализатора цепей H8510 (режим индикации комплексного сопротивления Z на круговой диаграмме)

Рис. 4.9  Входная характеристика хорошо согласованной в широком частотном диапазоне антенны на экране векторного анализатора цепей H8510 (режим индикации коэффициента стоячей волны - КСВ, SWR)

Требования к точности измерений входных параметров, как правило, связаны с относительной полосой рабочих частот антенны, поскольку реально достижимая степень согласования уменьшается с увеличением полосы (теоретически на фиксированной частоте антенна может быть согласована идеально, то есть с КСВ=1). Если для узкополосных антенн (полоса порядка единиц процентов) типичными требованиями являются значения КСВ не хуже 1.1 и точность измерения + 0,05, то для сверхширокополосных (полоса порядка октавы и более) - КСВ не хуже 2, достаточная точность + 0.1. Частотный диапазон, в пределах которого значения КСВ не превышают заданного, в большинстве случаев рассматривается в качестве рабочего диапазона антенны.

Полезные оценки: значению КСВ= 2 соответствует уровень отраженной мощности (потери на отражение) около 10%, а значению КСВ = 1.2 – около 1%.