18
Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova 21. veljače 2011. Što je antena? prijelazno područje prijenosna linija generator vođeni val u prijenosnoj liniji širi se jednom dimenziji antena Definicija udruge IEEE Antena je sredstvo (ili naprava) za odašiljanje i primanje radijskih valova. val u slobodnome prostoru širi se u sve tri dimenzije Što je antena? Odašiljačka antena pretvara jednodimenzionalni elektromagnetski val iz prijenosne linije u trodimenzionalni elektromagnetski val u slobodnome prostoru. V A elektromagnetski val u slobodnome prostoru odašiljačka antena trodimenzionalno širenje energije odašiljač prijenosna linija I A I A jednodimenzionalno širenje energije elektromagnetski val u prijenosnoj liniji

Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Ant

ene

i ras

pros

tiran

je

elek

trom

agne

tski

h va

lova

21. v

eljače

201

1.

Što

je a

nten

a?

prije

lazn

o po

druč

je

prije

nosn

a lin

ijage

nera

tor

vođe

ni v

alu

prije

nosn

oj li

niji

širi

se je

dnom

dim

enzi

ji

ante

na

Def

inic

ija u

drug

e IE

EE

Ant

ena

je sr

edst

vo (i

li na

prav

a) z

a od

ašilj

anje

i pr

iman

je ra

dijs

kih

valo

va.

val u

slob

odno

me

pros

toru

širi

se u

sve

tri d

imen

zije

Što

je a

nten

a?

Oda

šiljačk

a an

tena

pre

tvar

a je

dnod

imen

zion

alni

ele

ktro

mag

nets

ki v

al

iz p

rijen

osne

lini

je u

trod

imen

zion

alni

ele

ktro

mag

nets

ki v

al u

sl

obod

nom

e pr

osto

ru.

VA

elek

trom

agne

tski

val

u

slob

odno

me

pros

toru

odaš

iljačk

a an

tena

trodi

men

zion

alno

ši

renj

e en

ergi

je

odaš

iljač

prije

nosn

a lin

ija

I A I A

jedn

odim

enzi

onal

no

šire

nje

ener

gije

elek

trom

agne

tski

val

u

prije

nosn

oj li

niji

Page 2: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Što

je a

nten

a?

Prija

mna

ant

ena

pret

vara

trod

imen

zion

alni

ele

ktro

mag

nets

ki v

al iz

sl

obod

noga

pro

stor

a u

jedn

odim

enzi

onal

ni v

al u

prij

enos

noj l

iniji

.

elek

tričn

o po

lje ra

vnog

a va

la

u sl

obod

nom

e pr

osto

ru

prija

mna

an

tena

prija

mni

k

jedn

odim

enzi

onal

no

šire

nje

ener

gije

elek

trom

agne

tski

val

u

prije

nosn

oj li

niji

Osn

ovna

funk

cija

ant

ene

1.Pr

ilago

dba

trodi

men

zion

alno

g (3

D) v

ala

iz sl

obod

noga

pro

stor

a je

dnod

imen

zion

alno

m (1

D) v

ođen

om v

alu

u pr

ijeno

snoj

lini

ji, i

obra

tno

2.U

smje

rava

nje

ener

gije

u ž

elje

nom

smje

ru u

nuta

r zad

anog

pro

stor

a

Geo

met

rija

ante

ne

1.lin

earn

e(r

avni

vod

iči,

žiča

ne a

nten

e)

–ra

d na

niž

im fr

ekve

ncija

ma;

< 1

GH

z)1. 2.

povr

šins

ke(o

tvor

koj

i zrači

EM

ene

rgiju

)–

rad

na v

išim

frek

venc

ijam

a; >

1 G

Hz)

Frek

venc

ijski

ops

eg

1.re

zona

ntne

(usk

opoj

asne

); re

lativ

na ši

rina

poja

sa d

o 10

%

2.ši

roko

poja

sne;

om

jer g

ornj

e i d

onje

gra

ničn

e fr

ekve

ncije

od

2 :

1 do

40

: 1

Page 3: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Elek

troničk

a sv

ojst

va

1.pa

sivn

e (r

ecip

ročn

e); j

edna

ka sv

ojst

va p

ri od

ašilj

anju

i pr

iman

ju

2.ak

tivne

(ner

ecip

ročn

e) –

inte

grira

ne s

aktiv

nim

kom

pone

ntam

a i

sklo

povi

ma

kao

što

su p

ojač

ala,

osc

ilato

ri, m

ješa

lai s

l.)

Tem

eljn

a pr

etpo

stav

ka

Pri p

rouč

avan

ju a

nten

a, sm

atra

t ćem

o da

je a

nten

a iz

olir

ana

u slo

bodn

ome

pros

toru

.

No

ante

ne se

čes

to n

alaz

e uz

Zem

ljinu

pov

ršin

u ili

bliz

u veći

h gr

ađev

ina

i prir

odni

h ob

jeka

ta (p

lani

ne, b

rda,

veg

etac

ija…

) pa

se

javl

jaju

nep

ožel

jni uči

nci z

bog

refle

ksije

, lom

a, ra

sprš

enja

, ogi

ba

itd. St

oga

je p

ojam

“iz

olira

na a

nten

a”sa

mo

teor

ijska

pre

tpos

tavk

a.

Idej

a su

perp

ozic

ije

Tem

elja

idej

a u

teor

iji a

nten

a je

st su

perp

ozic

ija.

Polje

koj

e pr

oizv

odi s

kup

izvo

ra je

dnak

o je

zbr

oju

polja

poj

edin

ačni

h iz

vora

. (T

o je

pro

šire

nje

idej

e uk

upno

g dj

elov

anja

nab

oja

–el

ektričn

a si

la k

oju

proi

zvod

i sku

p na

boja

jedn

aka

je su

perp

ozic

ijiel

ektričn

ih si

la p

ojed

inač

nih

nabo

ja.)

Ako

svi i

zvor

i im

aju

isti

smje

r stru

je, o

nda

se u

kupn

i pot

enci

jal m

ože

dobi

ti zb

raja

njem

poj

edin

ačni

h po

tenc

ijala

.

Frek

venc

ijsko

pod

ručj

e

•El

ektro

mag

nets

ki (E

M) j

e sp

ekta

r izn

imno

vel

ikog

rasp

ona.

Val

ne

dulji

ne E

M-v

alov

a pr

otež

u se

u ra

spon

u od

kilo

met

arsk

ih v

alni

h du

ljina

do

subm

ilim

etar

skih

(< 1

mm

). Ti

m v

alni

m d

uljin

ama

odgo

vara

ju fr

ekve

ncije

u ra

spon

u od

100

kH

zdo

izna

d 30

0 G

Hz.

•A

nten

e om

oguć

uju

brzu

(c≈

300.

000

km/s

) kom

unik

aciju

»už

ivo«

prem

a »o

nom

e ta

mo«

i od

»ono

ga ta

mo«

.

•Po

rast

om lj

udsk

ih a

ktiv

nost

i usm

jere

nih

ka sv

emiru

, pot

rebe

za

ante

nam

a ra

sti ć

e do

stup

nja

koji

nika

d pr

ije n

ism

o up

ozna

li, a

niti

ga

mož

emo

zam

islit

i.

•Jo

hnD

. Kra

us(2

006.

): “P

rem

da sa

Zem

lje m

ožem

o pr

omat

rati

sam

o da

leku

pro

šlos

t sve

mir

a, b

uduć

nost

ant

ena

seže

do

zvije

zda”

Page 4: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Kak

o an

tena

zrač

i?Zr

ačen

je u

brza

nog

nabo

ja (1

)

2

0π41

rqE

ε=

⎥ ⎦⎤⎢ ⎣⎡

⎟ ⎠⎞⎜ ⎝⎛−

=cr

ta

rq

tr

θμ

θsi

nπ4si

n)

,(

00

z

dina

mič

ni

nabo

j

Prot

on ti

tra u

smje

ru z-

osi.

Prito

m tr

pi a

kcel

erac

iju a

.

val

x

uzbi

ban

nabo

j

r

zel

ektričn

a si

la(C

oulo

mbo

vasi

la) x

r

stat

ični

na

boj

siln

ica

elek

tričn

og p

olja

razm

ak m

eđu

nabo

jima

(r)

ovis

nost

1/r

ovis

nost

1/r2

z

T

θ

y

x

r

i

Kak

o an

tena

zrač

i?Zr

ačen

je u

brza

nog

nabo

ja (2

)

smje

r u k

ojem

titra

vek

tor

elek

tričn

og p

olja

T’φ

smje

r u k

ojem

titra

nab

oj

točk

a pr

omat

ranj

a

izm

jeničn

a st

ruja

stva

ra

titra

je e

lekt

rično

g po

lja

dale

ko o

d iz

vora

(nab

oja)

Max

wel

love

jedn

adžb

e (1

)

t

tr

Bt

rE

∂∂

−=

×∇

),

()

,(

vv

vv

t

tr

Dt

rJ

tr

H∂

∂+

∇)

,(

),

()

,(

vv

vv

vv

)

,(

),

(t

rt

rD

vv

vv

ρ=

⋅∇

0)

,(

=⋅

∇t

rBv

v

Fara

daye

vza

kon

Am

père

ovza

kon

Gau

ssov

zako

n

Gau

ssov

zako

n

Eel

ektričn

o po

lje

(vol

t po

met

ru; V

/m)

Hm

agne

tsko

pol

je

(am

per p

o m

etar

u; A

/m)

Bgu

stoć

a m

agne

tsko

g to

ka(te

sla;

T)

Dgu

stoć

a el

ektričn

og to

ka(k

ulon

po če

tvor

nom

met

ru; )

Jgu

stoć

a el

ektričn

e st

ruje

(am

per p

o če

tvor

nom

met

ru; )

ρgu

stoć

a el

ektričn

og n

aboj

a(k

ulon

po

pros

torn

om m

etru

; )

Max

wel

love

jedn

adžb

e (2

)

z

zy

yx

x∂∂

+∂∂

+∂∂

=∇

ˆˆ

ˆ

Ham

ilton

ovdi

fere

ncija

lni o

pera

tor

(nab

laili

del-o

pera

tor)

def

inira

n je

u u

vodu

kao

gdje

, i

označu

ju je

diničn

e ve

ktor

e u

smje

ru o

si tr

odim

enzi

onal

nog

prav

okut

nog

koor

dina

tnog

sust

ava.

xy

z

Izvo

ri na

boja

i s

truje

uzr

okuj

u el

ektričn

a i m

agne

tska

pol

ja.

)

,(

trv

ρ

),

(t

rJv

v

Page 5: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Elek

trom

agne

tski

val

ovi (

1)

Val

na je

dnad

žba

Jeda

n od

naj

znač

ajni

jih re

zulta

ta M

axw

ello

vih

jedn

adžb

a po

kazu

je m

oguć

nost

ra

spro

stira

nja

elek

trom

agne

tski

h va

lova

koj

i mog

u pr

enos

iti e

nerg

iju i

info

rmac

iju

pros

toro

m. E

lekt

rom

agne

tski

val

tvor

e vr

emen

ski p

rom

jenl

jivo

elek

tričn

o i

mag

nets

ko p

olje

. Ta

polja

put

uju

slob

odni

m p

rost

orom

brz

inom

svje

tlost

i c.

Mat

emat

ički

, ele

ktro

mag

nets

ki su

val

ovi p

odsk

up rj

ešen

ja M

axw

ello

vih

jedn

adžb

a.

Ta rj

ešen

ja z

adov

olja

vaju

ele

ktro

mag

nets

ku v

alnu

jedn

adžb

u ko

ju je

mog

uće

izve

sti

iz M

axw

ello

vih

jedn

adžb

a po

d od

ređe

nim

uvj

etim

a. Z

a el

ektričn

o i m

agne

tsko

pol

je

valn

e je

dnad

žbe

popr

imaj

u sl

jedeći

obl

ik:

gdje

je

v

alni

bro

j ili

koef

icije

nt fa

ze k

oji s

e ob

ično

bilj

eži s

β. E

lekt

rično

i m

agne

tsko

pol

je m

ogu

opće

nito

imat

i sve

tri k

ompo

nent

e, u

smje

ru x

, yi z

. Po

dcrta

ne v

elič

ine

označu

ju fa

zore

.

0

22

=+

∇E

kE

vv

0

22

=+

∇H

kH

vv

με

ω=

k

Elek

trom

agne

tski

val

ovi (

2)

Val

na je

dnad

žba

Da

bi se

obj

asni

la v

alna

prir

oda

elek

trom

agne

tski

h po

lja, m

ože

se k

onst

ruira

ti je

dnos

tavn

o rje

šenj

e je

dnad

žbe

za k

oje

je

, a v

ekto

r ele

ktrič

nog

polja

je

dnak

je u

svim

točk

ama

ravn

ine

koja

je o

kom

ita n

a je

dan

prav

ac. R

adi

jedn

osta

vnos

ti, m

ože

se u

zeti

da je

taj p

rava

c z-

os p

ravo

kutn

og k

oord

inat

nog

sust

ava

i pre

tpos

tavi

ti da

ele

ktrič

no p

olje

ne

djel

uje

u sm

jeru

y-o

si ,

ili E

y=0.

B

uduć

i da

je ∂

/∂x=∂/∂y

=0, i

zlaz

i da

je ∇

2 =∂2

/∂z2

pa se

val

na je

dnad

žba

svod

i na

oblik

0

=⋅

∇Ev

Pogl

edaj

mo

sad

koje

kom

pone

nte

elek

tričn

og p

olja

uopće

pos

toje

. Kak

o u

podr

učju

be

z na

boja

mor

a vr

ijedi

ti G

auss

ovza

kon,

, dob

iva

se

0=

⋅∇

Ev

0

=∂∂

+∂∂

+∂∂

zEyE

xEz

yx

0=

∂∂zE z

02

2

2

=+

∂∂E

βzE

vv

Elek

trom

agne

tski

val

ovi (

2)

Val

na je

dnad

žba

Da

bi se

obj

asni

la v

alna

prir

oda

elek

trom

agne

tski

h po

lja, m

ože

se k

onst

ruira

ti je

dnos

tavn

o rje

šenj

e je

dnad

žbe

za k

oje

je

, a v

ekto

r ele

ktrič

nog

polja

je

dnak

je u

svim

točk

ama

ravn

ine

koja

je o

kom

ita n

a je

dan

prav

ac. R

adi

jedn

osta

vnos

ti, m

ože

se u

zeti

da je

taj p

rava

c z-

os p

ravo

kutn

og k

oord

inat

nog

sust

ava

i pre

tpos

tavi

ti da

ele

ktrič

no p

olje

ne

djel

uje

u sm

jeru

y-o

si ,

ili E

y=0.

B

uduć

i da

je ∂

/∂x=∂/∂y

=0, i

zlaz

i da

je ∇

2 =∂2

/∂z2

pa se

val

na je

dnad

žba

svod

i na

oblik

0

=⋅

∇Ev

Pogl

edaj

mo

sad

koje

kom

pone

nte

elek

tričn

og p

olja

uopće

pos

toje

. Kak

o u

podr

učju

be

z na

boja

mor

a vr

ijedi

ti G

auss

ovza

kon,

, dob

iva

se

0=

⋅∇

Ev

0

=∂∂

+∂∂

+∂∂

zEyE

xEz

yx

0=

∂∂zE z

02

2

2

=+

∂∂E

βzE

vv

Elek

trom

agne

tski

val

ovi (

3)

Jedn

adžb

a dE

z/dz =

0 m

ože

se z

adov

oljit

i sam

o ak

o je

Ez

kons

tant

no il

i jed

nako

nu

li. A

ko je

pol

je u

smje

ru z-

osik

onst

antn

o, ra

di se

o st

atič

kom

ele

ktrič

nom

pol

ju

koje

nas

ne

zani

ma.

Znači

da

u ov

om sl

učaj

u, u

z pr

etpo

stav

ku E

y =

0, e

lekt

rično

po

lje n

e m

ože

imat

i kom

pone

ntu

u sm

jeru

rasp

rost

iranj

a, p

a os

taje

sam

o ko

mpo

nent

a po

lja u

smje

ru x

-osi

. Tak

o se

val

na je

dnad

žba

svod

i na

obič

nu

skal

arnu

dife

renc

ijaln

u je

dnad

žbu

drug

og re

da

čije

je o

pće

rješe

nje

perio

dičn

a va

lna

funk

cija

obl

ika

Vel

ičin

ei

označu

ju p

roiz

voljn

e ko

mpl

eksn

e am

plitu

dne

kons

tant

e, g

dje

su φ

+i φ

–poče

tni u

vjet

i, a

i m

odul

i kom

plek

snih

am

plitu

da v

alov

a ko

ji pu

tuju

u p

oziti

vnom

, odn

osno

neg

ativ

nom

smje

ru z-

osi.

+

++=

φj0

0e

EE

-

j0

0eφ

−−=

EE

+ 0E

− 0E

Rje

šenj

e va

lne

jedn

adžb

e –

ravn

i val

0dd

22

2

=+

xx

zE

βzβz

xE

Ez

Ej

0j

0e

e)

(−

−+

+=

Page 6: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Što

je ra

vni v

al?

•R

avni

val

din

amič

na je

pro

mje

na v

ekto

ra e

lekt

rično

g i m

agne

tsko

g po

lja k

oji l

eže

u ra

vnin

i oko

mito

j na

smje

r ras

pros

tiran

ja.

E

H

Rav

ni e

lekt

rom

agne

tski

val

(1)

Tren

utač

no p

olje

u v

rem

ensk

oj d

omen

i mož

e se

nap

isat

i kao

gdje

su ra

di je

dnos

tavn

osti

uzet

e re

alne

kon

stan

tei

, tj.

pret

post

avlje

no je

da

su re

lativ

ni fa

zni k

utov

i val

ova

koji

putu

ju u

poz

itivn

om i

nega

tivno

m sm

jeru

osi

je

dnak

i nul

i. Za

drže

li se

kom

plek

sne

kons

tant

e, n

jihov

se fa

zni p

omak

mož

e uz

eti

u ob

zir t

ako

da se

u a

rgum

entu

kos

inus

a do

daju

odg

ovar

ajuć

i faz

ni k

utov

i, φ +

i φ–.

Da

bi n

ašli

kako

se v

ekto

rsko

ele

ktrič

no p

olje

ele

ktro

mag

nets

koga

val

a po

javl

juje

u

pros

toru

i vr

emen

u, d

ovol

jno

je ra

zmot

riti s

amo

prvi

čla

n go

rnje

g iz

raza

, tj.

gdje

je p

olju

vraće

n sm

jer p

rimje

nom

jedi

ničn

og v

ekto

ra.

U o

vom

je p

rimje

ruel

ektričn

o po

lje p

olar

izira

no u

smje

ru o

si

, p

a ka

žem

o da

je x

-pol

ariz

irano

+ 0E

− 0E

x x

=

+=

=−

−+

tβz

tβz

tx

xE

Ez

Et

zE

ωω

ωj

j0

jj

0j

ee

ee

Re

e)(

Re

),

(

)co

s()

cos(

00

βzt

Eβz

tE

++

−=

−+

ωω

z

)co

s(ˆ

),

(0

βzt

Ext

zE

−=

v

Rav

ni e

lekt

rom

agne

tski

val

(2)

Elek

tričn

o po

lje (l

inea

rno

pola

rizira

n va

l)

smje

r ra

spro

stira

nja

E

x

y

)co

s(ˆ

),

(0

βzt

Ext

zE

−=

v

Rav

ni e

lekt

rom

agne

tski

val

(3)

Brz

ina

vala

Točk

a st

alne

faze

je točk

e u

kojo

j se

jako

st p

olja

ne

mije

nja

prom

jeno

m p

olož

aja

vala

. N

jezi

no g

iban

je u

pro

stor

u i v

rem

enu

mor

a za

dovo

ljiti

uvje

t ωt–βz

=ko

nsta

nta.

D

eriv

iranj

e to

g iz

raza

po

vrem

enu

daje

f

ddv

ktz

v=

==

ω

što

je je

dnak

o br

zini

koj

om se

pro

mat

rač

mor

a kr

etat

i da

bi o

stao

u is

toj t

očki

val

nog

oblik

a.

Bud

ući d

a je

to b

rzin

a točk

e ko

nsta

ntne

faze

, dan

o jo

j je

ime

fazn

a br

zina

i nos

i ozn

aku

v f. K

olič

nik

kruž

ne fr

ekve

ncije

i va

lnog

bro

ja d

aje

što

znač

i da

val p

utuj

e ko

nsta

ntno

m b

rzin

om. Z

a va

l u v

akuu

mu

fazn

a je

brz

ina

jedn

aka

brzi

ni

svje

tlost

i c =

=

2,99

8 m

/s.

0

0/1

εμ

με1f=

v

Page 7: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Rav

ni e

lekt

rom

agne

tski

val

(4)

Vel

ičin

a ko

ja p

ovez

uje

elek

tričn

o i m

agne

tsko

pol

je:

zove

se in

trinz

ična

impe

danc

ija sr

edstv

ai i

ma

dim

enzi

ju u

om

ima

(Ω).

Uve

o ju

je

Sche

lkun

off 1

920.

god

ine

prem

a an

alog

iji s

impe

danc

ijom

u e

lekt

rični

m

krug

ovim

a.Za

val

u v

akuu

mu

izno

si

73,

376

000

==

εμη

120π

oma.

Val

na im

peda

ncija

1=

EH

0+

η 00+

Otu

da je

vel

ičin

a m

agne

tsko

g po

lja ra

vnog

a va

la u

slob

odno

me

pros

toru

:

εμωμ

η=

Rav

ni e

lekt

rom

agne

tski

val

(5)

Mag

nets

ko p

olje

U e

lekt

rom

agne

tsko

mu

je v

alu

elek

tričn

o po

lje sv

ezan

o s m

agne

tski

m p

olje

m k

oje

se m

ože

izra

vno

izve

sti i

z Fa

rada

yeva

ili A

mpè

rova

zako

na. B

uduć

i da

elek

tričn

o po

lje u

ovo

m p

rimje

ru im

a sa

mo

x-ko

mpo

nent

u i ∂

/∂x=∂/∂y

=0, F

arad

ayev

zako

n u

fazo

rsko

m o

blik

u, n

akon

prim

jene

ope

raci

je ro

tora

na

elek

tričn

o po

lje, d

aje

što

se b

iljež

i se

u vr

emen

skoj

dom

eni k

ao

Dak

le, m

agne

tsko

pol

je im

a sa

mo

y-ko

mpo

nent

u, o

dnos

no d

jelu

je sa

mo

u sm

jeru

y-

osi

i im

a je

dnak

u ov

isno

st o

vre

men

u i p

rost

oru

kao

elek

tričn

o po

lje.

ωμ

j)

(−×

∇=

Ez

Hv

v=

ωμ

j−

1

E ye

ˆˆ

ˆ

j0

βzE

zy

−+

∂z∂x ∂x∂

∂y∂

E z

)co

s(ˆ

),

(0

βzt

Ey

tz

H−

=+

ωμε

v

βzβE

yj

0e

ˆ−

+

=ωμ

Rav

ni e

lekt

rom

agne

tski

val

(6)

Mag

nets

ko p

olje

smje

r ra

spro

stira

nja

H

x

y

z

λ

)co

s(ˆ

),

(0

βzt

Ey

tz

H−

=+

ωμε

v

Rav

ni e

lekt

rom

agne

tski

val

(7)

Elek

tričn

o i m

agne

tsko

pol

je

smje

r ra

spro

stira

nja

E

H

x

y

Page 8: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

S dr

uge

stra

ne, P

oynt

ingo

vte

orem

poka

zuje

da

se g

ustoća

sred

nje

snag

e ko

ju

pren

osi v

al m

ože

izraču

nati

iz re

alno

g di

jela

jedn

e po

lovi

ne k

ompl

eksn

og

Poyn

tingo

vave

ktor

aka

o

Snag

a i e

nerg

ija

Ako

su

i

h

arm

onijs

ki v

ekto

ri (s

inus

ne o

visn

osti

u vr

emen

u i p

rost

oru)

, ond

a nj

ihov

vek

tors

ki u

mno

žak

koji

zove

mo

Poyn

tingo

vve

ktor

, pok

azuj

e tre

nutačn

u gu

stoć

u sn

age

koju

pre

nosi

tra

nsve

rzal

ni e

lekt

rom

agne

tski

val

.×=

ES

Hvv

v

EvHv

∗×

=H

Sv

Evv

gdje

su

i

fazo

ri, i

gdje

zvj

ezdi

ca o

znač

uje

konj

ugira

no k

ompl

eksn

u vr

ijedn

ost f

azor

a m

agne

tsko

g po

lja. T

je p

erio

da p

olja

.Ev

Hv

S

HE

tt

Ht

ET

tS

Tv

vv

vv

vR

e21

Re

21d)

()

(1

)(

0

=∗

Gus

toća

toka

snag

e (1

)

S

1m2

1s

Sred

nja

gust

oća

snag

e

jest

snag

a ko

ja u

jedn

oj se

kund

i prođe

kr

oz je

dan če

tvor

ni m

etar

u ra

vnin

i oko

mito

j na

smje

r šire

nja

vala

. S

Gus

toća

toka

snag

e (2

)

Gus

toća

toka

snag

e (il

i kraće

gus

toća

snag

e) iz

raža

va se

u je

dini

cam

a W

/m2

ili

mW

/cm

2 , a

num

erič

ka je

vez

a iz

međ

u nj

ih 1

W/m

2=

0,1

mW

/cm

2 .

Za ra

vni j

e va

l u sl

obod

nom

e pr

osto

ru g

ustoća

snag

e je

dnak

a um

nošk

u ef

ektiv

nih

vrije

dnos

ti el

ektričn

og i

mag

nets

kog

polja

, tj.

S =

Eef

Hef

. Ako

su p

ozna

te

ampl

itude

pol

ja E

i H

, ond

a je

S

=EH

/2.

Bud

ući d

a su

ele

ktrič

no i

mag

nets

ko p

olje

međ

usob

no v

ezan

i int

rinzičn

om v

alno

m

impe

danc

ijom

slob

odno

ga p

rost

ora

(η=

376,

7 Ω

), iz

lazi

:

S =

E ef2

/376

,7=

376,

7H

ef2

(W/m

2 )

Saže

tak:

Rav

ni e

lekt

rom

agne

tski

val

ovi

•El

ektričn

o i m

agne

tsko

pol

je u

hom

ogen

om, i

zotro

pnom

i lin

earn

om sr

edst

vu b

ez

gubi

taka

međ

usob

no su

oko

miti

. •

Smje

r ras

pros

tiran

ja e

lekt

rom

agne

tske

ene

rgije

(i P

oynt

ingo

vve

ktor

) tak

ođer

je o

kom

it na

vek

tore

ele

ktrič

nog

i mag

nets

kog

polja

. •

Faze

oba

ju p

olja

ne

ovis

e o

koor

dina

tam

a x

i y, š

to z

nači

da

ne p

osto

ji pr

omje

na fa

ze u

ra

vnin

i koj

a je

oko

mita

na

smje

r ras

pros

tiran

ja.

•V

al k

oji n

e po

kazu

je p

rom

jenu

faze

u ra

vnin

i zov

e se

ravn

i val

. •

Kak

o se

obj

e ko

mpo

nent

e po

lja n

alaz

e u

ravn

ini k

oja

je p

oprečn

a na

smje

r ras

pros

tiran

ja

ti se

val

ovi j

ošzo

vu tr

ansv

erza

lni (

popr

ečni

) ele

ktro

mag

netsk

i val

ovii

li TE

M-v

alov

i(p

rem

a en

g. tr

ansv

erse

elec

trom

agne

ticw

aves

). •

Ako

je i

ampl

ituda

val

a ko

nsta

ntna

(kao

u o

vom

prim

jeru

), on

da se

val

zov

e un

iform

ni

ravn

i val

. •

Gus

toća

toka

sred

nje

snag

e je

dnak

a je

um

nošk

u ef

ektiv

nih

vrije

dnos

ti po

lja.

•U

slob

odno

me

pros

toru

val

se ra

spro

stire

brz

inom

svje

tlost

i c.

•U

kupn

a en

ergi

ja k

oju

pren

osi r

avni

val

jedn

aka

je z

broj

u po

hran

jene

ene

rgije

u

elek

tričn

om i

mag

nets

kom

pol

ju, k

oje

su m

eđus

obno

jedn

ake.

Tran

sver

zaln

i rav

ni v

al

Page 9: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Para

met

ri an

tene

•Po

lariz

acija

•D

ijagr

am z

rače

nja

•Im

peda

ncija

•U

smje

reno

st i

dobi

tak

•Ef

ektiv

na p

ovrš

ina

(dul

jina

i vis

ina)

•Te

mpe

ratu

ra šu

ma

•El

ektričk

a i m

ehan

ička

obi

lježj

a

Pola

rizac

ija (1

)

•Po

lariz

acija

val

a od

ređe

na je

kriv

uljo

m k

oja

opis

uje

vrh

vekt

ora

elek

trič

nog

polja

u fr

onti

ravn

og v

ala.

Slič

no se

def

inira

pol

ariz

acija

ant

ene.

Pola

rizac

ija a

nten

e od

gova

ra p

olar

izac

iji v

ala

koji

ante

na z

rači

(oda

šilje

).

Prito

m ra

zlik

ujem

o sl

jedeće

pol

ariz

acije

: -

linea

rnu,

-

kruž

nu (d

esnu

i lij

evu)

i-

elip

tičnu

(des

nu i

lijev

u).

Pola

rizac

iju m

ožem

o de

finira

ti s p

omoć

u sl

jedeći

h ve

ličin

a:-

aksij

alni

odn

os(o

mje

r vel

ike

i mal

e os

i elip

se u

elip

tične

pol

ariz

acije

), -

smje

ru

koje

m se

vrti

vek

tor e

lekt

rično

g po

lja (l

ijeva

ili d

esna

),-

orije

ntac

ijave

like

osi e

lipse

u p

rost

oru

za e

liptič

nu p

olar

izac

iju.

Pola

rizac

ija se

pog

lavi

to d

efin

ira u

smje

ru m

aksi

mal

nog

zrač

enja

ant

ene.

U d

rugi

m

smje

rovi

ma,

pol

ariz

acija

je n

erije

tko

razl

ičita

od

želje

ne!

Pola

rizac

ija (2

)

Line

arna

pol

ariz

acija

gdje

smo

krać

e za

bilje

žili

A=

E xi

B=

E y.

1.A

ko je

B=

0, o

nda

je v

al li

near

no p

olar

izira

n u

x-sm

jeru

.2.

Ako

je A

= 0,

ond

a je

val

line

arno

pol

ariz

iran

u y-

smje

ru.

3.A

ko su

Ai B

real

ni(il

i kom

plek

sni i

isto

fazn

i), v

al je

op

et li

near

no p

olar

izira

n u

smje

ru o

si k

oja

je n

agnu

ta p

od

kuto

m a

rcta

n(B/

A) u

odn

osu

na x

-os.

A

B

ωt=

0

ωt=π

z

x

ysm

jer t

itran

ja

polja

E

βzxA

Ej

e)y

ˆ (−

+(z

) =B

1 ηH

(z) =

βzxB

je)

y–ˆ (

−+

A

Rav

ni v

al k

oji s

mo

do sa

da ra

zmat

rali

imao

je v

ekto

r ele

ktrič

nog

polja

u sm

jeru

čv

rste

osi

.Tak

av se

val

zov

e lin

earn

o po

lariz

irani

val

.Vek

tor e

lekt

rično

g po

ljam

ože

imat

i čvr

sti s

mje

r ili

mu

se sm

jer m

ože

mije

njat

i u v

rem

enu.

Ako

se

elek

trom

agne

tski

val

rasp

rost

ire u

x-s

mje

ru, d

a bi

zad

ovol

jilij

edna

džbu

,el

ektričn

o po

lje m

ože

imat

i sam

o ko

mpo

nent

e E x

i Ey.

Supe

rpoz

icija

daj

e∇⋅E

=0

v

Pola

rizac

ija (3

)

Kru

žna

pola

rizac

ijaR

azm

otrim

o sl

učaj

u k

ojem

x-i

y-k

ompo

nent

e im

aju

jedn

ake

ampl

itude

(A =

B) i

fa

zno

su p

omak

nute

za

90°,

odno

sno φ A

–φ B

= ±π/

2, št

o zn

ači d

a je

Ey=

jEx.

Tada

el

ektričn

o po

lje i

dalje

leži

u ra

vnin

i x-y

, ali

se sa

da o

kreć

e u

obra

tnom

smje

ru

kaza

ljke

sata

gle

dajući

u re

p st

relic

e Po

yntin

gova

vekt

ora.

Otu

da je

aks

ijaln

i odn

os

kruž

ne p

olar

izac

ije je

dnak

jedi

nici

(AO

= 1

).

x

yz

smje

r vrtn

je

polja

t=0

ωt=π/

4

ωt=π/

2

A

ωt=

3π/4

B=A

ωt=π

ωt=

5π/4

ωt=

3π/2

ωt=

7π/4

smje

r ra

spro

stira

nja

t=0

t=2Δ

t

t=3Δ

t

t=Δt

E

desn

a kr

užna

pol

ariz

acija

Page 10: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Pola

rizac

ija (4

)

Line

arna

pol

ariz

acija

(h

oriz

onta

lna)

prom

jena

jako

sti

elek

tričn

og p

olja

AO

= 1

1 <

AO

< ∞

AO

= ∞

AO

= ∞

y

x x

x x

yy

yLi

near

na p

olar

izac

ija

(ver

tikal

na)

Kru

žna

pola

rizac

ijaEl

iptič

na p

olar

izac

ija

(opć

enita

)

AO

= a

ksija

lni o

dnos

(om

jer v

elik

e i m

ale

osi e

lipse

)

Pola

rizac

ija (5

)

Orto

gona

lna

pola

rizac

ija

izvo

rna

pola

rizac

ija(d

esna

elip

tična

s A

O=2

)

orto

gona

lna

pola

rizac

ija(li

jeva

elip

tična

s A

O=2

)

Line

arno

pol

ariz

irani

orto

gona

lni v

alov

i im

aju

međ

usob

no o

kom

ita p

olja

.K

ružn

o po

lariz

irani

val

ovi i

maj

u su

prot

ne sm

jero

ve v

rtnje

(des

noj k

ružn

oj

pola

rizac

iji o

rtogo

naln

aje

lije

va k

ružn

a po

lariz

acija

). El

iptič

no p

olar

izira

ni o

rtogo

naln

ival

ovi i

maj

u is

ti ak

sija

lni o

dnos

, ali

su im

sm

jero

vi v

rtnje

supr

otni

i ve

like

osi e

lipse

međ

usob

no o

kom

iti. N

a sl

ici

prik

azan

a je

opć

enita

elip

tična

pol

ariz

acija

i nj

ezin

a or

togo

naln

apo

lariz

acija

.

Ant

ena

ne m

ože

prim

ati v

alov

e or

togo

naln

epo

lariz

acije

!

Pola

rizac

ija (6

)

Ras

tavl

janj

e i s

asta

vlja

nje

pola

rizac

ije

desn

a kr

užna

po

lariz

acija

x

yzE

ωt=

0

+E v

=x

E 0co

s(ω

t)E h

=y

E 0co

s(ω

t–π/

2)

=

ωt=

t=0

verti

kaln

a lin

earn

a po

lariz

acija

horiz

onta

lna

linea

rna

pola

rizac

ija

•Sv

aka

se p

olar

izac

ija m

ože

rast

aviti

na

dvije

orto

gona

lne

linea

rne

pola

rizac

ije.

•K

ružn

a se

pol

ariz

acija

, na

prim

jer,

mož

e ra

stav

iti n

a dv

ije o

rtogo

naln

elin

earn

e po

lariz

acije

. •

Line

arno

pol

ariz

iran

val m

ože

se n

a pr

imje

r, ra

stav

iti n

a dv

a or

togo

naln

akr

užno

pol

ariz

irana

val

a.•

Supr

otni

m se

pos

tupk

om m

ože

ostv

ariti

val

bilo

koj

e po

lariz

acije

s po

moć

u dv

aju

odgo

vara

jući

h or

togo

naln

ih v

alov

a.

Zrač

ena

polja

ant

ene

(1)

1.N

a do

voljn

o ve

likoj

uda

ljeno

sti,

svak

a se

ant

ena

doim

lje p

oput

točk

asta

izvo

ra

elek

trom

agne

tske

ene

rgije

.2.

Prik

az p

rost

orne

razd

iobe

jako

sti p

olja

u k

ugla

stom

e ko

ordi

natn

om su

stav

u.

3.D

alek

o od

oda

šiljačk

e an

tene

, vek

tor e

lekt

rično

g po

lja u

kug

last

ome

koor

dina

tnom

sust

avu

mož

e se

nap

isat

i kao

[]

rF

Fr

Er

βje

),

),

),

,(

+=

φθ

φφ

θθ

φθ

φθ

v

gdje

su

i

jedi

ničn

i vek

tori

u ku

glas

tom

e ko

ordi

natn

om su

stav

u, a

β=

2π/λ

koef

icije

nt fa

ze. F

θ(θ,φ

) i Fφ(θ,φ)

funk

cije

su p

rost

orno

g di

jagr

ama

zrač

enja

za

polja

. Ele

ktrič

no p

olje

mož

e bi

ti po

lariz

irano

bilo

u sm

jeru

b

ilo u

smje

ru

, ili

ka

o nj

ihov

a ko

mbi

naci

ja, a

li ni

kako

ne

i u ra

dija

lnom

smje

ru

.

Dal

eko

od a

nten

e, u

ogr

anič

enom

dije

lu p

rost

ora,

kug

last

i val

ima

oblik

ravn

oga

vala

pa

se fr

onta

val

a ne

rijet

ko a

prok

sim

ira ra

vnin

om.

θφ

θφ

r

Page 11: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Zrač

ena

polja

ant

ene

(2)

Kad

god

pos

toji

putu

juće

ele

ktrič

no p

olje

, ist

odob

no m

ora

post

ojat

i i p

utuj

uće

mag

nets

ko p

olje

koj

e je

čvr

sto

veza

no s

elek

tričn

im p

olje

m p

reko

Max

wel

lovi

hro

tors

kih

jedn

adžb

a. S

toga

se T

EM v

al sa

stoj

i od

kom

pone

nata

:

gdje

je η

0=

376,

7 Ω

intri

nzič

na v

alna

impe

danc

ija sl

obod

noga

pro

stor

a.

Poyn

tingo

vve

ktor

(gus

toća

toka

snag

e) z

a el

ektro

mag

nets

ka p

olja

dan

je

vekt

orsk

im u

mno

škom

ele

ktrič

nog

i mag

nets

kog

polja

:

0ηθφ

EH

=0ηφ

θ

EH

−=

×=

ES

Hvv

v(W

/m2 )

Dija

gram

zrače

nja

(1)

Snag

a ko

ju a

nten

a pr

ima

funk

cija

je k

utno

g po

loža

ja i

radi

jaln

e ud

alje

nost

i od

ante

ne. N

a ve

likim

uda

ljeno

stim

a ro

d an

tene

(mno

go v

alni

h du

ljina

) prij

amna

sn

aga

opad

a s k

vadr

atom

uda

ljeno

sti 1

/r2u

svim

smje

rovi

ma.

Prom

jena

gus

toće

snag

e s k

utni

m p

olož

ajem

odr

eđen

a je

vrs

tom

ant

ene

i mož

e se

gr

afič

ki p

rikaz

ati k

ao d

ijagr

am z

rače

nja.

Dija

gram

zrače

nja,

koj

i se

nerij

etko

pr

ikaz

uje

u po

larn

om d

ijagr

amu,

jedn

ak je

za

prija

mnu

i od

ašilj

ačku

ant

enu.

Dija

gram

zrače

nja

(2)

Običn

o se

def

inira

ju d

va d

ijagr

ama

zrač

enja

u d

vjem

a or

togo

naln

imra

vnin

ama,

ra

vnin

e el

ektričn

og i

mag

nets

kog

polja

, ili

u ve

rtika

lnoj

i ho

rizon

taln

oj ra

vnin

i.

Kut

u h

oriz

onta

lnoj

ravn

ini j

e ku

t azi

mut

a, a

kut

u v

ertik

alno

j rav

nini

je k

ut

elev

acije

koj

i češće

zam

jenj

uje

pola

rni k

ut k

oji m

u je

kom

plem

enta

ran.

U v

ećin

i kom

unik

acijs

kih

prim

jena

traž

i se

zrač

enje

i pr

ijam

ele

ktro

mag

nets

ke

ener

gije

sam

o u

jedn

om sm

jeru

pa

ante

na im

a re

dovi

to sa

mo

jeda

n gl

avni

snop

(g

lavn

a la

tica

u di

jagr

amu

zrač

enja

) i v

eći b

roj s

ekun

darn

ih la

tica.

U is

prav

no iz

vede

nom

ant

ensk

om su

stav

u ra

zine

seku

ndar

nih

latic

azn

atno

su

niže

od

razi

ne z

rače

nja

u gl

avno

m sm

jeru

(sm

jer m

aksi

mal

nog

zrač

enja

).

Ispr

avno

m k

onst

rukc

ijom

ant

ene,

dija

gram

zrače

nja

mož

e se

pos

ebno

obl

ikov

ati

za o

dređ

enu

nam

jenu

ili p

rimje

nu. T

ako

se n

pr. m

ože

ostv

ariti

sves

mje

rno

ili

usm

jere

no z

rače

nje

u je

dnoj

ravn

ini,

a us

mje

reno

zrače

nje

u dr

ugoj

ravn

ini i

sl.

Dija

gram

zrače

nja

ante

ne (3

) glav

na la

tica

ili

ante

nski

snop

seku

ndar

na

latic

a

S mak

s

Φ0

ante

na

mer

idija

nska

ra

vnin

a

ekva

torij

alna

ra

vnin

a

φ

Θ0

θ

r

z

y

x

smje

r gla

vne

latic

e (Φ

0, Θ0)

Page 12: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Dija

gram

zrače

nja

ante

ne (4

)

90 0dB

–10

–20

–30

–40

–50

–3 d

B

ΦD

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190 20

0 210 22

0

230

240

250

260

010

20

30

40

5060

7080

270

280

290

300

310

32033

034035

0 glav

na la

tica

ΦD

= ku

t usm

jere

nost

i

Dija

gram

zrače

nja

(5)

F n(θ

,ϕ)

glav

na la

tica

ili

ante

nski

snop

smje

r mak

sim

alno

g zr

ačen

ja

seku

ndar

ne la

tice

ΦD

ΦD

= ku

t usm

jere

nost

i

E mak

s

ante

na

E mak

s/√2

Impe

danc

ija a

nten

e (1

)

I a V a

odaš

iljač

prije

nosn

a lin

ija

I a

odaš

iljač

ka

ante

na

Z a

vlas

tita

impe

danc

ija

ante

ne

Impe

danc

ija a

nten

e (2

)

R dis

VR z jX

a

I

a

dis

za

aa

jj

XR

RX

RZ

++

=+

=

•A

nten

a se

na

svoj

im p

riključn

icam

a vl

ada

kao

impe

danc

ija e

lekt

rične

mre

že.

•Ta

je im

peda

ncija

jedn

aka

omje

ru fa

zora

nap

ona

i stru

je n

a pr

iključn

icam

a.•

Ako

se a

nten

a na

lazi

pos

ve sa

ma

u sl

obod

nom

e pr

osto

ru, o

nda

se

impe

danc

ija n

a pr

iključn

icam

a an

tene

zove

vla

stita

impe

danc

ija a

nten

e.

Z a

V

I

Z a

ante

nana

dom

jesn

i skl

op a

nten

e

Page 13: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Impe

danc

ija a

nten

e (3

)

•Sn

agu

koju

ant

ena

zrač

i u sl

obod

ni p

rost

or g

ener

ator

ili o

daši

ljač

„dož

ivlja

va“

kao

gubi

tak

snag

e, je

r ta

snag

a na

pušt

a el

ektro

mag

nets

ki su

stav

i ni

kad

se u

nj

ega

ne v

raća

osi

m a

ko n

e po

stoj

i ref

leks

ijau

pros

toru

bliz

u an

tene

.•

Tom

gub

itku

snag

e ra

zmje

ran

je n

eki o

tpor

koj

i se

zove

otp

or zr

ačen

ja.

•St

oga

se d

io u

lazn

e im

peda

ncije

ant

ene

nado

mje

šćuj

eot

poro

m z

rače

nja,

Rz.

•Sl

ično

segu

bici

u v

odič

ima

i die

lekt

rični

m d

ijelo

vim

a an

tene

nad

omje

šćuj

uot

poro

m R

dis.

•N

ajveća

snag

a ko

ju a

nten

a m

ože

prim

iti iz

oda

šiljača

ili p

obud

ne li

nije

pos

tiže

se u

uvje

tima

konj

ugira

no k

ompl

eksn

epr

ilago

dbe,

tj. Z

a=Z G

* , R dis

VR z jX

a

I

Z a

V

I

Z a

V G

Impe

danc

ija a

nten

e (4

)

VZ a

I

Mak

sim

alna

snag

a ko

ju g

ener

ator

(oda

šiljač)

mož

e pr

edat

i ant

eni z

ove

se

rasp

olož

iva

snag

a ge

nera

tora

, Pra

sp. T

a se

snag

a po

stiž

e uz

uvj

et k

onju

gira

no

kom

plek

sne

prila

godb

e, tj

. kad

je

i izn

osi

gdje

je V

Gef

ektiv

na v

rijed

nost

ele

ktro

mot

orne

sile

gen

erat

ora,

a R

Gun

utar

nji o

tpor

ge

nera

tora

(rea

lni d

io u

nuta

rnje

impe

danc

ije g

ener

ator

a).

VI

Z a

ante

na

∗=

aG

ZZ

=G

rasp

VP

2 G4R

Z G

V G

gene

rato

rZ G

P rasp

++

Impe

danc

ija a

nten

e (5

)

Ako

ant

ena

nije

pril

agođ

ena

gene

rato

ru (Z

G≠

Z a* )

dio

rasp

olož

ive

snag

e ge

nera

tora

re

flekt

ira se

na

prik

ljučn

icam

a an

tene

i vr

aća

u ge

nera

tor.

ante

na

refl

P

gene

rato

r

rasp

Pul

P

∗=

aG

ZZ

()

refl

rasp

rasp

2ra

spra

sp2

ul1

PP

PP

PP

−=

−=

−=

ΓΓ

Snag

a pr

edan

a an

teni

, odn

osno

snag

a ko

ja u

lazi

u a

nten

u (P

ul) j

edna

ka je

razl

ici r

aspo

loži

ve

snag

e ge

nera

tora

(Pra

sp) i

refle

ktira

ne sn

age

(Pre

fl), t

j.

gdje

je Γ

koef

icije

nt re

fleks

ije a

nten

e.

Uči

nkov

itost

zrače

nja

(1)

Fakt

or uči

nkov

itosti

zrač

enja

defin

ira se

kao

gdje

je P

ulul

azna

snag

a, il

i sna

ga p

reda

na a

nten

i, a

P zzr

ačen

a sn

aga.

Pdi

soz

naču

je sn

agu

koja

se d

isip

ira u

vod

ičim

a i d

iele

ktric

ima.

ul

dis

ul

ulzz

PP

PPP

uldis

1PP

−=

−=

Stva

rana

ant

ena

ne z

rači

svu

snag

u ko

ju p

rima

iz g

ener

ator

a, je

r se

dio

snag

e pr

etva

ra u

to

plin

u zb

og k

onač

nih

gubi

taka

u v

odič

ima

i die

lekt

ricim

a od

koj

ih je

ant

ena

izrađe

na.

Stog

a je

kor

isno

def

inira

ti fa

ktor

uči

nkov

itost

i (ili

kraće

, uči

nkov

itost

) ant

ene.

Bud

ući d

a se

snag

a m

ože

defin

irati

prek

o st

ruje

i ot

pora

kao

P =

I2 R, g

dje

je I

efek

tivna

vr

ijedn

ost s

truje

, fak

tor uči

nkov

itost

i zrače

nja

mož

e se

prik

azat

i i k

ao:

(

)di

sz

z

dis

z2

z2

zR

RR

RR

IR

I+

=+

Page 14: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Uči

nkov

itost

zrače

nja

(2)

ulP

zP

Dio

dis

ipac

ije st

vara

se u

vod

ičim

a zb

og k

onač

ne p

rovo

dnos

ti m

ater

ijala

, a d

io u

di

elek

triku

zbo

g ko

načn

ih d

iele

ktrič

nih

gubi

taka

.

P z=

P ul–

P dis

dP

cP

diel

ektri

k

vodič

ante

na

dio

elek

trom

agne

tske

ene

rgije

pr

etva

ra se

u to

plin

u

ulP

zP

P dis

= P c

+ P d

Gus

toća

toka

snag

e

Gus

toća

toka

snag

e S r

(θ,φ

) def

inira

na je

Poy

ntin

govi

mve

ktor

om k

ao

Zrač

ena

snag

a m

ože

se iz

raču

nati

inte

grira

njem

razd

iobe

sred

nje

gust

oće

snag

e na

po

vrši

ni k

ugle

pol

umje

ra r,

ako

je sr

edst

vo u

nuta

r te

kugl

e be

z gu

bita

ka, t

j.

∫∫

=π 0

2π 0

2z

dd

sin

),

φθ

φθ

rS

Pr

=

+=

**

φθ

θφ

φθ

Re

2)

,(

HE

HE

1S r

[]

22

0

22

021

θφ

θη

ηF

FE

E1

+=

+=

[]

[W]

2 r

Usm

jere

nost

(1)

Pri p

rouč

avan

ju a

nten

a ko

risno

je u

vest

i fik

tivni

izot

ropn

i rad

ijato

r. To

je a

nten

a ko

ja

zrač

i jed

naki

m in

tenz

iteto

m u

svim

smje

rovi

ma

ili k

oja

iz sv

ih sm

jero

va p

rima

jedn

olik

o.

Zbog

toga

što

su e

lekt

rom

agne

tska

pol

ja p

olar

izira

na i

smje

r njih

ova

djel

ovan

ja o

visi

o

smje

ru st

ruje

u v

odič

u, k

oja

ih st

vara

, izo

tropn

i je

radi

jato

r nem

oguć

e fiz

ički

ost

varit

i. Iz

otro

pni r

adija

tor i

ma

jedi

ničn

u us

mje

reno

st,

Diz

o=

1.

Wz,

izo

S rje

dnak

u sv

im sm

jero

vim

a

izot

ropn

i ra

dija

tor

Diz

o=

1

Usm

jere

nost

(2)

Usm

jere

nost

D d

efin

ira

se k

ao o

mje

r gus

toće

snag

e zr

ačen

e u

smje

ru m

aksi

mum

a di

jagr

ama

zrač

enja

i sr

ednj

e gu

stoć

e sn

age

na is

toj u

dalje

nost

i r o

d an

tene

, tj.

Sred

nja

gusto

ća sn

age

jedn

aka

je u

kupn

oj z

rače

noj s

nazi

ant

ene

podi

jelje

noj s

pl

oštin

om k

ugle

pol

umje

ra r

u či

jem

je sr

ediš

tu a

nten

a, tj

.

gdje

jeP o

= P z

= od

asla

na (i

li zr

ačen

a) sn

aga

2sr

ed,

π4ro

PS r

===

=r,

sred

r, m

aks

r, m

aks

π4S

zPr,

mak

sπ4

r2 S

SSD

∫∫

π 0

π2

dd

sin

),

=0φ

φθ

θφ

θS r

=

Page 15: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Usm

jere

nost

(3)

Usm

jere

nost

je b

roj k

oji n

am k

azuj

e ko

liko

puta

zrač

ena

snag

a izo

tropn

oga

radi

jato

ra m

ora

biti

veća

od

zrač

ene

snag

e pr

omat

rane

ant

ene,

da

bi n

a je

dnak

oj u

dalje

nosti

gus

toća

snag

e iz

izotro

pnog

ara

dija

tora

bila

jedn

aka

gusto

ći sn

age

koju

usm

jere

na a

nten

a zr

ači u

smje

ru m

aksim

alno

g zr

ačen

ja.

Dob

itak

Prid

efin

iranj

udo

bitk

auz

pro

stor

nu ra

zdio

bu g

ustoće

zrače

ne sn

age

u ob

zir s

e uz

imaj

u i g

ubic

i u a

nten

i. V

eza

izm

eđu

dobi

tka

Gi u

smje

reno

sti D

glas

i:

gdje

je κ

zfa

ktor

isko

rište

nja

ante

ne(il

i uči

nkov

itost

ant

ene)

.

Dob

itak

je b

roj k

oji k

azuj

e ko

liko

puta

mor

a bi

ti veća

zrač

ena

snag

a izo

tropn

ogra

dija

tora

u o

dnos

u na

priv

eden

u sn

agu

prom

atra

ne a

nten

e, d

a bi

se n

a je

dnak

oj

udal

jeno

sti d

obila

ista

gus

toća

snag

e ko

ju u

smje

rena

ant

ena

zrač

i u sm

jeru

m

aksim

alno

g zr

ačen

ja.

DG

⋅=κ z

Vez

a iz

međ

u us

mje

reno

sti i

ku

ta u

smje

reno

sti

x

z

Θ0

cjel

okup

na sn

aga

prot

ječe

kr

oz b

azu ču

nja

oo4125

3 DD

Θ=

zcj

elok

upna

snag

a pr

otječe

kr

oz b

azu ču

nja

x

Θ0

4πD

D

Θ=

ili

Za a

nten

u s j

edno

m u

skom

gla

vnom

latic

om m

ože

se u

spos

tavi

ti in

tuiti

vna

prib

ližna

ve

za iz

međ

u us

mje

reno

sti i

kut

ova

usm

jere

nost

i kao

:

gdje

su k

utov

i usm

jere

nost

i ΦD

i ΘD

zada

ni u

lučn

im st

upnj

evim

ao

o

Efek

tivna

pov

ršin

a an

tene

Efek

tivna

pov

ršin

a pr

ijam

ne a

nten

e A e

fde

finira

se k

ao o

mje

r izm

eđu

snag

e ap

sorb

irane

na

prila

gođe

nom

tere

tu W

ppr

iključe

nom

na

ante

nu i

gusto

će sn

age

S r =

Eef

·Hef

upad

nog

elek

trom

agne

tskog

val

a, tj

.

Pri t

ome

se sm

atra

da

je te

ret p

rilag

ođen

za

mak

sim

alni

prij

enos

snag

e te

da

ante

na

nem

a gu

bita

ka, d

a im

a is

tu p

olar

izac

iju k

ao u

padn

i val

i da

joj j

e m

aksi

mum

gla

vne

latic

e us

mje

ren

prem

a iz

voru

ele

ktro

mag

nets

kog

vala

.

A geom

P p

E

S r H

ravn

i val

λ/2

λ/2

rpef

SPA

=

Page 16: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Vez

a iz

međ

u ef

ektiv

ne p

ovrš

ine

i usm

jere

nost

i

Post

oji v

eza

izm

eđu

usm

jere

nost

i i e

fekt

ivne

pov

ršin

e an

tene

, koj

a gl

asi:

Važ

na re

laci

ja!

ef2π4

AD

λ=

Ta je

vez

a po

sve

opće

nita

i vr

ijedi

za

sve

vrst

e an

tena

ukl

juču

jući

i an

tens

ke n

izov

e.

Efek

tivna

dul

jina

ante

ne (1

)

Zalin

earn

ese

ant

ene

umje

sto

efek

tivne

pov

ršin

e uv

odi p

ojam

efek

tivne

du

ljine

. Za

prija

mnu

ant

enu,

efek

tivna

dul

jina

l ef,p

jedn

aka

je o

mje

ru

napo

na V

ana

otv

oren

im p

riključn

icam

a an

tene

i ja

kosti

ele

ktrič

nog

polja

E

na m

jestu

ant

ene ,

tj.:

•Pr

itom

se p

retp

osta

vlja

da

ante

na im

a is

tovj

etnu

pol

ariz

aciju

kao

i up

adni

val

, te

da

joj j

e m

aksi

mum

gla

vne

latic

e us

mje

ren

prem

a iz

voru

zrače

nja.

•V

alja

takođe

r uoč

iti d

a je

efe

ktiv

na d

uljin

a an

tene

def

inira

na z

a an

tenu

s ot

vore

nim

prik

ljučn

icam

a, z

a ra

zlik

u od

pril

agođ

ene

ante

ne p

ri de

finira

nju

efek

tivne

pov

ršin

e.

EV

la

pef

,=

Efek

tivna

dul

jina

ante

ne (2

)

Za o

daši

ljačk

u je

ant

enu

efek

tivna

dul

jina

ante

ne l e

f,o je

dnak

a du

ljini

nad

omje

sne

linea

rne

ante

ne k

oja

po c

ijelo

j svo

joj d

uljin

i im

a ko

nsta

ntnu

razd

iobu

stru

je, č

ija je

ja

kost

jedn

aka

stru

ji I 0=

I(z=0

) na

prik

ljučn

icam

a iz

vorn

e an

tene

. Pr

itom

obj

e an

tene

na

isto

j uda

ljeno

sti d

aju

jedn

aku

razi

nu p

olja

u sm

jeru

ok

omito

m n

a ra

vnu

žiča

nu st

rukt

uru.

Efe

ktiv

na d

uljin

a do

biva

se in

tegr

iranj

em

razd

iobe

stru

je u

zduž

žiča

ne st

rukt

ure

zrač

enja

, tj.

:

Ovd

je je

L st

varn

a du

ljina

ant

ene,

z je

koo

rdin

ata

u sm

jeru

dul

jine

ante

ne s

isho

dišt

em (z

= 0

) na

polo

vini

dul

jine

L, a

I(z)

stva

rna

je ra

zdio

ba st

ruje

na

ante

ni

čija

se e

fekt

ivna

dul

jina

određu

je.

∫ −

=2 2

0o

ef,

d)(

1L L

zz

II

l

Fazn

o sr

ediš

te a

nten

e

Fazn

o sr

edišt

e an

tene

def

inira

no je

kao

sred

ište

zam

išlje

ne k

ugle

pol

umje

ra

r > 2

d2 /λna

čijo

j se

povr

šini p

ostiž

u m

inim

alna

rela

tivna

ods

tupa

nja

faze

el

ektričn

og i

mag

netsk

og p

olja

, gdj

e je

d n

ajveća

dim

enzij

a an

tene

.

Kod

ant

ensk

ih n

izov

a fa

zno

sred

ište

običn

o od

gova

ra g

eom

etrij

skom

sred

ištu

an

tene

.

r

fazn

o sr

ediš

te

min

imal

na o

dstu

panj

a fa

ze p

olja

na

ploh

i

ante

na

Page 17: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Podr

učje

dal

ekih

pol

ja (1

)

Podr

učje

dal

ekih

pol

jana

lazi

se d

alek

o od

ant

ene

(ovi

sno

o ve

ličin

i sam

e an

tene

) i u

nje

mu

dija

gram

zrače

nja

ne o

visi

o u

dalje

nost

i od

ante

ne.

U to

m se

pod

ručj

u po

lja v

lada

ju k

ao u

ravn

ome

valu

, tj.

loka

lne

prom

jene

el

ektričn

og i

mag

nets

kog

polja

imaj

u je

dnol

iku

razd

iobu

u ra

vnin

i oko

mito

j na

smje

r šire

nja.

Ako

je m

aksi

mal

na iz

mje

ra a

nten

e d

znat

no v

eća

od v

alne

dul

jine λ,

ond

a se

m

ože

uzet

i da

dale

ka z

ona

započi

nje

s uda

ljeno

šću

2d2 /λ

od a

nten

ske

stru

ktur

e. T

o je

Fra

unho

fero

vazo

na.

Podr

učje

blis

kih

polja

(2)

Podr

učje

blis

kih

polja

nala

zi se

u b

lizin

i ant

ene

i dru

gih

stru

ktur

a zr

ačen

ja. U

nj

emu

se o

blik

dija

gram

a zr

ačen

ja a

nten

e zn

atno

mije

nja

s uda

ljeno

šću,

a

elek

tričn

o i m

agne

tsko

pol

je n

emaj

u ka

rakt

er ra

vnog

a va

la.

Post

oje

dvije

vrs

te b

liski

h po

lja:

1.R

eakt

ivna

ili i

nduk

cijs

ka p

olja

(r <

λ/2π)

, koj

a su

bliž

e iz

voru

zrače

nja

i koj

a sa

drže

gla

vnin

u po

hran

jene

(rea

ktiv

ne il

i jal

ove)

ene

rgije

. U to

m se

pod

ručj

u en

ergi

ja p

reno

si in

dukc

ijom

. Kod

ant

ensk

ih n

izov

a, in

dukc

ijska

pol

ja p

revl

adav

aju

sam

o u

nepo

sred

noj o

kolic

i osn

ovni

h el

emen

ata

zrač

enja

, kao

što

je n

pr. d

ipol

.

2.R

adija

cijs

ka b

liska

pol

jana

laze

se u

tzv

. Fre

snel

ovoj

zoni

, odn

osno

u

podr

učju

λ/2

< r <

2d2 /λ

. U to

m p

odručj

u pr

evla

dava

ju z

račeća

pol

ja, a

li ob

lik

dija

gram

a zr

ačen

ja a

nten

e i d

alje

ovi

si o

uda

ljeno

sti.

Ant

ena

u ra

dijs

kom

sust

avu

veza

(1)

Gus

toća

snag

e ili

izno

s Poy

ntin

gova

vekt

ora

na m

jest

u pr

ijam

ne a

nten

e iz

nosi

:

[W/m

2 ]2o

o π4rG

Pr

S=

Zam

islim

o su

stav

s dv

ije a

nten

e, o

daši

ljačk

e i p

rijam

ne, k

oje

se n

alaz

e sa

me

u sl

obod

nom

e pr

osto

ru b

ez p

repr

eka

i dru

gih

obje

kata

koj

i bi m

ogli

izaz

vati

refle

ksije

ele

ktro

mag

nets

koga

va

la. A

nten

e gl

edaj

u je

dna

prem

a dr

ugoj

u sm

jeru

mak

sim

alno

g zr

ačen

ja, o

dnos

no

mak

sim

alno

g pr

ijam

a i s

vaka

se o

d nj

ih n

alaz

i u d

alek

oj z

oni o

nesu

prot

ne.

V G

Z G

prija

mna

an

tena

P oP p

Z T

odaš

iljač

ka

ante

na

kugl

asti

val

ravn

i val

odaš

iljač

prija

mni

k

Go

r

Gp

S r

+

Ant

ena

u ra

dijs

kom

sust

avu

veza

(2)

Dob

iven

i izr

az p

ozna

t je

pod

imen

om F

riiso

vapr

ijeno

sna

form

ula

koja

daj

e ve

zu

izm

eđu

snag

e od

ašilj

ača

i prim

ljene

snag

e na

izla

zu p

rijam

ne a

nten

e, g

dje

je r

udal

jeno

st iz

međ

u an

tena

.

2ef, p

oo

ref

, pp

π4rA

PG

SA

P=

=

[W]

2

oo

pp

π4⎟ ⎠⎞

⎜ ⎝⎛=

rP

GG

Otu

da je

prij

amna

snag

a (s

naga

koj

u pr

ijam

na a

nten

a pr

edaj

e pr

ilagođe

nom

troš

ilu)

Prim

jeno

m v

eze

izm

eđu

efek

tivne

pov

ršin

e i u

smje

reno

sti,

odno

sno

dobi

tka

dobi

va se

:

Friis

ova

prije

nosn

a fo

rmul

a

Page 18: Antene i rasprostiranje elektromagnetskih valova - QRZ.com.hr · Elektromagnetski valovi (1) Valna jednadžba Jedan od najzna č ajnijih rezultata Maxwellovih jednadžba pokazuje

Ant

ena

u ra

dijs

kom

sust

avu

veza

(3)

Ako

pos

toje

refle

ksije

na

odaš

iljač

koj i

prij

amno

j ant

eni,

onda

u F

risso

vufo

rmul

u va

lja

ugra

diti

odgo

vara

juće

izra

ze z

a gu

bitk

e ko

ji na

staj

u zb

og ti

h re

fleks

ija. T

akođ

er, a

ko n

a pr

ijam

noj a

nten

i ne

post

oji s

avrš

en sk

lad

pola

rizac

ije p

rijam

nu sn

agu

valja

um

anjit

i za

fakt

or ra

zgođ

enja

pol

ariz

acije

. Tad

a Fr

isso

vafo

rmul

a po

prim

a cj

elov

it ob

lik:

gdje

su Γ

oi Γ

pko

efic

ijent

i ref

leks

ije n

a od

ašilj

ačko

j, od

nosn

o pr

ijam

noj a

nten

i, a κ p

ol je

fa

ktor

razg

ođen

ja p

olar

izac

ije.

Friis

ova

je fo

rmul

a po

sebn

o ko

risna

za

mje

renj

e do

bitk

a an

tena

. Za

pozn

atu

radn

u fr

ekve

nciju

, oda

šiljačk

u i p

rijam

nu sn

agu

te ra

zmak

međ

u an

tena

ma

i dob

itak

jedn

e od

an

tena

, iz

Friis

ove

form

ule

mož

e se

izra

vno

izraču

nati

dobi

tak

drug

e an

tene

.

U re

alno

m sl

učaj

u va

lja u

zeti

u raču

n i r

azgođe

nje

impe

danc

ije o

biju

ant

ena

te e

vent

ualn

i ne

skla

d po

lariz

acije

. Na

prim

jer,

razl

ika

u ku

tu iz

međ

u ve

ktor

a po

lariz

acije

od

5 st

upnj

eva

stva

ra p

olar

izac

ijski

nes

klad

od

0,76

%, o

dnos

no p

ogre

šku

od sv

ega

0,03

dB

.

[W]

2

oo

pp

π4⎟ ⎠⎞

⎜ ⎝⎛=

rP

GG

()2

1−Γ o

()2

1−Γ p

κ pol

učin

kovi

tost

pr

ilago

dbe

odaš

iljač

a

učin

kovi

tost

pr

ilago

dbe

prija

mni

ka