В диапазоне частот, который для антенны рассматривается как диапазон ее рабочих частот, максимальное значение коэффициента усиления антенны считают постоянным. Его значение всегда указывают в спецификациях на антенну. Изменение усиления антенны на частотах, лежащих вне рабочего диапазона частот антенны, в спецификациях на антенну не приводят, и оно не регламентируется нормативными документами. В области частот, лежащих вне рабочего диапазона, диаграмма направленности антенны расширяется, и коэффициент усиления антенны падает. При анализе ЭМС нужно учитывать оба эти обстоятельства.
Математические модели, описывающие изменение коэффициента усиления антенны на нерабочих частотах, обычно получают на основе анализа и обработки результатов специально организованных измерений. Вид модели, который может быть использован для описания зависимости коэффициента усиления от частоты, может быть разным. Одно из используемых описаний коэффициента усиления по главному лепестку ДНА в общем случае имеет вид:
G(f) = G0 + Ci lg (f / fгрi) +Di, (10.6)
где G(f) – коэффициент усиления по главному лепестку на частоте f за пределами рабочего диапазона частот антенны, дБ; G0 – коэффициент усиления по главному лепестку в рабочем диапазоне частот антенны, дБ; fгрi – граничная (нижняя или верхняя) частота рабочего диапазона частот антенны, i = 1, 2;
Ci – коэффициент, характеризующий скорость снижения коэффициента усиления антенны за пределами границы, определяемой частотой fгрi, дБ/дек;
Di – постоянная, определяющая изменение коэффициента усиления антенны на границах ее рабочего диапазона частот, дБ.
Постоянные Ci и Di в уравнении (10.6) должны определяться для конкретного типа антенны на основе измерений ДНА на частотах, которые являются нерабочими для данного типа антенны. В качестве примера можно привести модели бортовых самолетных антенн: штыревой ножевидной антенны для системы связи с диапазоном рабочих частот 118…135 МГц и рамочной антенны для системы навигации с рабочей частотой 115.4 МГц [39]. По результатам измерений и анализа характеристик антенн в диапазоне ВЧ (2…30 МГц) для частот f < fгр1 были предложены следующие модели для коэффициентов усиления антенн:
- для штыревой антенны Gшт(f) = G0 + 25 lg (f / fгр1);
- для рамочной антенны Gрам(f) = G0 + 50 lg (f / fгр1).
Выражение (10.6) по существу является описанием частотной характеристики антенны за пределами рабочего диапазона частот антенны. При отсутствии экспериментальных данных реальную частотную характеристику антенны можно заменить характеристикой прямоугольной формы, полагая
C1 = C2 = 0 и D1 = D2 = D. Значение D можно взять из таблицы 10.1, где указано также ожидаемое расширение диаграммы направленности в горизонтальной и в вертикальной плоскостях на нерабочих частотах в зависимости от усиления антенны в диапазоне ее рабочих частот.
Формула (10.6) и данные табл. 10.1 определяют параметры главного лепестка основных сечений ДНА в области нерабочих частот антенны. Построение трехмерной ДНА в этой области может быть выполнено так, как и в рабочей области, но с учетом новых значений коэффициента усиления и ширины ДНА в горизонтальной и вертикальной плоскости.
Таблица 10.1
Параметры диаграмм направленности
за пределами диапазона рабочих частот антенн.
| Коэффициент усиления антенны в диапазоне рабочих частот | Параметры ДНА и модели (10.6) на нерабочих частотах | ||
| Ширина ДНА в гор. плоскости | Ширина ДНА в верт. плоскости | D, дБ | |
| G0 > 25дБ | 4φ0 | 4θ0 | -13 |
| 10 дБ < G0 ≤ 25дБ | 3φ0 | 3θ0 | -10 |
| G0 ≤ 10дБ | 360º | 180º | -G0 |
Примечание. φ0 и θ0 – соответственно, ширина ДНА в горизонтальной и в вертикальной плоскости на уровне -3дБ в диапазоне рабочих частот антенны
Что касается области боковых лепестков, то, как показывают многочисленные измерения антенн с высокой направленностью, основные характеристики усиления в этой области не изменяются, и модель ДНА в области боковых лепестков на нерабочих частотах может быть взята такой же, как и в области рабочих частот.