Материал: 736

30

противление, а сопротивление антенны обычно мало. Поэтому чувствительность АФУ определяется минимально необходимым значением амплитуды напряжённости электрического поля Emin в пункте приёма, а приёмника – минимальным напряжением Umin на его входе. Протяжённость фидерного тракта по сравнению с длиной волны мала, поэтому можно считать, что приёмник непосредственно соединен с антенной. Тогда

Из этой формулы следует, что на низких частотах для увеличения напряжения U на входе приёмника необходимо антенну сориентировать максимумом ДН в направлении прихода волны и совместить их плоскости поляризации. Тогда = Elэф . Для дальнейшего повышения U на входе приёмника

необходимо в антенне реализовывать синфазное равноамплитудное распределение тока и увеличивать её геометрическую длину. Согласование антенны

сприёмником и потери в ней можно не учитывать.

Вдиапазоне СВЧ в связи с особенностями антенн и фидерных трактов регистрируемой величиной является принимаемая мощность, а не напряжение. Как и на низких частотах, для увеличения поступающей на вход приёмника мощности необходимо антенну сориентировать максимумом ДН в направлении прихода волны и совместить их плоскости поляризации.

Сначала рассмотрим случай, когда приёмник подключен непосредственно к антенне, т.е. фидер учитывать не будем. Принимаемая приёмником мощность равна

или с учетом (1.43)

Если антенна согласована с приёмником ( RПР=RА , XПР= – XА) и не имеет потерь (RА=RΣ ), то величину

называют максимальной мощностью, поступающей на вход приёмника. При работе в несогласованном режиме, подставив (1.58) в (1.57), получим

Отношение

31

называется коэффициентом передачи антенны по мощности или коэффициентом согласования антенны.

Рассмотрим теперь случай, когда длиной фидерного тракта пренебречь нельзя. И пусть приёмник согласован с фидером, а антенна нет. Такая ситуация возникает при работе в широкой полосе частот. В этом случае RПР=WВ, XПР=0 и можно воспользоваться формулой (1.59). Если наоборот, антенна согласована с фидером (RА=WВ, XА=0), а приёмник нет, то часть энергии отразится от входа приёмника и переизлучится антенной, поскольку она согласована с фидером. Доля отражённой от приемника энергии опреде-

Чтобы учесть потери, правые части формул (1.57), (1.59), (1.61) необходимо умножить на КПД.

Таким образом, в диапазоне СВЧ для увеличения принимаемой мощности необходимо стремиться к улучшению согласования всех устройств между собой и повышению КПД антенны и фидерного тракта.

Формула идеальной радиопередачи

Прежде чем переходить к изучению конкретных типов антенн, рассмотрим небольшой, но важный и общий для всех типов вопрос о передачи мощности между двумя антеннами – передающей (А1) и приемной (А2). Мощность P2, поступающую в нагрузку приёмной антенны, в предположении, что антенна и приёмник согласованы с фидером, можно записать в виде

где θ 2 ,ϕ 2 – направление на передающую антенну; η2 и Sэф2 – КПД и эффективная площадь приёмной антенны. Выражение для напряженности поля

вместе расположения приёмной антенны через мощность P1 , поступающую

впередающую антенну в предположении согласования антенны и передатчика с фидером, имеет вид

32

Эта формула называется формулой идеальной радиопередачи, поскольку не учитывает свойств окружающей среды. А они могут быть различными, причем в различных диапазонах характеризоваться своими значениями параметров. Формула используется при расчетах радиотрасс в пределах прямой видимости. Например, при связи с летательными аппаратами или между ними. Или при определении зоны действия УКВ радиопередающих и телевизионных центров, при выборе расстояний между антеннами в радиорелейных линиях связи и так далее. Для этого необходимо знать чувствительность приёмника и мощность передатчика, их согласование с фидерными линиями, потери в трактах и антеннах, ДН и КНД антенн, угол между плоскостями поляризации и, естественно, длину волны λ. Тогда определим расстояние r, необходимое для уверенного приёма и нормального функционирования радиолинии.

1.6. Примеры решения типовых задач

1. Сопротивление излучения проволочной передающей антенны RΣвх = 10 Ом, сопротивление потерь в антенне Rпвх = 5 Ом. Определить КНД и КУ ан-

2. Проволочная передающая антенна характеризуется параметрами: полоса частот f = 300 кГц; коэффициент перекрытия диапазона Kп = 1,2. Чему равен КУ антенны на средней частоте диапазона в направлении максимума ДН, если сопротивление излучения антенны RΣ = 15 Ом, сопротивление по-

терь Rп = 3 Ом, а действующая длина антенны lэф = 100 м?

Подставив найденные значения КНД и КПД в (1.38), окончательно полу-

чим G0 @ 23,834 ×0,833 @ 19,86.

3. Определить максимальную ЭДС, наводимую в приёмной антенне электромагнитной волной длиной λ = 13м с напряженностью электрического поля Е = 200 мкВ/м в месте приёма, при условии, что антенна имеет КУ в на-

4. Собственная шумовая температура приёмной антенны при температуре окружающей среды T0 = 280 K составляет T = 28 K. На какой частоте рабо-

тает антенна, если ее эффективная поверхность Sэф = 18 м2, а КНД в на-

правлении максимума ДН D0 = 10000?

Решение

Рабочую длину волны можно найти по формуле (1.49) с учётом потерь в антенне, из которой следует l = 4pSэф G0 . КУ найдем по формуле (1.38),

зная КНД и КПД. Последний определим из формулы (1.53):

η = (1 - ТТ0 ) = (1 - 0,1) = 0,9. Тогда G0 = 0,9 ×10000 = 9000.

Подставив в формулу для l, получим l = 4p ×18 / 9000 @ 0,1585 м .

Частоту найдем как f = c / l = 3 ×108 / 0,1585 @ 1,89 ГГц .

5. Круглая рамочная антенна электрически малых размеров установлена под углом θ = p/6 к направлению на передатчик, работающий на волне λ = 50 м и создающий в месте приёма напряжённость электрического поля Е = 250 мВ/м. Параметры антенны: G0 = 1,5; R вх = 6 Ом; F (q) = sin q . Угол между плоскостями поляризации рамки и приходящей волны c = 0,2 рад. Определить ЭДС, наводимую в приёмной антенне, её коэффициент согласования и ве-