 |
§ 9. 3. Условие передачи максимальной мощности в нагрузку. Действующая поверхность приемной антенны
|
|
|
|
§ 9. 3. УСЛОВИЕ ПЕРЕДАЧИ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ В НАГРУЗКУ. ДЕЙСТВУЮЩАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫ
По отношению к нагрузке приемная антенна является генератором с э. д. с. 
, обладающим внутренним сопротивлением, равным входному сопротивлению данной антенны при ее работе в режиме передачи. Ток в нагрузке антенны, представляющей собой входное сопротивление либо приемника, либо фидера с приемником на конце, вычисляется по формуле (9. 6) или (9. 7):
Эта формула позволяет перейти к эквивалентной схеме приемной антенны, показанной на рис. 9. 3.
Рис. 9. 3. Эквивалентная схема приемной антенны
Условие передачи максимальной мощности в нагрузку имеет вид 
, т. е. сопротивление нагрузки Z и внутреннее сопротивление генератора 
должны быть комплексносопряженными: 
. В этом случае средняя мощность, выделяемая в нагрузке,
где 
- амплитуда тока в нагрузке приемной антенны.
Из формулы видно, что 
будет тем больше, чем меньше активное сопротивление антенны при передаче Ra. Минимальное значение 
получается при отсутствии потерь в антенне. Действительно, 
, поэтому при 
и минимально.
Так, в случае полуволнового вибратора с учетом прихода волн с направления максимального приема
; 
; 
При любом типе приемной антенны максимальное значение мощности в ее нагрузке можно определить следующим образом:
, 
(9. 8)
где G - коэффициент усиления антенны;
D - к. н. д.;
η - к. п. д. антенны.
Таким образом, отдаваемая антенной в нагрузку максимальная мощность пропорциональна ее коэффициенту усиления при работе на передачу.
Во всех приведенных выше рассуждениях мы пользовались понятием действующей высоты антенны 
. Однако для характеристики излучающей способности поверхностных передающих антенн и способности поверхностных приемных антенн принимать энергию из окружающего пространства удобно ввести другой параметр - действующую поверхность антенны.
|
|
|
Действующей поверхностью антенны 
называют отношение максимальной мощности, отданной приемной антенной в согласованную с ней нагрузку, к плотности потока мощности электрического поля П в месте приема:
Среднее значение вектора Пойнтинга, как известно, равно 
. Отсюда, используя выражение (9. 8), получаем 
. Если взять абсолютно ненаправленный источник, то 
. Этот параметр широко используется в теории антенн.
К. н. д. антенны с помощью действующей поверхности определяется выражением (считаем, что η =1) 
.
Часть принимаемой мощности антенна переизлучает в окружающее пространство. Эту мощность определяют как произведение эффективной площади рассеяния (ЭПР) 
на значение вектора Пойнтинга в месте приема: 
.
ЭПР различных объектов рассматривается в курсе радиолокации.
§ 9. 4. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРИЕМНЫМ АНТЕННАМ
На входе приемника кроме э. д. с. сигнала действуют э. д. с. различных помех. Отношение этих э. д. с. есть коэффициент превышения сигнала над помехой: 
.
Очевидно, что коэффициент К должен быть максимальным. Существенную роль в увеличении отношения 
играют направленные свойства приемных антенн. Поэтому к характеристикам направленности приемных антенн в ряде случаев предъявляют более жесткие требования, чем к передающим, например по снижению уровня боковых лепестков, '
Источники э. д. с., мешающие приему, можно разделить на внешние и внутренние:
внешние: электрические разряды в атмосфере; всевозможные переходные процессы в электрических аппаратах и устройствах; радиостанции, работающие на близких частотах; радиоизлучение Солнца, звезд, отдельных галактик и т. д.;
|
|
|
внутренние: шумы антенны, линии передачи, сопротивлений, контуров, ламп приемника.
Как известно, шумы имеют место во всех каскадах приемника. Однако при расчете они могут быть пересчитаны к э. д. с. шумов, действующей на входе приемника. С учетом сказанного можно записать
Для упрощения анализа рассмотрим два крайних случая: 
, где 
- Э. Д. С. внешних помех; 
- э. д. с. шумов.
Пусть 
, тогда 
. Это имеет место в основном в диапазонах длинных и средних волн, когда уровень внешних помех чрезвычайно велик.
Меры борьбы с внешними помехами:
1. Для устранения интерференционных помех от радиостанций и атмосферных Помех применяют направленные антенны или антенны с регулируемой диаграммой направленности, позволяющие совмещать направление минимального приема с направлением прихода помехи и тем самым уменьшать ее воздействие. Однако, если направления прихода полезного сигнала и помехи совпадают или незначительно отличаются, использование направленных антенн выигрыша не дает,
2. Ослабление индустриальных помех, вызываемых переходными процессами в различных электрических установках, достигается их экранированием и установкой фильтров в цепях питания. Помехи такого рода являются ненаправленными.
Если помехи не имеют направленного характера или приходят из широкого сектора пространства, то применение направленных антенн также целесообразно, так как оно увеличивает выигрыш, даваемый антенной. Действительно, если предположить, что любое направление прихода помехи равновероятно, то
,
где 
- к. н. д. антенны в главном направлении;
- напряженность поля полезного сигнала;
- напряженность поля помехи.
Таким образом, направленность антенны в 
раз уменьшает воздействие помехи.
Если передающая антенна имеет к. н. д. 
, а приемная - 
то общий эффект, даваемый двумя антеннами, равен выигрышу в мощности полезного сигнала относительно мощности помех в 
раз.
Следовательно, коэффициент превышения К в рассматриваемом случае определяется только к. н. д. антенны и не зависит от ее к. п. д.
Если 
, то 
. Такой режим работы преобладает в диапазоне УКВ.
Для получения максимального сигнала на входе приемника в этом случае необходимо иметь большой к. у. антенны, т. е. антенна должна обладать малыми потерями и значительным к. н. д.
|
|
|
|
|
|
