3. Эквивалентная схема приемной антенны, энергетические со­отно­ше­ния

Эквивалентная схема приемной антенны.

Антенна в режиме приема, по отношению к радиоприемному устройству, мо­­жет рассматриваться как генератор переменной комплексной ЭДС - . При этом, в качестве внутреннего сопротивления такого источника и выступает внут­рен­нее сопротивление антенны:

,

которое в общем случае является комплексным и включает в себя активную R_A и ре­активную X_A составляющие.

На основании вышеизложенного, эквивалентную схему приемной антенны мож­но представить в следующем виде:

В свою очередь активное сопротивление приемной антенны равно:

,

где R_Σ - сопротивление переизлучения, которое характеризует переизлу­чен­­ную антенной мощность при корот­козамкнутых входных зажимах (при этом на­веденная в антенне энергия в при­емной устройство не поступает); R_П – сопро­тив­ление активных потерь в антенне - характеризует активную мощность тепло­вых потерь; X_A - реактивное сопротивление - характеризует мощность реактивных по­лей вблизи антенны.

При подключении антенны к радиоприемному устройству активная мощ­ность, характеризуемая сопротивлением переизлучения, будет перераспре­де­ляться. Часть этой мощности по прежнему переизлучится антенной, а другая – вы­деляется во входной цепи приемника. При условии идеального согласования при­емной антенны с приемным устройством и отсутствии в ней половина мощ­нос­ти переизлучается, а половина – выделяется во входной цепи приемного уст­рой­ства. Входная цепь приемника, в общем случае как нагрузка для антенны, мо­жет иметь комплексное сопротивление:

.

При этом эквивалентная схема приемной антенны совместно с входной цепью при­мет следующий вид:

Энергетические соотношения

Исходя из эквивалентной схемы приемной антенны, можно опре­делить ток, про­текающий через входную цепь приемного устройства:

. (1)

Активная мощность, выделяемая во входной цепи приемника, ра­вна:

, (2)

где I_ПР - амплитуда тока на входных зажимах приемного устройства.

На основании закона Ома для полной цепи можем найти I_ПР:

. (3)

В выражении (3) - амплитуда ЭДС на входных зажимах антенны.

Если приемная антенна полностью согласована с приемником, то выпол­ня­ют­ся равенства: R_A = R_ПР, X_A = - X_ПР , то мощность, выделяющаяся вовходной це­пи приемника примет значение, которое равно:

.

Если антенна не имеет потерь и полностью согласована с при­емником, а прием ве­дет­ся с направления максимума ДН приемной антенны, то мощность, отда­ва­е­мая приемной антенной во входную цепь приемного устройства будет мак­си­мальна:

.

Если антенна не согласована с приемником, выделяемая на его входе мощность бу­дет меньше:

,

где КБВ - коэффициент бегущей волны в линии передачи.

Таким образом, для повышения активной мощности, отдаваемой приемной ан­тенной во входную цепь приемного устройства необходимо вести прием с мак­си­мума ДН и обеспечить полное согласование при­емной антенны с приемным уст­ройством (с линией передачи).

4. Действующая длина приемной антенны

Действующая длина приемной антенны - это коэффициент, име­ющий раз­мер­ность длины, который связывает между собой амплитуду напряженности поля в точке приема с направления максимального приема и ЭДС на зажимах антенны:

Этот параметр относится только к антеннам линейного типа и характери­зует их энергетическую эффективность по преобразованию энергии электромаг­нит­ного поля в энергию токов высокой частоты. Действующая длина приемной ан­тенны зависит от ее геометрической длины и от закона распределения ампли­ту­ды и фазы тока по антенне :

Из данного выражения следует:

- зная геометрическую длину линейной антенны и закон распределения то­ка по ней , можно аналитически определить дейс­твующую длину;

- при равномерном и синфазном законе распределения амплитуды тока по ан­тенне , действующая длина антенны совпадает с геометри­чес­кой ;

- чем больше неравномерность и несинфазность в распределении тока вдоль антенны, тем меньший процент от геометрической длины антенны составляет действующая. Поэтому в общем случае дей­ствующая длина лежит в пределах: .

Физический смысл действующей длины заключается в следующем. Дейст­вую­щая длина приемной антенны - это такая геометрическая длина линейной ан­тен­ны с равномерным и синфазным распределением тока вдоль нее, при котором эта антенна создает на зажимах макси­мальную ЭДС, равную максимальной ЭДС, соз­данной реальной антенной с неравномерным и несинфазным распределением то­ка по длине. В свою очередь, закон распределения тока антенны в режиме прие­ма зависит от типа антенны и ее конструктивного исполнения.