3.2 Эквиваленты приемных антенн

Приемную антенну, находящуюся в электромагнитном поле, можно представить в виде эквивалентного генератора ЭДС Ė_А или тока İ_А – рис. 3.5. Внутреннее сопротивление генератора ЭДС в общем случае содержит активную и реактивную составляющие Z_A = R_A + jX_A. Электродвижущая сила эквивалентного генератора Ė_А = Ę/h_Д, где Ę – напряженность электрической составляющей поля сигнала в месте приема; h_Д – действующая высота (или длина) антенны.

г енератор ЭДС

г енератор тока

Рис.3.5 – Эквивалентные генераторы ЭДС – а) и тока – б)

Параметры эквивалентного генератора тока определяются выражением

İ_А = Ė_А/Z_A = Ė_АY_A, (3.1)

где Y_A = 1/Z_A = G_A + jB_A — комплексная проводимость антенны.

Активная G_A и реактивная B_A составляющие проводимости антенны

G_A = R_A / |Z_A|²; B_A = – X_A / |Z_A|². (3.2)

Сопротивление (импеданс) Z_A ненастроенной антенны зависит от частоты – антенна представляет собой цепь с распределенными параметрами. В сравнительно узких интервалах частот можно использовать относительно простые эквиваленты реальных антенн. Если размеры антенны невелики по сравнению с длиной волны, то схема замещения антенны может быть представлена в виде последовательного соединения индуктивности L_A, емкости C_A и активного сопротивления R_A – рис. 3.6, а). В области очень низких частот, когда L_A « 1C_A, можно пренебречь индуктивностью, и тогда схема замещения антенны будет содержать только емкость C_A и активное сопротивление R_A – рис. 3.6, б).

Рис. 3.6 – Схемы замещения ненастроенной антенны

В диапазоне декаметровых волн реактивное сопротивление ненастроенных антенн может иметь как емкостный, так и индуктивный характер. В диапазоне метровых и более коротких волн используют антенны, настроенные на среднюю частоту диапазона, на которой антенна обладает активным сопротивлением R_A. Если это сопротивление равно волновому сопротивлению фидера _A, то антенна присоединяется к фидеру непосредственно, в других случаях – через согласующее устройство. Антенна совместно с фидером эквивалентна генератору ЭДС Ė_А с внутренним сопротивлением _A или генератору тока İ_А с проводимостью G_А = 1/_A.

В диапазоне СВЧ вместо ЭДС или тока удобнее рассматривать номинальную мощность антенны, поскольку при наличии трансформирующих элементов напряжение и ток изменяются, а мощность остается постоянной. Номинальная мощность

Р_ном = S_Д_AĘ²/120,

где _A – КПД антенны при согласованной нагрузке; S_Д – действующая площадь антенны; Ę – напряженность электрической составляющей поля сигнала в месте приема.

3.3 Способы перекрытия частотного диапазона

Плавно настраивать контуры в заданном диапазоне частот можно, изменяя индуктивность или емкость либо одновременно и то и другое.

Перестройка контура с помощью индуктивности при постоянной емкости контура приводит к резкому изменению его добротности. Характеристическое сопротивление контура _К и его затухание d_К можно выразить через емкость контура:

_к = 1/₀С_К; d_К = r/_к = r₀С_К.

Вследствие поверхностного эффекта в проводах катушки и диэлектрических потерь сопротивление r растет почти пропорционально частоте настройки – затухание d_К, называемое конструктивным, пропорционально квадрату частоты, а полоса пропускания П_0,7 = f₀d_К и резонансная эквивалентная проводимость контура G_К = d_К/_К= d_К₀С_К пропорциональны кубу частоты. Следовательно, при настройке контура с помощью индуктивности его показатели по диапазону резко изменяются.

При настройке контура путем изменения емкости его параметры, выраженные через индуктивность, имеют вид

_К = ₀L_К; d_К = r/_К = r/₀ L_К.

Считая r пропорциональным частоте, видим, что затухание, а следовательно, и добротность контура Q_К не зависят от частоты. Полоса пропускания и эквивалентное сопротивление контура

R_К = 1/ G_К = ₀L_КQ_К

пропорциональны частоте. Следовательно, настройка емкостью сопровождается менее резкими изменениями параметров контуров. Поэтому контуры в относительно широком диапазоне частот обычно настраивают изменением емкости. Настройка индуктивностью используется при небольших перекрытиях диапазона.

При настройке емкостью коэффициент перекрытия диапазона

k_Д = f_0max /f_0min =

Как правило, k_Д  3. Если приемник должен работать в более широком диапазоне частот, то диапазон разбивают на поддиапазоны.

Переход с одного поддиапазона на другой осуществляют переключением индуктивностей. Если плавная настройка внутри поддиапазона ведется изменением индуктивности, то от одного поддиапазона к другому переходят переключением конденсаторов.

Обычно применяют два способа разбиения диапазона на поддиапазоны: с постоянным частотным интервалом – рис. 3.7; с постоянным коэффициентом перекрытия.

Р ис. 3.7 – Постоянный частотный интервал поддиапазонов

3.3.1 Постоянный частотный интервал поддиапазонов (рис. 3.7) – разность максимальной и минимальной частот у всех поддиапазонов одинакова:

f_0max – f_0min = f_пд = const. (5.3)

Число поддиапазонов N_пд = (f_0max – f_0min)/f_пд. В соответствии с (5.3) коэффициент перекрытия поддиапазона

k_д = f_0max/f_0min = 1 + f_пд/f_0min.

Отсюда видно, что при переходе к более высокочастотным поддиалазонам коэффициент перекрытия уменьшается. Для получения заданного коэффициента перекрытия на всех поддиапазонах в контурах используют добавочные конденсаторы, которые уменьшают влияние переменной емкости С_К на частоту настройки контура – рис. 3.8.

	Добавочные конденсаторы С1 и С2 уменьшают влияние переменной емкости СК на частоту настройки контура.
Рис. 3.8 – Уменьшение влияния переменной емкости

Достоинство способа разбиения диапазона с постоянным частотным интервалом – одинаковая плотность настройки на всех поддиапазонах – позволяет использовать единую шкалу точной настройки; недостаток – большое число поддиапазонов. Используется в профессиональных приемниках.

3.3.2 Постоянный коэффициент перекрытия – коэффициенты перекрытия всех поддиапазонов одинаковы: k_ПДi = f_{0i max} / f_{0i min} = const.

Коэффициент перекрытия всего диапазона приемника (5.4)

k_Д = (k_ПД)^Nпд,

где N_ПД – требуемое число поддиапазонов, определяется, как следует из (5.4), выражением N_ПД = lgk_Д / lgk_ПД.

Частотное перекрытие каждого поддиапазона f_ПД = f_{0i max} – f_{0i min} = (k_ПД – 1)/f_{0i min}

– с увеличением частоты f_{0i min} возрастает частотное перекрытие данного поддиапазона, следовательно, возрастает плотность настройки (число станций на одно деление шкалы).

96