2.3 Эквивалентные схемы и параметры антенн

Антенны радиоприемных устройств бывают различной конструкции. Часто это провод различной длины (горизонтально или вертикально расположенный). Антенна может быть штыревая или магнитная ферритовая.

При анализе работы входной цепи антенну можно представить в виде эквивалентного генератора с ЭДС и внутренним сопротивлением , причем ЭДС антенны определяется напряженностью поля в месте приема. Параметры антенны зависят от частоты, а также от метеорологических условий (температуры, влажности, давления и т. д.). Внутреннее сопротивление антенны можно представить в виде последовательного соединения активного сопротивления , емкости и индуктивности (рисунок 2.9). В диапазонах СЧ и НЧ, когда , индуктивностью можно пренебрегать. Тогда эквивалент антенны будет содержать только емкость антенны и сопротивление ( и ). В микроволновых диапазонах (метровые и более короткие волны) вместо ЭДС или тока эквивалентного генератора удобно рассматривать номинальную мощность антенны, так как при наличии трансформирующих элементов на­пряжение и ток изменяются, а мощ­ность остается постоянной.

Рисунок 2.9 - Эквивалентная схема антенны

В этих диа­пазонах используют антенны, настроен­ные на среднюю частоту рабочего диапазона. На этой частоте антенна обладает только активным сопротивлением. Например, полуволновый вибратор имеет эквивалентное сопротивление 75 Ом.

Параметры антенны зависят от ее размеров, конструкции и рас­положения и могут составлять =20 ...60 Ом, =50... 400 пФ, =10... 30 мкГн. Для антенн радиовещательных приемников ре­комендуется стандартный эквивалент антенны, у которого = 125 пФ, = 400 пФ, = 20 мкГ, , 320 Ом. В диапазоне декаметровых волн (ВЧ) сопротивление ненастроенных антенн может быть как индуктивным, так и емкостным. На длин­ных линиях радиосвязи на декаметровых волнах применяют ост­ронаправленные антенны. Простейшая остронаправленная антен­на - это симметричный вибратор. Получение острой направлен­ности достигается применением нескольких симметричных вибра­торов. Такие антенны соединяются с входной цепью приемника фидером. Для получения максимального напряжения сигнала на входе приемника необходимо согласовать сопротивление антенны с входным сопротивлением фидера и выходное сопротивление фи­дера с входным сопротивлением приемника.

2.4 Обобщённая эквивалентная схема одноконтурной входной цепи

Для определения параметров входных цепей проводят их ана­лиз, составляя для этого обобщенную эквивалентную схему. В этой схеме входная цепь представляется в виде одиночного коле­бательного контура с индуктивностью , емкостью и сопро­тивлением (рисунок 2.10,а). К этому контуру с одной стороны под­ключается антенна, а с другой - вход первого каскада приемни­ка. Антенну представляют в виде эквивалентного генератора с ЭДС и внутренним сопротивлением . Активное со­противление антенны состоят из сопротивления потерь и со­противления излучения . Реактивное сопротивление антенны за­висит от и . Входное сопротивление каскада обозначено (рисунок 2.10,б). Схема принимает более простой вид при замене эквивалентного генератора ЭДС генератором тока , а сопротивлений — проводимостями, как показано на рисунке 2.10,е.

В общем случае антенна подключается к контуру частично с коэффициентом включения , Нагрузка также в общем случае подключается к контуру частично с коэффициентом вклю­чения . Поэтому схему, приведенную на (рисунок 2.10,в), можно пре­образовать к виду, приведенному на рисунке 2.10,г, где , а проводимости , где - собственная резонансная проводимость контура; - активная проводимость, вносимая в контур из антенны; активная проводимость, вносимая с входа первого каскада — реактивная проводимость, вносимая антенной; реактивная проводимость, вносимая входом каскада. Объединив проводимости, получим схему (рисунок 2.10,д).

При настройке в резонанс с частотой сигнала реактивные составляющие равны нулю. А активную составляющую можно представить как . Тогда приведенная экви­валентная схема входного устройства принимает вид, показанный на рис. 2.10,е. Пользуясь этой схемой, определим коэффициент пе­редачи входной цепи по напряжению = / . Напряжение на входе первого каскада . Тогда

Из этого выражения видно, что коэффициент передачи вход­ной цепи по напряжению зависит как от связи с антенной так и от связи с первым каскадом .

Рисунок 2.10 - Схемы входной цепи:

а – принципиальная; б – эквивалентная; в – преобразованная; г – упрощённая; д – обобщённая; е - приведённая

Анализ показывает, что максимальный коэффициент передачи по напряжению входной цепи будет при согласовании антенны с контуром. Условием согласования является равенство приведенной проводимости антенны сумме проводимостей контура и приведен­ной входной проводимости первого каскада, т. е. .

Отсюда можно найти оптимальный коэффициент включения антенны , обеспечивающий режим согласования:

, .

При этом коэффициент передачи будет максимальным (однако высокой точности согласования в данном случае не требуется, так как при изменении в 2 раза коэффициент передачи умень­шается всего на 20%):

Из этой формулы видно, что и находятся и в числителе и в знаменателе и, следовательно, оказывают на коэффициент пе­редачи двоякое влияние. Обычно = 1,5... 10. Коэффициент пе­редачи получается больше единицы благодаря трансформирую­щим свойствам входной цепи.

Избирательность входной цепи определяется его резонансной характеристикой, форма которой зависит от эквивалентной доб­ротности входного контура (зависящей в свою очередь от вносимых из антенны и с входа первого каскада проводимостей). Для повы­шения избирательности следует уменьшать вносимые проводи­мости, ослабляя связь контура с антенной и входом первого кас­када, т. е. уменьшая коэффициенты и . Но уменьшение и ведет к уменьшению коэффициента передачи входной цепи по напряжению.