9.3 Антенна как источник сигнала

Приемную антенну, находящуюся под воздействием электромагнитного поля, можно представить в виде эквивалентного генератора ЭДС или тока (рисунок27).

Внутреннее сопротивление генератора ЭДС в общем случае содержит активную и реактивную составляющие .

ЭДС эквивалентного генератора , где - напряженность электрической составляющей поля сигнала в месте приема, - действующая высота (или длина) антенны.

Рисунок 9.4 Эквиваленты приемных антенн

а – с генератором ЭДС; б – с генератором тока

Параметры эквивалентного генератора тока определяются выражением

,

где - полная проводимость антенны. Здесь

- соответственно активная и реактивная составляющие проводимости антенны.

Сопротивление ненастроенной антенны зависит от частоты сложным образом, так как антенна представляет собой цепь с распределенными параметрами.

В сравнительно узких интервалах частот можно использовать относительно простые схемы замещения и строить относительно простые эквиваленты реальных антенн.

Так, если размеры антенны невелики по сравнению с длиной волны, то схема замещения антенны может быть представлена в виде последовательного соединения индуктивности , емкости и активного сопротивления (рисунок6а).

В области ОНЧ, когда , можно пренебречь индуктивностью, тогда схема замещения антенны будет содержать только емкость и активное сопротивление (рисунок 9.5, б).

Рисунок 9.5 Эквиваленты ненастроенных антенн

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 рабочего поддиапазона. На этой частоте антенна обладает чисто активным сопротивлением . Если это сопротивление равно волновому сопротивлению фидера , то антенна совместно с фидером эквивалента генератору ЭДС , с внутренним сопротивлением или генератору тока с проводимостью .

В диапазоне СВЧ вместо ЭДС или тока генератора удобнее рассматривать номинальную мощность антенны, так как при наличии трансформирующих элементов напряжение и ток изменяются, а мощность остается постоянной. Номинальная мощность антенны пропорциональна ее действующей площади

,

где - КПД антенны при работе на согласованную нагрузку.

9.4 Схемы входных цепей

Наиболее распространенными схемами входных цепей являются схемы емкостной, индуктивной (трансформаторной), индуктивно-емкостной (комбинированной), автотрансформаторной связи с антенной или антенно-фидерной системой.

Входные цепи различаются между собой не только по характеру связи ( ), но и по числу используемых в них контуров.

В настоящее время наиболее часто находит применение одноконтурная входная цепь. К важным преимуществам такой цепи по сравнению с многоконтурной цепью относятся простота конструктивного выполнения и обеспечение более высокой чувствительности (рост числа контуров увеличивает потери сигнала до входа первого каскада).

Одноконтурная входная цепь обеспечивает также постоянство резонансного коэффициента передачи в сочетании с удобством перестройки приемника в рабочем диапазоне частот.

Многоконтурная входная цепь позволяет получить форму резонансной характеристики, при которой обеспечиваются наименьшие искажения спектра полезного сигнала при высокой избирательности по отношению к мешающим сигналам, и это является ее достоинством. Вследствие этого она преимущественно находит применение в высококачественных приемниках, работающих на фиксированных частотах.

Рисунок 9.6 Трансформаторная связь контура с антенной

Рассмотрим схемы входных цепей радиовещательных и других приемников умеренно высоких частот, работающих с ненастроенными антеннами.

1) Трансформаторная связь контура с антенной (рисунок 9.6)

При достаточно слабой связи между катушками связи и входного контура можно получить практически одинаковый коэффициент передачи по диапазону рабочих частот. Это обеспечивается соответствующим выбором параметров антенной цепи ( ).

2) Емкостная связь контура с антенной (рисунок 9.7 )

Рисунок 9.7 Емкостная связь контура с антенной

В ней выбором достаточно слабой связи с антенны с входным контуром, осуществляемой через конденсатор связи , можно обеспечить малое влияние антенны на контур и постоянство характеристик входной цепи при работе приемника с различными антеннами.

Однако при весьма малой величине связи уменьшается коэффициент передачи, а следовательно, снижается чувствительность приемника.

Обычно выбирают из условия .

К недостатку схемы относится значительное непостоянство коэффициента передачи входной цепи по напряжению в диапазоне рабочих частот.

3) Комбинированная связь (рисунок 9.8)

Схема комбинированной связи с антенной позволяет обеспечить достаточно высокое и практически постоянное значение величины во всем диапазоне рабочих частот.

Недостатком схемы является ухудшение избирательности по зеркальному каналу приема по сравнению с избирательностью, обеспечиваемой схемой с трансформаторной связью.

Неполное подключение электронного прибора первого каскада (лампы, транзистора) ко входному контуру ослабляет влияние его входного сопротивления на входную цепь и позволяет обеспечить заданную полосу пропускания; это подключение осуществляется с помощью автотрансформаторной связи, с помощью емкостного делителя или трансформаторной связи.

Схемы с трансформаторной и автотрансформаторной связи с антенной широко применяют в профессиональных приемниках декаметровых и метровых волн, работающих на фиксированной частоте или в узком диапазоне частот.

Рисунок 9.8 Схема комбинированной связи с антенной

3. Автотрансформаторная связь (рисунок9.9)

Рисунок 9.9 Схема автотрансформаторной связи с антенной

Схему с автотрансформаторной связью применяют при работе с несимметричными (коаксиальными) фидерами и наиболее частот используют на практике.

В этих схемах показано неполное (частичное) подключение контура ко входу активного элемента (биполярный транзистор), обладающий малым входным сопротивлением.

Рисунок 9.10 Входная цепь с двухконтурным полосовым фильтром

Если активным элементом будет электронная лампа или полевой транзистор, у которых входное сопротивление большое, то может использоваться полное включение контура.

На рисунке 9.10 показана одна из наиболее распространенных схем двухконтурной входной цепи.

Здесь связь первого контура с антенной – трансформаторная. Связь между контурами – внутриемкостная через конденсатор и внешнеемкостная через . Двухконтурная входная цепь позволяет обеспечить форму резонансной кривой, более близкую к прямоугольной.