АФУ

Зависимость коэффициента поляризации поляризационного эллипса от пространственных углов θ, называют поляризационной ДН. В общем случае у нас линейная поляризация, на приемном конце нужно ставить антенну с такой же поляризацией.

Частотный диапазон.

Для обеспечения режима бегущих волн регистрируем коэффициент стоячих волн, на центральной частоте он должен быть равен 1. КСВ=1.2 влево и вправо. (Допускается для наземных станций КСВ=1.15, наземных КСВ=1.2) Зафиксировав данные значения, получили диапазон частот в котором антенна не теряет своих качеств.

Интервал частот, в котором заданные параметры антенны не выходят из заданных границ, называют рабочим диапазон частот антенны, те полосой пропускания.

Рабочий диапазон определяют по изменению входного сопротивления антенны. В режиме бегущих волн выходное

сопротивление передатчика согласовано с длинной линией и входным сопротивлением антенны(на передачу). Сопротивление антенны должно быть согласовано с волновым сопротивлением тракта передачи и входным сопротивлением приемника(на прием). Если есть рассогласование, но в пределах указанногоКсв, то это покажет сопротивление(должно быть чисто активным, и =волновому). Антенна выполняет роль пространственного фильтра(ДН), частотного фильтра, поляризационного фильтра.

Ширина полосы пропускания:

f fмакс. fмин.

Вводится коэффициент перекрытия по частоте:

f 10% - узкополосная; f 50%- широкополосная;

fмакс. 2диапазонная. Вводится коэффициент перекрытия диапазона.

fмин.

Допустимая величина излучаемой мощности. При напряженности поля более

30кВ/см вблизи антенны будет диэлектрический пробой.: Предельно допустимая определяется из E<30кВ/см, рабочую мощность антенны выбирают как правило в 2-3 раза меньше чем предельно допустимая. Величина предельно допустимой мощности излучения уточняется экспериментально.

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ПРИЕМНЫХ АНТЕНН

Принцип взаимности

Простая антенна работающая на прием: источник эдс, внутренне сопротивление источника эдс, сопротивлениенагрузки(входное сопротивление приемника). Справедливость принципа взаимность была доказана в 1927, Свешниковой. В 1935 Нейманом была разработана теория приемных антенн.

Рассмотрим две антенны. Промежуточная среда является линейной(параметры среды не зависят от величины приложенного поля), изотропная(параметры среды не зависят от направления приложенного поля).А1 передающая, А2 приемная. Изобразим их в виде 4х полюсников.

справедливо для любых расстояний между антеннами и для любой поляризации ЭМВ излучаемых в режиме передачи, следовательно передающую антенну можно использовать на прием.

Замечание: Для того что бы использовать антенну в режиме передачи и на прием ее необходимо подключить к одному и тому же сечению линии передачи(обеспечение режима бегущих волн).

Ток и ЭДС в приемной антенне

Запишем напряженность поля с индексами первая антенна создает во второй ток 21, вторая антенна создает в первой ток 12.

Е21 – это поле второй антенны, которое создает ток в первой антенне.

Мы можем записать:

F , F , PA , ; (16)PA , ; -вектор поляризации антенны (ЭДС) Напряженность будет равна:

E E Pe , ; 17 Pe , (вектор поляризации падающей волны)

P P -скалярное произведение векторов(произведение модулей векторов на cosугла ме-

A e

жду ними)

- коэффициент поляризационного приема. Характеризует степень поляризационного согласования приемной антенн с падающей волной. Если два вектора коллинеарны как на (рис .5а) то

ЭДС будет максимальным. Если вектора ортогональны, то приема не будет(эдс равно 0).

(19) подставим в (18):

Пример: отражение от облачности(грозы) будет засвет, используем

круговую поляризацию правого вращения, отражаться будет уже с левым вращением, волна приниматься не будет. Самолет 50 м в длину, можно рассматривать как линейный отражатель, будет линейная поляризация.

Мощность в нагрузке приемной антенны. Эффективная площадь антенны, КИП, КНД, КУ, КПД.

- коэффициент согласования, характеризует степень согласования антенны с нагрузкой.

Полагаем что: 1, 1, 1;

сти падающей волны и передает в нагрузку,обычно он лежит в предела от 0,2 до 0,8.

Шумовая температура приемной антенны

В связи с успехами в создании усилителей высокой частоты с низким уровнем шума возникла необходимость учитывать при расчете чувствительности приемных устройств шумы, вносимые антенной.

Шумы антенны складываются из двух составляющих - шума, обусловленного потерями в антенне(собственный шум антенны) и шума за счет внешних источников. Собст-

венный шум антенны определяется ее физической температурой T0 и сопротивлением по-

терь Rпот. . В соответствии с формулой Найквиста средний квадрат шумового напряжения.

Uш2 пот. 4kT0 Rпот. f; 33 k - постоянная Больцмана. f -ширина полосы пропускания. Внешний шум, принимаемый антенной, находится аналогично, но этот шум отно-

сится к сопротивлению излучения антенны R . .

Uш2 . 4kT R . f; 34 T -коэффициент пропорциональности, который представляет собой такую температуру сопротивления R . , при которой его тепловой шум равен внешнему шуму, принимаемому антенной.T -эквивалентная шумовая температура сопротивления излучения R . .

Поскольку собственные и внешние шумы статически независимы, то суммарный

шум:

Uш2 А Uш2 пот. Uш2 . 4kTА f Rпот R 4kRвх.TА f ; 35

пература антенны, такая температура сопротивления Rвх. , при которой его тепловой шум равен суммарному шуму антенны.

Мощность суммарного шума антенны на согласованной нагрузке будет:

В соотношении (36) первое слагаемое определяет составляющую шумовой температуры, обусловленную внешними шумами, второе дает составляющую шумовой температуры, обусловленную потерями в антенне. При высоком КПД основную роль играет

Соответственно поле i-го излучателя:

Комплексная векторная ДН определяется:

Т.к. источники идентичны то и их ДН идентичны: f0 θ, f1 θ, f2 θ, fi θ, ; 5

Т.о. поле в точке наблюдения можно записать:

Правило перемножения диаграмм(правило Бонч-Бруевича)

Проведем математические преобразования:

fсист. , Ai ej Фi k i ip ; 9 Ai - амплитудное распределения в системе токов или полей.

i

Фi -фазовое распределение токов или полей.

Мы можем записать:

Соответственно:

Отсюда и вытекает правило перемножения диаграмм. Если нам необходимо определить ДН системы дискретных излучателей мы должны взять ДН центрального излучателя и умножить на множитель системы.Условия применения: идентичные излучатели, одинаково ориентированы, одна поляризация.

Физический смысл множителя системы - состоит в том, что он описывает пространственную, интерференционную картину излучения(комплексную ДН), системы изотропных излучателей с тем же амплитудно-фазовым распределением что и в антенне.

Графическая интерпретация правила перемножения диаграмм.

Результирующая ДН изображена пунктиром. В основном ДН определяет множитель системы. При перемножении не должно быть чтобы макс

множителя системы совпадал, с мин ДН центрального излучения.

Множитель системы линейной дискретной системы с равномерным амплитудным и линейным фазовым распределением.

Рассмотрим модель из двух излучателей. Дальняя зона. Внизу справа критерии дальней зоны. Из определения cos:

Подставим в (9)

Равномерное амплитудное распределение, Ai =1.

Линейное фазовое распределение(N- количество излучателей в системе)

С учетом количества излучателей:

А с учетомобозначении(14) и Ai =1:

-фазовое распределение в системе(фазовая диаграмма решетки).

В общем случае нас интересует модуль:

Вводится обобщенны угол следовательно множитель системы преобразуется( - обобщенный угол):

Анализ множителя линейной дискретной системы

0 -разность фаз между токами возбуждающие соседние излучатели.-

разность хода лучей от соседних излучателей в точку наблюдения.kd cos -разность фаз полей обусловленная разностью хода волн.

0/0, разрешим ее переходя к предельному соотношению, синусы заменим на аргументы.

Nm N m

Нормированный множитель системы:

1 sin

Fсист. ; 18 Выясним какие направления имеют максимальные и мини-

N sin

N

мальные значения. Из (18) следует:

1) множитель система функция периодическая с периодом 2п, это же следует из анализа обобщенного угла.

2)Если разность фаз полей приходящих в точку наблюдения от любых двух соседних излучателей кратна 2п то в этих направлениях формируется максимум множителя системы.

ψ 2m ; kd cos Ф0 2m kd cos 2m Ф0 ;

Максимальное направление:

cosθmax 2m Ф0 m Ф0 ; 19 Направление главного максимума всегда опреде- kd kd d kd

ляется выражением (19)- Условие единественности главного лепестка. Замечание:

1)Выражение (19) справедливо для любых амплитудных распределений. 2)Анализ (19) показывает, что в направлении ψ 2m ;формируется ряд одинако-

вых по величине максимумов. Максимум который соответствуетm 0 называют главным(центральным) максимумом. Остальные называют дифракционными.

Максимум боковых лепестков убывает по мере удаления от главного максимума.

Наименьшие – лепестки между максимульным значением.

При равномерном Амплитудном распределении уровень боковых лепестков самый большой и составляет 21%=-13.3дБ. Ширина главного лепестка ДН определяется(N- количество излучателей, d-расстояние между ними):

Чтобы сузить главный луч ДН можно увеличит количество излучателей либо расстояние между ними.

Рис 4

Запитка синфазная, отличается только фазовый множитель. Т.к. электромагнитную энергию лучше передавать одним лепестком(лучше помехозащищенность и скрытность, электромагнитная совместимость). Считаем что антенна является синфазной(каждый элемент запитан в одной фазе).

Получим условие единственности главного лепестка в виде:

cosθmax m Ф0 ; 19 d kd