2. Режим сильного сигнала в радиолиниях свч.

В диапазоне СВЧ интересуются мощностью на входе приемника, а не напряжением. Здесь под чувствительностью понимают минимально необходимую мощность сигнала на входе приемника Р_{пр мин}. Чувствительность приемного устройства по-прежнему оценивается величиной Е_мин

Необходимо, чтобы Р_пр > Р_{пр мин} , Е > Е_мин

Случай, когда приемник подключается непосредственно к антенне – мощность, рассеиваемая на активной составляющей входного сопротивления приемника равна:

,

где I – амплитуда тока в цепи приемной антенны.

Т.к.: и .

Получаем: .

В режиме сильного сигнала необходимо стремиться к получению на входе возможно большей мощности - это имеет место при полном согласовании:

Для режима полного согласования: .

Если при этом антенна не имеет потерь ( ) и прием произво­дится с направления максимума ДН, то на вход приемника будет поступать наибольшая из всех возможных мощность:

- оптимальная мощность

При наличии потерь в антенне мощность уменьшается:

Из ранее приведенных формул можно определить оптимальную мощность, как:

и найти полезные соотношения между в режиме приема:

; ; , где – КНД в максимуме.

Цепочка расчетных формул теперь имеет вид:

При рассогласовании приемника с антенной для направления максимума приема имеем:

Соотношение мощности на входе приёмника к оптимальной называется коэффициентом передачи мощности антенной цепи.

.

Случай, когда приемник подсоединяется к антенне с помощью фидера. При согласованной на обоих концах линии ( - фидер) мощность будет отличаться от оптимальной на величину потерь в антенне и фидере:

В диапазоне СВЧ антенна обычно хорошо согласована с фидером , а приемник часто рассогласован с фидером. В этих условиях от приемника часть электромагнитной энергий отражается к антенне и полностью переизлучается, т.к. фидер согласован с антенной. Доля отраженной от приемника энергии определяется квадратом модуля коэффициента отражения на входе приемника . Таким образом, при отсутствии потерь в антенне и фидере на вход приемника попадает мощность: .

С учетом потерь: .

Т.к. , то

Коэффициент передачи мощности равен:

Из этого следует, что в режиме сильного сигнала на приемном конце радиолинии СВЧ необходимо стремиться к повышению КПД АФУ и улучшению согласования.

В режиме слабого сигнала мощность полезного сигнала на входе приемника соизмерима с мощностью внешних помех и собственных шумов приемника. При этом нормальное функционирование линии обеспечивается при отношении , не меньшем коэффициента различимости:

.

У современных приёмников приближается к единице (зависит от

конструкций, способа обработки сигнала, спектральных характеристик помех).

Режим слабого сигнала в радиолиниях ДВ,СВ,КВ

Здесь характерно то, что собственные шумы приемника можно не принимать во внимание, т.к. интенсивность внешних помех в этих диапазонах обычно гораздо больше интенсивности собственных шумов.

Как полезный сигнал, так и внешние помехи, попадающие по частоте в полосу пропускания приемника, совместно проходят через антенну и фидерный тракт, поэтому КПД, действующая длина и сте­пень согласования АФУ на величину почти не влияют. Однако эта величина в ряде случаев существенно зависит от направленнос­ти антенны:

.

Т.е. при равномерно распределенных помехах в пространстве применение направленных антенн дает увеличение отношения в раз. При неравномерном распределении помех выигрыш в за счет направленности антенны будет зависеть от этого распределения. При сосредоточенных источниках помех влияние антенны на помехозащищенность оценивается коэффициентом .

Режим слабого сигнала в диапазоне СВЧ

Помехи в этом диапазоне создаются сосредоточенными и распределенными источниками радиоизлучения, а также тепловыми радиоизлучениям Земли, окружающих предметов и атмосферы. Абсолютный уровень этих помех, как правило, очень мал, поэтому имеет смысл снижать собственные шумы приемника, увеличивая его чувствительность. Применением различных устройств чувствительность прием­ника может быть доведена до величин порядка Вт. При столь высоких чувствительностях заметную роль начинают играть помехи, вызванные тепловым движением электронов в антенне, фидере, устройствах согласования и коммутации, т.е., так называемый соб­ственный шум АФУ.

ЭФФЕКТИВНАЯ ШУМОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА

Эффективная шумовая температура антенны или АФУ вводится как параметр приемной антенны при приеме слабых сигналов диапазона СВЧ по аналогии с источниками теплового шума.

При исследовании радиоприемных устройств СВЧ эффективная шумовая температура источника шумов (в градусах Кельвина) вводится как коэффициент, связывающий мощность шумов и полосу пропускания:

,

где - постоянная Больцмана

Эффективную шумовую температуру, характеризующую мощность всех внешних помех, называют условно шумовой температурой излучения . Ее обычно рассчитывают, вводя по­нятие яркостной температуры ис­точников помех . Участок по­верхности источника помех имеет температуру , если создаваемая им интенсивность помех равна интенсивности радиоизлучения соответствующего участка абсолютно черного тела, имеющего температуру , и такую же пространственную конфигурацию, что и источник помех. Интенсивность - это спектральная плотность мощности выходящей через единичную площадку поверхности излучающего тела в единичный телесный угол.

Для абсолютно черного тела: .

На приемную антенну попадает только та часть мощности, кото­рая излучается площадкой (элементарная площадка на излучающей поверхности) в телесный угол, опирающийся на площадку, равную эффективной площади антенны . Таким образом, спектральная плотность мощности излучения от площади на входе приемника, согласованного с антенной, равна:

где телесный угол, под которым видна от антенны излу­чающая площадка ( )

Т.к. поля помех приходящих с разных участков излучающей поверхности, статистически независимы, то полная спектральная плотность мощ­ности помех на входе приемника определится суммированием по всем направлениям от антенны, на участки излучающей поверхности:

Полная мощность шумов:

Шумовая температура:

Величина зависит не только от параметров антенны, но и от интенсивности распределения внешних источников помех.

Собственные шумы антенны определяются сопротивлением потерь антенны , температуру которого нужно считать равной температуре окружающей среды - физическая температура антенны. С учетом потерь эквивалентная схема антенны как генератора шумовой ЭДС показана на рисунке, где приписана шумовая температура , отличная от температуры окружающей среды .

Внешние шумы и шумы за счет потерь в антенне статически независимы, поэтому нужно складывать их среднеквадратические значения:

или ,

где - эффективная шумовая температура антенны.

После преобразования имеем:

, ,

где - КПД антенны.

По аналогичной методике учитываются шумы за счет потерь в фидере вместе с включенными в него различными устройствами:

где - КПД линии передачи, - физическая температура линии передачи (фидера), - коэффициент передачи мощности антенной цепи без учета потерь в антенне и линии. Здесь антенна с фидером согласована, а приемник нет ( ).

Рассогласование приемника с фидером часто используется для уменьшения шумов входной цепи приемника при реализации предельной чувствительности в диапазоне СВЧ.

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИЕМНЫХ АНТЕНН

Поляризация приемной антенны определяется поляризацией поля, создаваемого этой антенной в режиме передачи.

Поляризационная согласованность приемной антенны по отношению к набегающей волне характеризуется коэффициентом поляризационной согласованности:

,

где - оптимальная мощность в приемной антенне при полном поляризационном согласовании, - оптимальная мощность при поляризационном рассогласовании.

Коэффициент поляризационной согласованности может изменяться в пределах . Антенны, имеющие - поляризационно полностью согласованные, - поляризационно полностью развязанные. Коэффициент зависит от коэффициента эллиптичности и антенн 1 и 2 и от угла между осями их поляриз-х эллипсов :

.

Полная поляризационная привязка ( ) достигается при:

1) чисто круговых поляризациях противоположного направления вращения ,

2) при одинаковых эллипсах с противоположными направлениями вращения и перпеньдекулярными большими осями .

Получение поляризационных развязок в 35-40 дБ является сложной, но важной технической задачей, т. к. довольно часто, это единственное средство избавиться от мешающего действия посторонних излучений.

Полное поляризационное согласование ( ) достигается при:

1) чисто круговой поляризации падающего поля и приемной антенной при одинаковых направлениях вращения ,

3) линейно поляризованных при параллельных плоскостях поляризации ;

4) эллиптической поляризации при и параллельных больших осях эллипсов .