Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Чтобы привести формулу (8.6) к нормированному виду, необходимо: 1) выразить з(п 6 через нормированную ДН диполя г(6) /з)пО; 2) с помощью формулы (7.21) сделать замену 1- лк=(/)/1*о/(г..п))п', 3) предположить, что волновое со- противление линии питания равно Х„ и пег й рейти к нормированным сопротивлениям 2,+Д„= (й +йл) 2,. После этого формула (8.6) принимает кв вид / )ГХ12=М' /)г„Е .Р(6)/~АГАПУ-,(х„+ЕА), ~н что фактически тождественно записи (д'Г >, (8.7) К (ел+ ~Я) Ркс.
8.2. д аль герца где КНД диполя заменен на коэффициент ккк цркемиак антенна усиления 6=-/)т), поскольку предполагалось, ()~Л) что в диполе нет омических потерь и КПД т)=1. Сравнивая формулы (8.7) и (8;5), устанавливаем, что Ж= =/Л/): и. Подставляя это значение Ф в формулу (8.5), приходим к окончательному выражению для нормированного тока в нагрузке приемной антенны к режиму приема, в дальнейшем можно не оговаривать специаль- но режим работы антенны. Эквивалентность параметров антенн в передающем и приемном режимах была установлена в 1935 г.
со- ветским ученым М. С. Нейманом. й 6.2. поляРНВАционные СООТИОшения пРН РАдиОпРиеие Скалярное произведение (д'г) в формулах (8.8) и (8.9) пропорционально скалярному произведению вектора поляризации падающей волны р, на вектор поляризации приемной антенны рл. (д!р (Оо Ро)) =4«р (йо М ! (8.10) где коэффициент «=(р рл"), 0«Щ «1, может быть назван лоляризационным коэффициентом передачи (по полю). Для вычисления величины «представим векторы рл и р, в каком-либо общем базисе, например в принадлежащей приемной антенне системе координат с единичными ортами 1„1,. Предположим, что чР-компонент принадлежит главной поляризации, а 0-компонент — паразнтной.
Тогда на основании представления (7.14) можно записать следующие выражения для векторов поляризации: рл — 1«ад+1« Р 1-але «/ 7 УФд р,=! а,+1 1 1-а,е~о«. Вычисляя сумму произведений компонентов вектора рл на соответствующие компоненты вектора р„находим !=ада,+)/ (1 — ад) (1 — а,) ея "+ ' . (8.11) Выясним сначала условия отсутствия радиопрнема, Приравнивая нулю порознь вещественную и мнимую части (8.11), получаем Фл+ф.=я и ад=У!~ — а,. Это означает, что при обращении величины «в нуль векторы поляризации должны иметь форму рд —— 1„соз т+1, з(п те чол р,=1„з(пт-1,соз ге ~ол, где 0«т -я/2 н — я/2«фл«я/2 — произвольные параметры. Несложный анализ показывает, что таким векторам рл и р, соответствуют поляризационные эллипсы с одинаковым коэффициентом эллиптичности, с развернутыми на 90' большими осями и с одинаковым направлением вращения. Но одинаковому направлению вращения мгновенных значений векторов поляризации рл и р~ на общей плоскости соответствуют противоположные направления вращения относительно наблюдателей, смотрящих вслед уходящей волне.
Поэтому заключаем, что векторы поляризации принадлежат ортогональным поляризациям. Таким образом, приемная антенна не реагирует на падающую электромагнитную волну с поляризацией, ортогональной ее собственной поляризации в режиме передачи. Найдем условия, при выполнении которых величина $ имеет максимальный модуль. Для этого, во-первых, необходимо, чтобы зрл+~,=0, что после введения обозначений ил=сов ть а,=созтг приводит к выражению $=созт1созтг+япт~яптт=сов(т~ — тт). Во-вторых, абсолютный максимум модуля этого выражения, равный единице, получается при т~=тм что означает, что векторы поляризации должны иметь вид Рл — — 1тсозт+1, Яп тем, р,=1,соз г+1,з1п те-гч, где т и ф — произвольные параметры.
Таким векторам рл и р. соответствуют совпадающие поляризационные эллипсы с противоположным направлением вращения. Но противоположному направлению вращения векторов поляризации на общей плоскости соответствуют одинаковые направления вращения относительно наблюдателя, смотрящего вслед уходящей волне.
Поэтому заключаем, что векторы поляризации принадлежат совпадающим эллиптическим поляризациям. Таким образом, приемная антенна осуществляет полный прием падающей электромагнитной волны с поляризацией, совпадающей с собственной поляризацией антенны в режиме передачи. Соотношение (8.11) для поляризационного коэффициента передачи справедливо при использовании любого поляризационного базиса, задаваемого соотношением (7.15). Важно лишь, чтобы при записи векторов рл н р„использовался один и тот же базис. Поляризационные соотношения для антенн круговой поляризации. Пусть приемная антенна характеризуется вектором круговой поляризации с правым (по часовой стрелке) вращением: р„=0,707(1,+ 71,). Пусть падающая электромагнитная волна в том же базисе характеризуется вектором поляризации произвольного вида: р,=( соз т+ 1, яп те' .
!Ф Согласно (8.11), поляризационный коэффициент передачи 1а — — 0,707(созт+~' яп тем). Повернем антенну вокруг направления прихода волны на угол 8 по часовой стрелке. В прежнем базисе 1„1~ вектор поляризации повернутой антенны примет вид рл(й)=0707 [(т(соз [)+у з(п я)+1ц(у соз р — э(п [~)[ = рлеИ.
Поляризационный коэффициент передачи при изменении угла поворота приемной антенны 1(Р)= (р.ряб)) =(.ет~, т. е. поворот антенны круговой поляризации вокруг линии связи на угол р не изменяет модуль напряжения принимаемого сигнала и приводит лишь к появлению дополнительного фазового сдвига, численно равного углу поворота антенны. Антенны круговой поляризации широко используются для радиосвязи с летающими объектамн: при совпадающих круговых поляризациях модуль напряжения принимаемого сигнала не зависит от взаимного разворота антенн вокруг линии связи и поляризационной коэффициент передачи по мощности [$~-'=1. Эквивалентность взаимного разворота излучателей круговой поляризации внесению добавочного фазового сдвига в канал связи используется в механических поляризационных фазовращателях СВЧ.
Это же явление може~ быть использовано при экспериментальном исследовании фазированных антенных решеток круговой поляризации для моделирования фазовых сдвигов возбуждающих токов в излучателях решетки. Важным свойством радиолокационных антенн. круговой поляризации является и то, что при передаче и приеме через общую антенну кругополяризованные антенны обеспечивают поляризационную селекцию отражений от объектов симметричной формы, например от сферических дождевых капель. При отражении волн круговой поляризации от объектов симметричной формы, в том числе от бесконечной металлической плоскости. происходит смена направления вращения вектора поляризации относительно наблюдателя, смотрящего вслед волне.
Отраженная волна оказывается ортогонально поляризованной по отношению к поляризации антенны и не воспринимается последней. Если же отражение происходит от несимметричных объектов, например от вытянутых проводников, то в отраженной волне содержатся обе круговые поляризации разного направления вращения, одна из которых полностью принимается антенной и образует полезный сигнал.
$6.3. МОЩНОСТЬ В НАГРУЗКЕ ПРИЕМНОИ АНТЕННЫ. ЭФФЕКТИВНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ Мощность полезного сигнала, выделяющаяся в нагрузке приемной антенны, с помощью формул (8.8) и (8.10) может быть записана в виде Р =У ( т =Д~ 1 Г Гх(бм Уа) Ц~ 4п )сл+х ! где !о !' — модуль вектора Пойнтинга падающей на антенну волны; 6 — максимальный коэффициент усиления антенны; Г'(йа~о)— выборка из нормированной ДН по мощности в направлении прихода волны; ~Ц' — поляризационный коэффициент передачи по мощности; гз — — гз+)хд — нормированное входное сопротивление антенны; г„=г„+)х» — нормированное сопротивление нагрузки в сечении входа антенны. Последний сомножитель в формуле учитывает рассогласование антенны с нагрузкой.
Если антенна согласована с линией передачи, а нагрузка характеризуется коэффициентом отражения р„, то 4г„гл/(хл +ха!'= 1 — )р„(' при ха ††- 1, и формула для принимаемой мощности приобретает вид Р.=ФР ~,,Р'(й„,) ~!Ч'(1 — И'), (8.12) где коэффициент 5,э=).Ч)/(4п) с размерностью площади носит название эффективной поверхности онтенны. Понятие эффективной поверхности тесно связано с максимальной мощностью, которая может быть извлечена приемной антенной из падающей плоской электромагнитной волны.
В соответствии со структурой формулы (8.!2) можно выделить четыре условия для достижения максимума принимаемой мощности в нагрузке: !) совмещение максимума ДН с направлением прихода полны г (Оооо) = 1; 2) сведение к минимуму омических потерь в антенне и в согласующем устройстве, т. е.
достижение в пределе т)=1; 3) точное совпадение поляризации антенны с поляризацией падающей волны„при котором (Ц'=1; 4) согласование антенны с нагрузкой, т. е„обеспечение р„=О (это условие в более общем виде записывается как равенство йн=йз*) . При выполнении всех четырех условий максимальная принимаемая антенной мощность равна произведению вектора Пойнтинга падающей волны !о (' на эффективную поверхность антенны Я.ф. Таким образом, под эффективной поверхностью антенны понимают поверхность фронта плоской электромагнитной волны, с которой антенна собирает и передает в согласованную нагрузку принимаемую мощность, при точном наведении максимума ДН на направление прихода волны и при выполнении дополнительных условий— отсутствия омических потерь в антенне и совпадении поляризации падающей волны и антенны. Найденное соотношение между КНД и эффективной поверхностью Т1=4п5 )Я (8.13) является одним из фундаментальных в теории антенн.
Как будет показано далее, для апертурных антенн эффективная поверхность непосредственно связана с размерами излучающего раскрыва и обычно не превышает его площади. Для вибраторных и щелевых антенн (в том числе и для элементарных диполей) эффективная поверхность не выражается непосредственно через размеры излучателя и вводится чисто формальным образом. й злч шумовАя темлеРАтуРА пРиемиой Антенны Для оценки возможности приема слабого сигнала необходимо сопоставлять его мощность с полной мощностью различных шумов на входе приемника. Одна часть шумов связана с антенной, другая — образуется в приемнике. Создаваемые антенной шумы по своей природе могут быть разделены на внешние н внутренние.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
