Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 48
Текст из файла (страница 48)
В правильно спроектированных антеннах вилад в шумовую температуру нз.за приема радиоизлучения Земли и космических источников может быть снижен до Ю вЂ” 5 К. На таком низком фоне существенную роль играют флуктуациониые шумы Та(( — Ч). Например, при и=0,95 этот вклад составляет около 15 К и оказывается соизмеримым с величиной Тл х. Следовательно, в малашумящих приемных антеннах дециметровых и сантиметровых волн КПд должен иметь максимально возможное значение. $8.5.
ВЗАИМНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ РАЗНЕСЕННЫХ АНТЕНН Вернемся к случаю передачи мощности между двумя антеннами (см. рис. 8.1). Будем считать входы антенн входами некоторого эквивалентного взаимного четырехполюсника, включающего в себя антенны и пространство между ними. По-прежнему считаем, что каждая антенна находится в дальней зоне другой антенны. Если входы антенн согласованы с линиями (зш=злэ= 1) и наличие другой антенны с режимом холостого хода не нарушает этого согласования, то эквивалентный четырехполюсник может быть охарактеризован нормированной матрицей сопротивлений (8.16) в которой недиагональные элементы представляют собой взаим~ые сопротивления антенн.
Пусть генератор с нормированной ЭДС в, н внутренним нормированным сопротивление з~ подключен к первой антенне, а вторая антенна является приемной и имеет нагрузку з,. Соответствующая определению (8.16) система контурных уравнений Кирхгофа имеет вид и, =-1, + (эзм, О=),з„+), (1+ ',), (8.17) где й~=е1 — 11з, — нормированное напряжение на входе первой антенны. Из второго уравнения (8.17) нормированное взаимное сопротивление выражается в виде йм —— — )з(1+аз)/)ь Представляя сг по формуле (8.8) и нспользУя (8.2), получаем аж= -/ (дотув (газ) е — ))и/(К), (8. 18) где О, и (4 — максимальные коэффициенты усиления каждой антенны; скалярное произведение выборок нз нормированных векторных комплексных ДН (ГА") берется в направлении, соединяющем центры антенн. Впервые формула типа (8.18) была получена Г.
Т. Марковым в 1948 г. Физический смысл формулы (8.18) достаточно ясен. Модуль взаимного сопротивления при расположении антенн в дальней зоне друг относительно друга представляет медленно убывающую функцию'вида 1/(ф1) (если только значения ДН н поляризациониый коэффициент передачи отличны от нуля). Фаза взаимного сопротивления изменяется с расстоянием по закону, характерному для движения электромагнитной волны в свободном пространстве. Формула (8.18) является асимптотической, т. е. строго справедливой, когда расстояние между антеннами стремится к бесконечности. Практически ею можно пользоваться при расстояниях, превышающих размер промежуточной области (области френеля) каждой антенны, т. е. при г()2(.т/Х, где / — размер наибольшей из антенн. По взаимному сопротивлению между антеннами можно определить реакцию каждой из ннх на изменение нагрузки другой антенны.
Согласно определению матрицы Х (8.16), каждая антенна является идеально согласованной при режиме холостого хода на выходе другой антенны. Прн включении на выход приемной антенны нагрузки с сопротивлением г2 входное сопротивление передающей антенны, как следует из (8.17), изменяется: й„=и~/й = = 1 — Рм/(1+г,) — и оказывается практически нерассогласоваиным при ~йм( =0,1. й З„а. О ПЕРЕДАЧЕ МОЩНОСТИ МЕ)КДУ ДВУМЯ АНТЕННАМИ Формулы (7.25) для интенсивности излучения произвольной антенны и формулы (8.12) для мощности в нагрузке приемной антенны могут быть объединены для расчета «сквозного» коэффициента передачи мощности между двумя антеннами, расположенными в свободном пространстве в дальней зоне друг относительно друга.
Мощность полезного сигнала на выходе приемной антенны Р, может быть записана с учетом соотношения связи между КНД и эффективной поверхностью Б,а=Р).Ц(4п) в следующих трех альтернативных формах: ,2рт ~.1 ~ 1 ( ~ ° ~) В15 рД4п), (8.19а) Р,Раааа/(1Опэ), (8.19б) Ю >,5,ь~Лз, (8.19в) где Р„„„— мощность падающей волны передатчика на входе передающей антенны; )г — расстояние между антеннами; Р~ — КНД; и -- К11Д; Б,е: — эффективная поверхность; РР— выборка из амплитудной ДН по мощности в направлении на другую антенну; р; — коэффициент отражения; ($~' — поляризационный коэффициент передачи по мощности; индекс ( указывает номер антенны, причем безразлично, какая антенна является передающей, а какая — приемной.
Формулы (8.19) носят название формул идеальной радиопередачи, поскольку в них не учитывается влияние окружающей антенну среды (т. е. влияние Земли, атмосферы н препятствий на пути распространения радиоволн). Чаще всего эти формулы используются при расчете радиолиний связи между наземным пунктом н каким-либо летающим объектом, например самолетом или космическим кораблем, находящимся в условиях прямой видимости. Рассмотрим такой случай.
Пусть параметры наземной анТенны фиксированы н система управления положением ее луча обеспечивает постоянную ориентацию максимума ДН на летающий объект. Тогда коэффициент передачи мощности между антеннами оказывается пропорциональным величине РаГа'(О, ф) ~~(0, ~р, О) ~', где Ра — максимальный КНД бортовой антенны; )га(0, ~) — выборка нз нормированной ДН бортовой антенны по мощности; ~ЦО, ф, р) ~' — поляризационный коэффициент передачи, зависящий как от углов О,~Р, задающих направление на наземную станцию связи, так и от угла р, характеризующего поворот бортовой антенны вокруг направления связи.
При эволюциях объекта в пространстве происходит изменение всех трех углов, а также меняется расстояние между объектом и наземным пунктом связи. Можно выделить два характерных случая: 1) траектория объекта и его ориентация в пространстве заранее известны (выведение на орбиту космических кораблей и искусственных спутников Земли) „ 2) объект характеризуется сложным движением и не предсказуемым заранее положением в пространстве, так что возможно случайное изменение всех трех углов в максимальных пределах. В первом случае в местных координатах объекта известны положение линии связи и расстояние Я для каждого текушего момента времени, причем, как правило, область телесных углов, охватывающих всевозможные направления связи, составляет только некоторую часть полного телесного угла.
Это позволяет сформулировать требования к форме ДН и поляризации бортовой антенны, при выполнении которых обеспечивается необходимый коэффициент передачи в каждый момент времени. Далее, может быть выбрана конструкция бортовой антенны, в той или иной степени удовлетворяющая этим требованиям. Существенным здесь является то, что требования к векторной ДН предъявляются лишь в части полного телесного угла и имеется принципиальная возможность выполнить зти требования и указать в соответствии с формулой (7.16) реализуемый КНД антенны.
Во втором случае ситуация совершенно иная. Здесь для осушествления непрерывной связи необходима изотропная антенна с постоянной поляризацией. Однако в теории антенн доказана такая теорема: если амплитудная До не имеет нулей, го поляризация излучения существенно зависит от направления и в полном телесном угле 4п обязательно найдется хотя бы одно направление, в котором коэффициент эллиптичности примет любое наперед заданное значение — 1(г(1. В применении к случаю радиосвязи с не ориентированным объектом следствием теоремы является то, что существует хотя бы одна тройка углов 6, «с, р, для которой коэффициент передачи мошности между антеннами обрашается в нуль и связь оказывается прерванной.
Возникает вопрос: как в такой ситуации оценить степень отличия какой-либо конкретной антенны от изотропного излучателя? Можно воспользоваться функцией распределения случайной величины РвГв»(О, «р)1$(6, «с,(1)1' в трехмерном пространстве углов 6, «с, 8 для вычисления полной вероятности того. что для большого числа независимых сочетаний углов 8„ «рь (1« будет выполнено условие Рвре'(Оь «р«)~$(Оь «рь р«)(' -»Р»е, где Р»ф — некоторый фиксированный уровень.
Часто такую статистическую функцию называют «вероятностью связи» н обозначают Р(Р,е), что подразумевает применение эргодического принципа, согласно которому интегральный закон распределения Р(Р,ф), полученный при независимых испытаниях, не изменится, если изменение сочетания углов О, «р, р при эволюциях объекта во времени — стационарный случайный процесс с равной вероятностью любых ориентаций. Когда мошность передатника и расстояние между антеннами фиксированы, а Р,» имеет смысл минимально допустимого значения, при котором еше воз- можно выделение полезного сигнала на фоне шумов, вероятность РЯ,е) действительно представляет вероятность наличия связи. Расчет функции распределения вероятности Р(Ре) можно выполнить на ЭВМ методом статистических испытаний (методом Монте-Карло).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
