Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Если антенна и окружающее антенну пространство не содержат невзаимных элементов, то Юзмплексная лиаграмма направленности антениь1 в режиме приема совпадает с комПлексной диаграммой направленности в режиме передачи: р (е,р)=р(е р). (!3.3) Это утверждение следует из принпипа взаимности и доказывается в п. 13 2. таким образом, основные характеристики направленности такие, как диаграмма НапРавленнОсти, а следоватечьно, коэффипиент направленного действия н коэффнпи- ент усиленна для приемной антенны без неазанмных элементоа соападжот с анжюгич.
ными харахтеристикамн напрааленностн прн рабате этой антенны а режиме передачи. Важнейшим параметром приемной антенны, которым обычно не интересуются прн работе антенны а режиме передачи, яюиется ее шумовая температура Т,, изме. рясная в кельвинзх. Шумовая температура характеризует мошность шумов на аходе приемной антен. ны, возникающих в волосе частот зт", прн отсутствии полезного сигнала: Р =)гтьфт, (13.4) где 4 = 1,Зб !О и Вт/(Гп К) — постоянная Больпмана. Шумы, возникающие на аходс антенны, складывакпся нз внутренних и внешних шумов. Обозначая шумоаую температуру внутренних шумов Т, „, а внешних — Т„, получаем т,=т „"т, Внутренние шумы Т,! обязаны омнческнм потерям в антенне н связаны с тепловыми флуктуацнямн заряженных частиц в проводниках и дюлектрнках.
Их величина определяется соотношением т„. =Г,(1-0,), (1З.б) (!3.5) где Т, — физическая температура антенна! в кельаннах; О, — коэффициент полезного действия антенны. Внешние шумы возникают имза приема антенной шумов нз окружающего ее прш странства н зависят как от формы амплитудной диаграммы, так н от углового распределения паджошего на антенну потока мощности внешних шумоа, который характери. зуется так иезыааемой яркосмной вемлературой Т (9 р): т„= — ' ~ )т„(В,р) т'(В,р)з)л В В В Ф.
4я е о (13.7) Интегрирование а (13.7) ведется по всей угловой области пространства, окружающего антенну. Значения внешней шумовой температуры антенны существенно зависят от частоты. В диапазонах длинных, средних и коротких волн основной аклад в Тм вносят атмосферные помехи, вызванные грозовыми разрядами, и помехи, создаааемыс промышленными установками и транспортом.
С увеличением частоты уровень атмосферных помех уменьшается. Известны следуюшне оценки составиющей шумовой температуры Тп за счет атмосферных помех в средней полосе России: на частоте! МГц она равна 3 10' К, на частоте 30 МГц она уменыпается до 300 К, а прн дальнейшем повышения частоты до 50-70 МГц шумовы температура за счет атмосферкых помех практически стремится к нулю. Однако прн этом начинанл проявляться шумы космического происхождения. Из-за неравномерного распределения (грозовые помехи можно очи.
тать равномерно распределеннымн) шумовая температура антенны начиНает зависеть от ориентации диаграммы направленности, а также от структуры и уровня ее боковых лепестков. В диапазоне децнметровых н сантнметровых волн сушественный вклад в 13.2. Прпмеыеыые приыпыпв взвымвосты к ызученыю свойств првемыых антенн Рассмотрим две произвольные нны А, и А,, расположенные в ней зоне на расстояния г лруг а (рнс.
13.2), и рассмотрим лве си- В первой из них антенна является псрсдаюшей н возбуждагармоннческим сигналом с частой Т от некоторого генератора с ексиой амплитудой ЭДС е, и треииим сопротивлением У, . Антенна А является приемной н )йкружена на сопротивление 2 . пол )Рйствием ЭДС е, на входе передаюшей Вдтеины возникает ток с амплитулой !, = — ~ь —, Зг-Вм' (13. 8) ЗП Зм — входное сопротивление ан. Рнс.!3.2. Эквиеааеитный четырехпояюсвнк. образованный входамн двух антенн А, и А, ы А, в режиме передачи.
Пол лействисм этого тока антенна А, излучает электромагнитное поле. В соот- ййтсшии с соотношением (10.15) напряженность электрического поля в месте распой(оженил антенны А, Вм = "" ),дму, (Пп, Лм)(е ' ~ ), (13.9) 1ВВ ' мавую температуру вносит также толковое радиоизлучение Земли. Поэтому для ения шумовой температуры остронаправленных антенн этих диапазонов необхоо, чтобы основной лепесток диаграммы направленности был сориентирован а об«хололного» участка неба, а боковые лепестки, направленные в сторону Земли, малыми. В правильно спроектированных антеннах составляющая шумовой темвтуры, обязанная космическим источникам и излучению Земли, может быть 'йрэеньшеиа до 5-20 К.
Возврашаясь к соотношению (13.5), видим, что в диапазоне к))гнилых и средних волн основной вклад в шумовую температуру антенны вносит соупвляюшая Т,, поэтому шумовая температура антенны не зависит от ее коэффнциеир)З долезного действия. В СВЧ-диапазоне сушественный вклад в Т, начинаег вносить фуюуанионная состааляюшая Т . Поэтому прн проектировании малошумяших анййвв этого диапазона надо обеспечивать максимально возможный коэффиниент их поЩйзного действия. )и, амплитуду которого определим на основании принципа взаимности позже. Рассмотрим теперь другую ситуацию, когда антенна А, является передаюшсй и возбуждается на входе ЭДС е, с той же частотой /. Все остальные условия остаются прежними (рис.
13.2,6). Обозначая через 6„,2, соответственно действуюшую длину н входное сопРотивление антенны Аз в Режиме пеРедачи, а чсРез Рз (Вэ Рэ) — ес ноРмированную векторную диаграмму направленности (а системе координат антенны А,), аналогично тому, как это делалось в (13.10), найдем связь между ЭДС е, и иапряжен- постыл Ец электрического поля, создаваемого антенной А в режиме передачи в мес.
те расположения антенны А,: 2АЕ,з(2э +2 „)г еэ !Майт(ОПз ри)е (13 !1) где углы В,з, рп соответствуют направлению на антенну А,. Под лсйствием напряженмости поля Е, на входе антенны А, возникает ток !о, значение которого определим из принципа взаимности. Для лого рассмотрим эквива. лситный чегыРехполюсник, обРазованный входами антенн А, и Аа (покиан пУнктнром на рис. !3.2), В случае, когда антенны А, н А нс содержат невзаимных устройств, а в окружающем их пространстве отсутспгуюг нелинейные среды, эквивалентный че тырехполюсник являеюя взаимным, т.е, для него выполняется соотношение (13.12) !з! Дэ которое, в частности, показывает, что если под действием некоторого напряжения иа первом входе появился ток иа втором входе, то прн включении этого жс напряжения на втором входе появится точно такой же ток на первом входе, т.е.
условия псрелачн энергии с первого входа на второй и, наоборот, олииаковы. Подставляя в соотношение (13.12) зкачення е, и е, нз выражений (!3.10) н (13.1!), после очевидного сокрашения получаем где лы — дейстауюшая длина антенны Ап Р,(Вьр;) — комплексная векторная иормнрованная диаграмма направленности антенны А, а режиме передачи; (Озорз,) — углы, соответствуююие направлению на вторую антенну (ес фазовый центр) в системе каор.
динат первой антенны (рис. 13.2,а). Исключая из выражений (13. 8), (13.9) ток )„получаем 2АЕт,(7, ейм) г ! в Л Д (Оп, рп) е ' ' где отношение вектороа, стояшнх в числителе и знаменателе имеет смысл в силу их коллинеарности. Под действием напряженности Ез, на входе приемной антенны Аз появится ток (13.13) ((3.15) Числитель правой части (13.16) имеет размерность ЭДС, которая созлается на (шоле приемной антенны под действием падающего извне поля.
Обозначая комплекс- 11)чо амплитуду этой ЭДС через с(9, р), из (13.16) получаем е(9Р)=1«(Е Р (9гй)), (13.17) 1= — ' (13.18) й Е, Обозначая через р, по1щризалионную диаграмму направленности падающего изййе на ангсннУ полЯ Е(9,Р) =ЕР,(9гй), а чеРез Р(О,Р) — полЯРнзапноннУю лиа- Ел(йь ей 1) Е|з(лз лы) «ыЯ~~и рп))з~ «ыйз(9п щз)1п умножим числитель и знаменатель левой части (13 13) скалярно на Рз (9а гдз), а ))ревой части на р1 (9 нр,) (* — знак комплексного сопряжения). Учитывая, что Ф ) = (Р Р ), н сокращая на этот сомножитель левую и правую части полученного юведення, псрегруппируем оставшиеся сомнажители таким обрюом, чтобы в левой правой частях равенства (13.13) остались величины, атноаппиеся толька к одной из Ейчеин.
Лри этом Дз(г,+Лм) 1„(йг+г,) (!3.14) «ы (Е1з 'Р,'(9зоОп)) «ы (Ез| Рз (Вгз,9„)) Так как антенны А, и 4 произвольные, та соотношение (13.14) показывает, что Для любой антенны произведение величин, стоящих в левой или правой частях (13.14), 1(закатая некоторой константой гЧ. Действительно, при измении параметров антенны параметры ( не щменятся. В силу линейности антенны отношение 1, /б,з тоже ййхраиится. Обозначая через 1 ток на входе приемной антенны, возникающий под действием йадающей с направления (9,р) плоской волны с векторам напряженности электричейлого поля Е, получаем )(Е+г,) «„(Р Р (9,р)) Фйе л — сапРотивленис, включенное на входе антенны! Ем «х, Р(О, Р) — соответст'рвнно входное сопротивление, действующая длина и диаграмма направленности анряины в режиме передачи. Анализ показывает, что для элементарного диполя константа Е =1, поэтому ток Р)а входе произвольной приемной антенны 1« (Е Р (9,р)) с ч.х„ 4йу грамму направленности антенны в режиме передачи (Р(0 р)=Г(с»,р)р(!Эгр)), нз (13,17) получаем е(О р)=(ЕЛ,((Р»,р)Р(В р), (13.19) где ~(Н,Р) =(р,(Н,Р)р'(б),р)) (13.20) ! (е(О, р)( 2 )2»2 ! (! 3.22) Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
