, г.

Рис. 7-9. Многоэлементные вибраторы.

а - петлевой вибратор Пнстолькорса; 6 -тройной вибратор.

Для условий предыдущего примера поноса пропускания частот петлевого вибратора 2Д/а=19,6 Мгц, т. е. в 4 раза боль-пе полосы одиночного полуволнового виб-атора.

7-3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИЕМНЫХ АНТЕНН

Действующая длина (высота)

ошибкам, тем большим, чем больше размер / превышает Х/4. Точность расчетов передающих антенн как диполей с эквива.п€нт-ной действующей длиной получается крайне низкой, поэтому этим понятием в настоящее время пользуются главным образом при расчете коротких приемных антенн.

Характеристика направленности приемной антенны представляет зависимость наводимой в ней э. д. с. от угла падения приходящей волны.

Эффективная площадь

Эффективная площадь Лв антенны может быть определена как отношение мощности Ясогл, поступающей из антенны на вход приемника, согласованного с антенной, к плотности потока мощности S радиоволны в точке приема:

Действующая длина (высота) - такая длина /д, которая равна длине воображае-лой антенны, извлекающей из поля радиоволны одинаковую с данной реальной антенной мощность, но в которой ток по всей длине равен действующему значению тока /а-п в пучности (или на зажимах реальной антенны (рис 7-10, й).

Из определения следует, что значения площадей под кривыми тока, распределенного вдоль реальной антенны длиной i и вдоль воображаемой антенны /д, равны.

Для вибраторных антенн в обшем случае действующая длина антенны определяется по формуле

Выражение (7-37) справедливо для случая, когда плоскости поляризации электрического поля и антенны совпадают.

ддтШТПЛТП

ПТШТШТП

7777777777777777.

7777777777777777777>

Рис. 7-10. К объяснению действующей длины антенны.

А.макс

(Ф.0)

а - вертикальная антенна; 6 - вертикальная антенна с емкостной нагрузкой на вершине.

где -РА.манс(ф, в) - характеристика направленности в направлении максимума приема (ненормированное значение). Для симметричного вибратора

(7-35)

Если Z СЯ, то действующую длину определяют по формуле 1п=Ч2.

При известном значении /д {м) можно определить э. д. с. на зажимах приемной антенны и а (в), возникающую под действием электрического поля радиоволны напряженностью Ео {eJM):

К

(7-36)

Понятие о действующей длине антенны удобно для антенн в виде несимметричных вибраторов малой длины (/<Я/4). Для более длинных антенн применение понятия о действующей длине приводит к

Когда антенна ориентирована на максимум приема, ее эффективная площадь, достигает максимального значения А.цкс; в других направлениях величина Лэ определяется по формуле

э = э.макс1(ф.0)- (7-38>

Эффективная площадь антенны характеризует ту часть площади фронта волны, с которой антенна извлекает радиочастотную энергию.

Понятие об эффективной площади применимо для одновибраторных, многовибраторных и других сложных антенн.

Для одновибраторных антенн при известной величине д эффективная площадь находится по формуле

(7-39>

Для многовибраторных, параболических, линзовых и других антенн с распределенной поверхностью приема величина Ад связана с их геометрической площадью Sa:

>1s = *ASa. (7-40)

где А - коэффициент использования площади, зависящий от характера распределения амплитуды и фазы тока на поверхности (на вибраторах) антенны и от точности изготовления антенны.

Для плоскостной антенны с равномерным распределением однородных синфазных источников Аа=1.

Для значительной части направленных антенн Аа~0,8, но может изменяться от 0,5 до 0,9.

Известна связь между эффективной площадью и к. н. д. антенны:

= -. (7-41)

Мощность сигналов на входе приемника, согласованного с антенной, равна:

120 п

(7-42)

Для очень направленных приемных антенн, подключенных к приемникам высокой чувствительности, часто бывает необходимо знать так называемую шумовую температуру Та.ш антенны, определяемую как температура резистора сопротивлением, равным выходному сопротивлению антенны, который при включении к входу приемника выделяет в нем такую же мощность шума, как и сама антенна. Мощность шумов антенны, зависящая от собственных тепловых шумов, невелика. Шумы антенны главным образом определяются поступающим на вход приемника шумовым радиоизлучением от космических источников, а также тепловым излучением земной атмосферы и предметов, расположенных -вблизи антенны. Мощность шумов антенны (в ваттах) при известном значении Та.ш равна:

Ра.ш = АГд.Д/.

(7-43)

где А=:1,38-10-23 вт сек/град;

Af - полоса пропускания линейной части приемного тракта, гц.

Для остронаправленной антенны, ориентированной в зенит, Та.ш достигает 10° К и даже менее, в то время как при ориента--.ции на земную поверхность 7а.ш 300°К.

Принцип взаимности

Если схема включения передатчика в антенну точно соответствует схеме включения приемника в антенну, то знание характеристик данной передающей антенны поз-.воляет на основании принципа взаимности

однозначно определить соответствующие показатели этой антенны, примененной в качестве приемной. Это значит, что характеристика направленности, входное сопротивление, волновое сопротивление, частотная и другие характеристики данной передающей антенны остаются теми же, если ее сделать приемной.

Пусть две антенны расположены в пространстве произвольным образом (рис. 7-11). Если к зажимам антенны Ai подключить генератор токов высокой частоты, а к зажимам антенны Аг - приемник (иде-

Рнс. 7-11. К объяснению принципа взаимности в теории антенн.

альный вольтметр с бесконечно большим входным сопротивлением), то в антенне Ai потечет ток Ii, который вызовет на зажимах второй антенны э. д. с. мае. При перемене местами генератора и приемника возникнут соответственно ток h в антенне Аг и э.д.с. А1 на зажимах антенны Ai. На основании принципа взаимности.

(7-44)

При этом на основании формулы (7-44) можно получить соотношение

2iaiai (Ф.0)

Ид2 =/i2( Z + Z

12д1А2(ф.0)

(7-45)

где £i2(£2i) -напряженность электрического поля, создаваемая антенной Ai у антенны Ai (и наоборот); Zhi и Zh2 - сопротивление нагрузки антенн i4i и Лг соответственно; Zexi и Zbi2 - внутреннее сопротивление генераторов тока высокой частоты (входное сопротивление антенн в режиме передачи).

Формула (7-45) позволяет сделать важные выводы;

1. Характеристика направленности, входное сопротивление, действующая длина любой антенны при приеме и передаче одинаковы, если приемник и передатчик подключаются к одним и тем же зажимам антенны. Этот вывод влечет за собой и вывод о том, что все остальные электрические параметры антенн (коэффициент направленного действия, коэффициент полезного

действия, волновое сопротивление и др.) при приеме и передаче также совпадают, так как они могут быть выражены через три первых параметра.

2. Каждую приемную антенну можно рассматривать как генератор э. д. с. [см. формулы (7-36) и (7-45)]

с внутренним сопротивлением Zbx, работающим на нагрузку 2н.

3. Приемные и передающие антенны обратимы. Всякая антенна может быть как приемной, так и передающей. Чем лучше антенна излучает радиочастотную энергию, тем лучше она будет ее принимать. Поскольку теория и методы расчета передающих антенн проще и лучше разработаны, то любую приемную антенну можно рассчитывать как передающую и на основании принципа взаимности распространить полученные результаты на режим приема.

7-4. СОГЛАСОВАНИЕ АНТЕНН С ФИДЕРНОЙ ЛИНИЕЙ

Согласованием называется настройка фидерной линии в режим бегущей волны, при котором линия отдает в антенну (или получает от нее) наибольшую мощность. Согласование должно выполняться в местах сочленения антенны с фидером и фидера с выходом передатчика или входом приемника.

Максимально возможная мощность, излучаемая или принимаемая антенной, получается при выполнении условия

А .вх А.вх = ~~-н

где Rb и Ан - активная и реактивная части сопротивления нагрузки соответственно.

При присоединении к антенне фидера сопротивлением нагрузки является волновое сопротивление фидера. Таким образом.

Таблица 7-2

Расчет собственной длины волны и реактивного сопротивления антенны

Тип антенны

Схема антенны

Длина пути тока Ir,

Волновой коэффициент до

Собственная длина волны О = Ча lo

Реактивное сопротивление X

А.вх

Вертикальная

{<т)

где - волновое сопротивление вертикального провода антенны

Г-обра пая

1 + Ь

4,5 - 6

4,5-6 (i-t-b)

где - 6 = arcfg /-

\-Z0A

X ctg

- волновое сопротивление горизонтального провода антенны

Т-образная

Зонтичная

У 7/л

V /a

5 - i

! - 10

Y SKB = - t&

ctg - 6 \ 22oA X

8ч- 10

To же

Примечание. Меньшие вначения go выбираются прн небольших размерах (по сравнению с раз -Мерами вертикальной части) горизонтальных частей антенны. Наибольшие значения выбираются в случае Ь>1.