Слаботочка Книги 7.1.5 Влияние плоской подстилающей поверхности на ДН антенны кости. Тогда участки ДН, соответствующие ф > О, минуют подстилающую поверхность, а соответствующие ф < О, наоборот, облучают ее и отражаются с некоторым коэффициентом отражения Гв,р{\ф\), зависящим как от угла -0, так и от поляризации поля. Таким образом, в каждом направлении ф > О ДН будет представлять собой суперпозицию двух лучей - прямого и отраженного. Учитывая возможную несимметрию ДН относительно направления 0 = О (в частности, за счет возможного наклона ДН), а также разность фаз при расположении антенны на высоте h над подстилающей поверхностью, запишем для суммарной угломестной ДН выражение Р1 = Гвф)ехр{\кНвтф)+ В частности, при Рвф) - = Рв,А-ф); Гв{ф) = 1 и Г[ф) = -1 (т.е. при симметричной по ф ДН и чисто металлической подстилающей поверхности, а также земной поверхности на достаточно длинных волнах) имеем Fg =2\Рв{р)\сов{кквтф); F = 21\РАф)\вт{кНвшф). Таким образом, влияние подстилающей поверхности приводит к появлению интерференционных множителей сов{ккв1пф), sm{kh В1пф) и, следовательно, раздроблению ДН на ряд остронаправленных (при больших h/X) лепестков; при этом нулям при вертикальной поляризации соответствуют максимумы при горизонтальной поляризации; вдоль земли независимо от величины h/X при горизон- тальной поляризации будет устойчивый нуль. Отметим следующее интересное обстоятельство: для антенны с линейной наклонной поляризацией [F а Fe - чисто вещественны) при отражении от поверхности поляризация становится эллиптической, Действительно, рассматривая вибратор, наклоненный к поверхности раздела в поперечной плоскости, найдем, что суммарное поле с учетом отражения от поверхности будет иметь две компоненты: вертикальную aiei(l--+Ri exp{-i2khsind) и горизонтальную ае(1 4- Д exp(-i2/?.sin6), где oi, ац - амплитуды; ei, ец - векторы поляризации двух компонент; Ях, Дц - коэффициенты Френеля; 9 - угол направления относительно Земли. Так как К± ф Дц, то между компонентами возникает сдвиг фаз. Например, если подстилающая поверхность - мета.я-лическая, то Pi = 1, Рц = -1 (по вектору е) и при ai = ац получаем два наклоненных под углом 45° к Земле взаимно ортогональных вектора (ei + ец) и (ei - ец) с фазовым сдвигом exp(-i2fc/isin). Если ДН несимметрична относительно подстилающей поверхности (P(-V) = Р(0)), а также при Г(0) = 1 минимумы интерференционных лепестков не доходят до нуля. При более точных расчетах следует учитывать кривизну земной поверхности, а также временные и пространственные флуктуации коэффициента отражения, В результате на СВЧ отражение от подстилающей поверхности уже не может рассматриваться как чисто зеркальное и появляется флуктуирующее диффузное рассеяние, расчет которого достаточно сложен. Ток и ЭДС на входе приемной антенны [7.2] при падении на нее плоской (по крайней мере в пределах антенны) волны (Е, Н) находят при помощи теоремы взаимности в виде (5.1), причем выражение для соответствует обобщенному закону Ома. Вводя векторы поляризации первичного поля Пе и антенны в режиме передачи Па, придадим выражению (5.1) вид e.=-\E\\F,\{n,EK)/J ;7.5) (различие выражений (5.1) и (7.5) обусловлено тем, что в (7.5) пе а записаны каждый в системе координат сво- ей антенны, что удобно при практическом применении [7.4], тогда как в гл. 5 используется единая система коорди- 7.1, 7.2]), а для принятой мощности Рпр на входе приемной антенны получим выражение (5.2) 1 Л2 2407Г47Г где D{9, (fi) - КНД антенны в режиме передачи; = 1 - ГнГ 1 - коэффициент, характеризующий отдачу антенной мощности в нагрузку на ее клеммах; Г} - КПД приемного тракта; Гц - коэффициент отражения от нагрузки. 7.1.7. Эффективная поглощающая поверхность приемной антенны Естественной характеристикой приемной антенны является ее эффективная поглощающая поверхность А-ф, равная размеру площадки, перпендикулярной направлению прихода первичной волны, с которой приемная антенна как бы собирает принимаемую ею мощность. Таким образом, по определению А-ф - р 2407Г 2 -пр - = D{e,p)\{uEK)Hv, где S - вектор Пойнтинга первичной волны. При согласованной нагрузке (=1) и совпадающих поляризациях (тг = = чха, (п£П*)р = 1) имеем Азф = Х-D{e,<fi)i]/47Г = X-G{e,<fi)/4ir. 7.1.8. Шумовая температура приемной антенны Эффективность приемной антенны определяется отношением мощностей полезного принимаемого сигнала и шумов на входе антенны. Различают внутренние шумы, обусловленные омическими потерями в антенне, и внеш- ние шумы, связанные с внешними источниками, например, тепловым излучением земной поверхности, атмосферы и радиоизлучением внеземных (космических) объектов. Мощность шумов Рш.а (Вт) ха- 7.1.6. ЭДС, ток и принимаемая мощность на входе приемной антенны рактеризуется эквивалентной щумо-вой температурой Та: где к = 1,38 10 Вт/к-Гц - посто- янная Больцмана; Тб = Т.ф + Tas - абсолютная температура. К; Д/ - полоса частотного диапазона антенны, Гц; Та.ф - температура флуктуацион-ных внутренних шумов антенны; Tas - эквивалентная температура внешних шумов. Величина Та.ф определяется формулой Найквиста; для нагрузки, согласованной с антенной, Та.ф = То(1 - Г]), где То = 288 К - стандартная температура среды (равная --15° С); г] - КПД антенны. Для определения ТаЕ вводят понятие эквивалентной яркости шумовых источников и соответствующие угловые распределения яркостной температуры Тя{в,<р) по небесной сфере. С учетом направленных свойств приемной антенны получим Tas ТА9,р)\Т(в,р)\ЧП. (7.6) (47Г) Разбивая небесную сферу на М участков, соответствующих различным степеням яркости Тяг {i - 1,М), запишем (7.5) в виде TY. = ?[(1 -/?)Тя.гл +е Ч = г = 1 где Тя.гл - усредненная яркосная температура в области главного лепестка; Тяг - то же в областях г; У \Е{В,р)\г dQJ \F{B,p)\dQ\ (47г-Пгл) (4ж) F{e,p)\-dn/ (47Г) - полный И парциальный коэффициенты, характеризующие доли мощностей излучения антенны в режиме передачи, приходящиеся на отдельные участки и на всю зону побочных лепестков, по отношению ко всей излучаемой мощности; С1гл ~~ угловая зона главного лепестка; Qi - угловые зоны побочных лепестков. При этом доля мощности, излучаемой в зоне главного лепестка ДН, равняется (1 - /?). Отношение сигнал/шум на входе приемника ReS Л2 ReSЛэф77 А/(ТаЕ + Тпр) ~ D F{e,<fi)\4Q kAf 47гТо(1-77)-Ь77Тя+Тпр где S - вектор Пойнтинга падающего по.пя; Тпр - эквивалентная шумовая температура приемника. Если внешние шумы превосходят внутренние, т.е. r}T > То(1 - т?) Ч-Тпр, то S/N пропорционально D/Тя и не зависит от КПД антенны и шумов приемника. Это действительно имеет место на длинных радиоволнах и объясняет возможность использования малых рамочных и проволочных антенн с низким КПД. Низкое напряжение полезного сигнала на выходе таких антенн компенсируется увеличением КУ приемника (например, применение мало-шумящего предварительного усилителя). Следует отметить также важную роль направленности диаграммы приемной антенны: полезный сигнал приходит только с одного направления, тогда как шумы - со всех, поэтому сужение главного лепестка и уменьшение УБЛ снижает суммарный шумовой сигнал подчеркивая одновременно полезный. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [31] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 |
|