Согласование приемной и передающей антенн по поляризации. Условия выделения максимальной мощности в нагрузке приемной антенны

Мощность, выделяемая в нагрузке приемной антенны, может быть вычислена с использованием соотношения (5.12) как

(13)

где Iи и εэкв - модули тока Iн и ЭДС экв соответственно; Rн - активная часть сопротивления Zн. Определим предварительно условия максимума ε2экв. С ис­пользованием (11) и (5.14) находим, что

(14)

Для получения максимума (14) необходимо выполнение двух усло­вий. Первое из них

∆ψ^обл =-∆ψ. (15)

Второе условие максимума величины ε²_экв

Е_Θ^обл/ Е_φ^обл = A_ΘF_Θ/ A_φF_φ. (16)

Поскольку поляризация облучающей волны определяется в свободном пространстве поляризационными свойствами соответствующей передающей антенны, то полученные условия (15, 16) максимума ε²_экв называют условиями согласования приемной и передающей антенн по поляризации. Для приемной и передающей антенн с эллиптической поляризацией согласование имеет место, если в направлении облучения равны коэффициенты эллиптичности, одинаковы ориентация эллипсов в про­странстве и направление вращения векторов. Последнее условие следует из соотношения (14), которое означает, что в единой системе координат, свя­занной с приемной антенной, направления вращения векторов противополож­ны. Однако напомним, что направления вращения для каждой из волн опре­деляется всегда по отношению к наблюдателю, смотрящему вслед волне, ука­занные же направления для приемной и передающей антенн взаимно проти­воположны. В случае антенн с линейной поляризацией согласование по поляри­зации имеет место, если совпадают плоскости поляризации.

Можно показать, что ε²_экв = 0, т.е. прием полностью отсутствует, если при равенстве коэффициентов эллиптичности ориентации эллипсов взаимно ортогональны и направления вращения векторов противоположны. Для ли­нейно поляризованных антенн это соответствует ортогональному расположе­нию плоскостей поляризации.

В предыдущем изложении подразумевалось, что нагрузка (приемник) подсоединяется непосредственно к зажимам антенны. Обычно приемник при­соединяется к антенне с помощью фидера. В этом случае под Z_н понимают входное сопротивление приемника, пересчитанное по формулам теории длинных линий к клеммам антенны, либо под Z_BX - вход­ное сопротивление антенны (в передающем режиме), пересчитанное к клем­мам приемника. На практике обычно приемник и антенну стремятся порознь согласовать с фидером, т.е. обеспечить условие

(17)

где Z_b - волновое сопротивление фидера. Оценить влияние рассогласования антенны или приемника с фидером можно, вводя коэффициент отражения. Так, при наличии рассогласования приемника и фидера мощность, поступающая в приемник, уменьшается. Отметим, что оценка со­гласования через коэффициент отражения особенно удобна для антенн (на­пример, рупорного типа), которые в отличие от «проволочных» антенн не имеют четко выраженных входных точек, относительно которых вводится понятие Z_вх.

При выполнении условия (17) согласовании по поляриза­ции и приходе облучающей волны с направления максимального приема

(18)

Так же можно записать (18) в виде

P = S_дП^обл_срη, (19)

где S_д - действующая (или эффективная) поверхность приемной антенны в передающем режиме; П^обл_ср- среднее (во времени) значение вектора Пойнтинга облучающей волны. Понятию эффективной поверхности, введенному применительно к передающему режиму, можно дать простое физи­ческое толкование непосредственно в приемном режиме как эффективной поглощающей поверхности, т.е. площади фронта плоской облучающей вол­ны, из которой извлекает мощность приемная антенна. Тогда, как следует из (19), коэффициент η, введен­ный как КПД антенны в передающем режиме, можно определить в приемном режиме как отношение мощности, выделяемой в нагрузке, к мощности, извлекаемой антенной из падающей на нее волны.

В некоторых случаях, например для антенн апертурного типа, величи­на S_д может быть вычислена непосредственно при анализе приемного режи­ма работы исходя из следующих соображений. Энергия, излучаемая переда­ющей антенной, только частично попадает на апертуру приемной антенны, остальная часть «переливается» мимо нее. Однако и энергия, падающая на апертуру, будет полностью принята антенной только тогда, когда распределе­ние поля в апертуре антенны, возбужденной в передающем режиме, опреде­ленным образом соответствует распределению поля, облучающего приемную апертуру. По аналогии с передающим режимом вводится коэффициент ис­пользования поверхности апертуры, который показывает, какая доля мощности, падающей на раскрыв S принимается антенной в режиме приема.

Простую физическую трактовку непосредственно в приемном режиме работы можно дать и другим параметрам, введенным ранее в передающем режиме. Так, коэффициент направленного действия при приеме, согла­сованном по поляризации, можно трактовать как отношение мощности, по­ступающей на вход приемника при облучении антенны с направления макси­мального приема, к средней по всем направлениям мощности, поступающей на вход приемника, если антенну облучать поочередно с разных направлений полем с неизменной амплитудой. Коэффициент усиления G_max можно трактовать как отношение мощности, поступающей на вход приемника при приеме на данную антенну, к мощности, поступающей на вход приемника при приеме на ненаправленную антенну с КПД, равным единице. При этом предполагается, что обе антенны имеют оптимальное согласование с прием­ником и согласованы по поляризации с облучающим полем.

Упомянем еще один параметр, введенный ранее применительно к пе­редающему режиму, - действующую длину антенны. В приемном режиме действующую длину можно рассматривать как коэффициент пропор­циональности между эквивалентной ЭДС приемной антенны и напряженнос­тью поля волны, облучающей антенну с направления максимального при­ема. При согласовании по поляризации действующая длина антенны будет определятся как

1. Что понимается под ДН антенны в приемном режиме работ?

2. Какова связь ДН антенны в приемном режиме с диаграммой направленности этой же антенны в передающем режиме работы? Когда эти ДН полностью совпадают?

3. Поясните механизм процесса приема на примере СЭВ.

4. Сформулируйте принцип взаимности применительно к линейному пассивному четырехполюснику.

5. Пусть СЭВ - передающая антенна, СЩВ - приемная антенна. Как следует рас­положить эти антенны относительно друг друга для выделения максимальной мощ­ности в нагрузке приемной антенны?

6. Поясните, какими процессами сопровождается извлечение энергии приемной антенны из падающей на нее волны.

7. Изобразите эквивалентную схему приемной антенны, используемую для расче­та поглощаемой мощности. От каких факторов зависит величина эквивалентной ЭДС?

8. Сформулируйте условия согласования приемной антенны с нагрузкой при на­личии соединительного фидера.

9. Каков физический смысл эффективной поверхности приемной антенны?

10. Перечислите все необходимые условия согласования передающей и приемной антенн по поляризации. На чем сказывается невыполнение этих условий?

11. При каких условиях, связанных с поляризацией, может полностью отсутство­вать связь между передающей и приемной антеннами?

12. Для осуществления связи с подвижными объектами при отсутствии их стаби­лизации в пространстве стремятся использовать антенны с вращающейся поляриза­цией поля излучения. Каковы недостатки этого метода, если передающая антенна имеет круговую поляризацию в направлении приемной антенны, а приемная - линейную?

13. Дайте определения КНД, КУ и КПД антенны в приемном режиме работы (при условии согласования с передающей антенной по поляризации).

14. Каков смысл действующей длины приемной антенны?

Поиск по сайту: