Краткие теоретические сведения. Рассмотрим основные закономерности распространения радиоволн в свободном пространстве

Рассмотрим основные закономерности распространения радиоволн в свободном пространстве. Пусть в свободном пространстве организована линия связи. Она состоит, с одной стороны, из передатчика, излучающей антенны и соединяющей их фидерной линии, с другой – из приемной антенны, фидера и приемника.

Передатчик работает на частоте f и имеет мощность Р_пер. Излученная мощность Р_изл меньше мощности передатчика из за наличия тепловых потерь в фидерной линии и идеального согласования передающей антенны

где - коэффициент полезного действия тракта передатчика.

Тепловые потери в фидерной линии принято характеризовать погонным затуханием , выражаемым обычно в дБ/м. Это затухание в линии длиной 1 м. При длине фидера l затухание в нем составит в дБ или

(3.1)

в относительных единицах (разах).

Для неидеально согласованной антенны распределения напряжения вдоль фидерной линии образуется наложением двух волн: падающей, имеющей амплитуду U_пад, и отраженной с амплитудой U_отр.

Напряжение вдоль линии изменяется, достигая минимального U_min и максимального U_max значений в точках, смещенных на четверть длины волны в линии. Степень согласования антенны с фидерной линией принято характеризовать двумя параметрами: коэффициентом отражения

или коэффициентом стоячей волны (КСВ)

Один из этих параметров легко выражается через другой:

(3.2)

Для идеально согласованной антенны КСВ=1, Г=0. Реально у хорошо согласованной антенны .

При учете обоих факторов коэффициент полезного действия тракта передатчика составит

(3.3)

Если бы передающая антенна излучала равномерно во всех направлениях, то на расстоянии R от источника модуль вектора Пойтинга, численно равный плотности потока мощности, был бы равен

Любая реальная антенна обладает направленностью излучения, всегда имеет направление, в котором излучается максимум энергии. Коэффициентом направленного действия (КНД) антенны называется отношение плотности потока мощности, создаваемой в направлении максимума излучения направленной антенной, к плотности потока мощности изотропной антенны при одинаковой излученной мощности.

Тогда в направлении максимума излучения антенны, имеющей КНД плотность потока мощности на расстоянии R

С другой стороны, плотность потока мощности выражается через действующие значения напряженностей электрического Е_д и магнитного Н_д полей, которые в свою очередь, связаны между собой характеристическим сопротивлением свободного пространства Ом:

Это позволяет определить действующее значение напряженности электрического поля на расстоянии R

и ее амплитудное значение

Антенны, работающие на прием, принято характеризировать действующей длиной h_э или эффективной площадью S_эфф. Первый параметр применяется для описания антенн метрового и более длинноволновых диапазонов. Такие антенны представляют систему тонких металлических проводников, а напряжение на их выходных клеммах

Для более высокочастотных диапазонов обычно определяется мощность на выходе приемной антенны

Эффективная площадь антенны связана с ее КНД D_прА соотношением

(3.4)

где - длина волны.

Потери согласования приемной антенны определяются ее КСВ, потери в фидере приемного тракта определяются также, кА и в предыдущем. Вместе они учитываются введением коэффициента полезного действия приемного фидерного тракта Тогда мощность на входе приемника

(3.5)

Приемник характеризуется чувствительностью , такой минимальной мощностью на входе, при которой осуществляется прием сигналов с заданным качеством. Обычно эта величина задается в дБ относительно 1 мВт (дБ/мВт), для перехода к системе СИ используется соотношение

(3.6)

Максимальную дальность связи R_max получаем, если выражение (1.5) подставить чувствительность приемника и разрешить его относительно R:

(3.7)

приведенные выше соотношения позволяют осуществить моделирование радиотрассы в свободном пространстве и разработать соответствующую виртуальную лабораторную установку.

Поиск по сайту: