книги / Основы радиотехники и антенны. Антенны

/ 12 то в случае равенства э. д. с., Эг =■ Bit имеет место равенство

ТОКОВ / 21 = /12-

Эта же теорема может быть применена к одной антенне: если э. д. с. Э, включенная в произвольное сечение 1 антенны, вызывает в сечении 2 той же антенны ток /, то равная э. д. с. Э, включенная в сечение 2, вызывает равный ток / в сечении /.

Выделим в приемной антенне, имеющей вид вертикального за­ земленного вибратора высотой Л (рис. 2.19, а) с внешним сопротив­ лением Zu (в данном случае это входное сопротивление приемника),

Рис 2.19. Иллюстрация обратимости передающей и приемной антенн.

элементарный участок dz, расположенный на расстоянии z от вер­ шины вибратора. Электромагнитная волна возбуждает на участке dz э. д. с. d9b = Edz, где Е — напряженность продольной состав­ ляющей электрического поля электромагнитной волны. Под влия­ нием этой э. д. с. в приемной антенне возникает ток, который в раз­ ных сечениях вибратора имеет различную величину. Обозначим ток, возникший у основания антенны, а следовательно, и на входе приемника, d /np. Соотношение между ddа = Edz и d lnp нам неиз­ вестно. Чтобы выявить его, используем теорему взаимности и по­ меняем местами э. д. с. и ток. Иначе говоря, включив у основания вибратора источник э. д. с. <1Э\ = Edz, получим в сечении с коор­ динатой г ток dlz, равный dl„p (рис. 2.19, б).

Этим совершен переход от приемной антенны к передающей, так как для последней характерно включение источника э. д. с. у вход­ ных клемм. Применив закон Ома к данной передающей антенне, можем определить ток у ее основания.

d3A Edz

По определению, приведенному в § 4, отношение ЭА1Е есть дей­ ствующая высота (длина) приемной антенны, а в данном параграфе параметр Лд фигурировал как действующая высота передающей антенны. Отсюда заключаем, что действующая высота антенны оди­ накова при работе ее на передачу и прием.

Второй вывод: выходное сопротивление приемной антенны равно входному сопротивлению той же антенны при использовании ее в качестве передающей.

Если к этому прибавить ранее доказанное положение, что на­ правленные свойства антенны одинаковы при работе на передачу и прием, то можно сделать общий вывод: работает ли антенна как передающая или приемная — параметры и характеристики ее оди­ наковы.

13. Мощность, отдаваемая приемной антенной приемнику

Пусть R а и Х а— активная и реактивная составляющие сопро­ тивления антенны на ее зажимах, а /?пр и X nv—активная и ре­ активная составляющие входного сопротивления приемника. Тогда между э. д. с. в антенне Эд, током на ее зажимах / А и мощностью Рцр, сообщаемой антенной приемнику, имеется зависимость

Из курса электротехники известно, что максимальная мощность в нагрузке выделяется тогда, когда реактивное сопротивление цепи равно нулю, а активные сопротивления нагрузки и источника э. д. с. равны между собой. В данном случае антенна по отношению к прием­ нику играет роль источника э. д. с. и согласование сопротивлений означает, что

При таком согласовании мощность, выделяемая в приемнике, максимальна:

Р

Не вся мощность, улавливаемая антенной, поступает в прием­ ник. Часть этой мощности расходуется на сопротивлении потерь антенны. Следовательно, антенна, согласованная с приемником и имеющая к. п. д. т]А должна улавливать мощность

Р

мают электромагнитные волны, которые не только непосредственно пересекают вибраторы, но и проходят на некотором расстоянии от них Об этом свидетельствует изменение структуры полей электро­ магнитной волны вокруг приемного вибратора (см. рис. 1.13).

В дальнейшем мы ознакомимся с поверхностными антеннами, в которых излучение и прием осуществляются большой плоской (или иной формы) поверхностью. В случае плоской площадки, рав­ номерно и синфазно обтекаемой током, эффективная 5эф и геометри­ ческая SA поверхности равны между собой, а поэтому коэффициент направленного действия такой антенны

В реальных условиях поверхностные антенны возбуждаются неравномерно и их эффективная поверхность меньше геометричес­ кой. Отношение эффективной поверхности антенны к геометрической называется коэффициентом использования поверхности антенны

$эф

В заключение приведем зависимость между э.д.с., индуктируемой в прием­ ной антенне, и ее коэффициентом направленного действия.

Мощность, поступающая в приемник, согласованный с антенной, выра­ жается через коэффициент усиления антенны G следующим образом:

На основании формул (43) и (44) приходим к заключению, что мощность,

отдаваемая антенной приемнику, прямо пропорциональна коэффициенту усиления антенны, а э.д.с., индуктируемая в приемной антенне, пропорциональ­ на квадратному корню из этого коэффициента. Это позволяет сделать и дру­ гой вывод: в тех случаях, когда существенное значение имеют внутренние шу­ мы приемника (имеется в виду диапазон УКВ) и качество приема определяет­ ся мощностью сигнала, важно иметь не только высокий коэффициент направ­ ленного действия приемной антенны Z), но и большой к. п. д. т|А с тем, чтобы

достичь максимального коэффициента усиления G = Dr\A. Формулы (43) и (44) впервые выведены М. С. Нейманом.

(6;iпи 1\т) и в конце (и 2т, / 2m) фидера связаны зависимостью, кото­ рая определяется только затуханием:

Отсюда мощности колебаний в начале и конце фидера соот­ ветственно равны

Физический смысл формулы очевиден: чем больше коэффициент затухания а и длина фидера /, тем больше общее затухание в фи­ дере аI и меньше его к п д .

Если фидер работает в режиме смешанных волн, то к.п.д. его оказывается меньшим, чем при бегущих волнах. Причина этого заключается в том, что при наличии стоячих волн некоторая доля падающей волны и вся отраженная волна не выделяют мощности в нагрузке. Активная мощность этих воли теряется на сопротивле­ нии проводов и за счет утечки тока фидера, снижая тем самым его к. п. д. Уменьшение к п.д. сказывается тем сильнее, чем больше коэффициент стоячих волн в фидере. Это подтверждается формулой

Такой же результат дает формула (46) [можно доказать, что если a —малая величина, то е~2 / ,^Л /(1 + 2а/)].

Режим бегущих волн является наиболее благоприятным и сточки зрения мощности, максимально допустимой для передачи по фидеру. Средняя мощность, передаваемая от генератора к нагрузке, во всех сечениях фидера одинакова и выражается через действующие зна­ чения напряжения Ux и тока /.. следующим образом: Р = UXIX. Например, для фидера, работающего в режиме смешанных волн, в сечении, где напряжение Ux максимально, и, следовательно, ток 1Х минимальный, мощность

Р ~ U х макс Iх ми

Р = и \ мякс ^св

Мощность Р становится максимально допустимой для передачи по фидеру Рдоп тогда, когда напряжение Ux маКс достигает вели­ чины пробивного напряжения (Уцр:

Полученное выражение показывает, что, во-первых, допустимая мощность максимальна в режиме бегущих волн (kcn = 1) и умень­ шается с усилением стоячих волн (повышением kCtt); во-вторых, при увеличении kCB для сохранения неизменной допустимой мощности Рдоп требуется увеличить пробивное напряжение но это влечет за собой удорожание конструкции фидера и рост диэлектрических потерь в его изоляции.

Наличие стоячих волн в фидере нежелательно еще и потому, что при этом в его входном сопротивлении появляется реактивная составляющая Хнх, за счет чего вносится расстройка в колебатель­ ную систему генератора, к которому подключен фидер. Расстройку

Ипоследнее обстоятельство: при смешанных волнах измерения

вфидере затрудняются, так как действующие значения напряже­ ния и тока изменяются по его длине.

Итак, режим бегущих волн наиболее благоприятен для фидера

иустановление этого режима имеет большое практическое значение.

15.Согласование сопротивлений

вантенно-фидерной системе

Вбольшинстве случаев сопротивление нагрузки фидера отли­ чается от его волнового сопротивления. Это не исключает возмож­ ности работы фидера в режиме бегущих волн, для чего предназна­ чено согласующее устройство В (рис. 3.1). Роль его заключается

втом, чтобы при данном сопротивлении нагрузки (антенны) Zs

сделать сопротивление между входными точками 5 —6, измеренное со стороны фидера, равным его волновому сопротивлению Zu.