Исследование рупорных антенн. Расчет параметров, область применения устройства, страница 2

Рис.  6.  Амплитудно-фазовое распределение поля   в

Раскрыве Н-плоскостного коробчатого    рупора переходном сечении такого рупора возникает широкий спектр тилов волн: H10, H30, H50, .... Подбором размеров рупора можно обеспечить распространение в нем лишь нескольких типов волн низшего типа, скажем, H₁₀ и Hзо. На рис. 6 показаны амплитудные распределения Е1(х) и Е₂(х) для волн H10 и Hзо в H-плоскости, а также результирующее амплитудное распределение Ерез(x), полученное суммированием ei(x) и Е₂(х) с учетом фазы полей. Из рисунка видно, что результирующее амплитудное распределение оказывается близким к равномерному, вследствие чего в коробчатых рупорах удается довести КИП до 0,7... 0,8.

Шумовая температура

Шумы антенны слагаются из двух составляющих — шума, обусловленного потерями в антенне (собственный шум антенны) и шума за счет внешних источников. Собственный шум антенны определяется ее физической температурой T₀ и сопротивлением потерь R_пот. В соответствии с формулой Найквиста средний квадрат шумового напряжения

U² _{ш пот}= 4kT₀R_потdf, (1)

где

к — постоянная Больцмана, равная 1,38*10^-23 Дж/град;

df — полоса приемника.

Для характеристики внешнего шума, принимаемого антенной, используется формула вида (1), но этот шум относят к сопротивлению излучения антенны R_Σ

U² _шΣ = 4кТ_Σdf,               (2)

где T_Σ — коэффициент пропорциональности, который представляет собою такую температуру сопротивления R_Σ ,при которой его тепловой шум равен внешнему шуму, принимаемому антенной.

Величина Ts называется эквивалентной шумовой температурой сопротивления излучения R_Σ. Поскольку собственные и внешние шумы статистически независимы, то суммарный шум будет

U²_{ш пот} = U² _{ш пот} +U²_шΣ=4kTdf(R_пот+R_Σ)=4kR_вхТ_A df,            (3)

где

R_вх= R_Σ +R_пот— входное сопротивление антенны, а

T_A =T_Σ *R_Σ /(R_пот+R_Σ)+T₀ *R_пот /(R_пот+R_Σ)= ηT_Σ +(1-η)T₀                           (4)

- эквивалентная шумовая температура антенны, такая температура сопротивления R_вх, при которой его тепловой шум равен суммарному шуму антенны.

Мощность суммарного шума антенны на согласованной нагрузке будет

Р_шА=U²_шА/4Rвх = kT_Adf.       (5)

В соотношении (4) первое слагаемое определяет составляющую шумовой температуры, обусловленную внешними шумами, второе - дает составляющую шумовой температуры, обусловленную потерями в антенне. При высоком КПД антенны основную роль играет внешний шум. Если пренебречь сопротивлением потерь, т. е. собственным шумом антенны, то

  (6)

где

Т_я — яркостная температура пространства в пределах телесного угла dΩ.

Таким образом, шумовая температура идеальной антенны (антенны без потерь) представляет собою усредненную яркостную температуру окружающего пространства с учетом направленности антенны.

Основными источниками внешних шумов в диапазоне УКВ являются:

-  тепловое радиоизлучение земной атмосферы;

-  космическое радиоизлучение ,включая радиоизлучение планет и звезд;

-  тепловое радиоизлучение земли и предметов, расположенных вблизи антенны.

Наиболее существенное влияние на величину Т_А оказывает земля и окружающие антенну предметы, шумовая температура которых принимается равной 290⁰K (17⁰C). Что касается космических шумов и шумов атмосферы, то зависимость их шумовой температуры от частоты и угла места показана на рис. Рис. 7

Как видно из рис., в метровом диапазоне космическое радиоизлучение весьма существенно. С укорочением длины волны оно уменьшается и в сантиметровом диапазоне становится очень малым.

Получение круговой поляризации

Рассмотренные антенны создают в дальней зоне линейно-поляризованное поле. Путем конструктивных изменений в рупорных антеннах можно получить круговую поляризацию. Для этого применяются поляризаторы проходного типа, устанавливаемые в питающий рупорволновода или перед излучающим раскрывом. Поляризатор – система параллельных металлических или диэлектрических пластин, штырей или струн, наклоненных под углом 45 гр. к плоскости поляризации падающей линейно поляризованной волны.

Рис. 8. Получение круговой поляризации с помощью поляризаторов