Основные электрические параметры антенн. Эффективная площадь антенны А, страница 10

 - сопротивление, включенное в цепь антенны ;

 - входное сопротивление антенны .

Используя соотношения (1), (4) и (5), после несложных преобразований получим

Обобщая эти выражения на любую антенну, можно написать, что

где      - напряженность поля, воздействующего на антенну в режиме приема;

 - ток на зажимах приемной антенны;

 и  - действующая длина, входное сопротивление и нормированная ДН антенны в режиме передачи;

 - сопротивление, включенное на зажимы антенны.

Выражение (7) является важнейшим в теории приемных антенн. Оно представляет собой постоянную величину для любой антенны. Можно показать, что это соотношение обращается в 1, т.е. .

Сформулируем основные  выводы из принципа  взаимности:

1. Внутреннее сопротивление приемной антенны равно входному сопротивлению этой антенны в режиме передачи.

2. Диаграммы направленности антенны в режиме передачи и приема совпадают.

3. Действующая длина антенны в режиме приема равна действующей длине этой антенны в режиме передачи.

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫ

Учитывая, что  для любой антенны, выражение (7) можно представить в виде

Оно напоминает закон Ома и может быть проиллюстрировано эквивалентной схемой приемной антенны, изображенной на рис.2. Здесь  - э.д.с., наводимая в приемной антенне,

 - внутреннее сопротивление приемной антенны (оно равно входному сопротивлению этой антенны в режиме передачи),  - сопротивление нагрузки приемной антенны (входное сопротивление приемника или входное сопротивление фидера, нагрузкой которого является вход приемника).

В большинстве случаев практики приемная антенна подключается ко входу приемника при помощи фидера. На рис.3 показана схема соединения приемной антенны с приемником через фидер. На рис.4,а приемная антенна заменена последовательным соединением  и  (слева от точек  ), а на рис.4,б осуществлена также замена фидера с приемником на сопротивление .

Как известно, в нагрузку (сопротивление  ) отдается мощность, равная мощности , которая поглощается в активном сопротивлении . Поэтому

Формула (9) определяет мощность, отдаваемую антенной в несогласованную нагрузку.

Если нагрузка согласована ( или , а ), то отдаваемая в нагрузку мощность максимальна. Выражение (9) для согласованной нагрузки дает:

Последнее выражение, если сигнал приходит с направления главного максимума, можно также представить в виде

Оптимальная мощность представляет собой наибольшую мощность, которая может быть отдана антенной в нагрузку. Для ее нахождения можно воспользоваться формулой

Используя выражение [см. тема 2, формула (37)] , формулу (12) можно привести к виду

С другой стороны, оптимальную мощность приемной антенны можно представить через ее эффективную площадь  соотношением

откуда

В тех случаях, когда применяются поверхностные антенны и волноводы, при нахождении мощности , отдаваемой антенной в нагрузку, приходится оперировать с такими характеристиками, как  и .

На рис.5 показана рупорная антенна, которая при помощи волновода подключена ко входу приемника. В общем случае при несогласованной  нагрузке в  волноводе  установится  режим смешанных  волн, характеризуемый  некоторым  значением  .

При этом  поглощаемая  нагрузкой  мощность  может  быть  представлена  в  виде:

Так как    (  - модуль коэффициента отражения), а , то поглощаемая нагрузкой мощность

Если сигнал приходит с направления главного максимума, то

С учетом к.п.д. антенны   в к.п.д. фидера  получим

ТРЕБОВАНИЯ К МОЩНОСТИ СИГНАЛА,  НЕОБХОДИМОЙ ДЛЯ РАДИОПРИЕМА

До сих пор мы полагали, что в приемную антенну, фидерный тракт   и на вход приемника поступает только полезный сигнал. На самом деле наряду с полезным сигналом через антенну и фидер ни вход приемника попадают также внешние помехи  (атмосферные, космические,  промышленные помехи, помехи от действующих радио-станций и др.) и внутренние шумы (флюктуационные явления в антенне, фидере и каскадах приемника).