Особенности распространения радиоволн. Основные определения и электрические параметры антенн, страница 2

Антенна радиоприемника выполняет обратные функции. Она преобразует энергию свободных электромагнитных волн в энергию токов высокой частоты и обеспечивает выделение радиоволн, приходящих с заданных направлений. Передающая и приемная антенна обратимы, это позволяет при работе на передачу определять ее свойства в режиме приема, и наоборот. Практически этим свойством антенны широко пользуются, тем более, что некоторые характеристики антенн удобнее и нагляднее определять в режиме передачи, а некоторые — в режиме приема. Конструктивно приемная антенна может быть выполнена проще передающей, так как для нее не возникает вопрос об опасности перенапряжений.

Антенна характеризуется рядом общетехнических и экономических показателей. К ним относятся: степень сложности устройства, размеры, механическая прочность и надежность в работе, удобство в эксплуатации, стоимость. Кроме этого, имеются и специальные радиотехнические показатели, характеризующие антенну с точки зрения выполняемых ею специфических функций. Электрические характеристики антенны тесно связаны с ее конструктивными и экономическими показателями.

Предъявляемые к антеннам требования, противоречат одно другому и выходом из положения являются компромиссные решения. Так, выполнение требования по уменьшению стоимости, размеров, массы антенны влекут за собой уменьшение либо ее диапазонности, либо коэффициента усиления (эффективности), либо и того и другого одновременно. При всем многообразии систем и конструкций, передающих и приемных антенн, существуют общие характеристики и принципы, на которых основана их работа.

Приемная антенна по отношению к питающей линии (фидеру) является генератором высокочастотных колебаний, входное сопротивление которого равно входному сопротивлению этой же антенны, работающей в режиме передачи. Коэффициент полезного действия, сопротивление излучения, направленные свойства и т. д. антенны, работающей в режиме приема, остаются без изменения, если ее использовать в качестве передающей.

Передающая антенна по отношению к фидеру эквивалентна нагрузке, потребляющей мощность. Часть этой мощности излучается в пространство, а часть рассеивается в виде тепла в самой антенне. Обычно антенна не поглощает всей мощности, подводимой к ней питающей линией (фидером). Часть энергии при этом отражается обратно в линию. В этом случае между линией и выводами антенны можно включить реактивный четырехполюсник (линию с параметрами, отличными от параметров фидера) и, по крайней мере, на одной частота обеспечить передачу максимальной мощности в антенну. Для этого надо знать две величины, характеризующие антенну как нагрузку на заданной частоте — активное R_а и реактивное Х_асопротивления на ее выводах. Знание этих сопротивлений позволяет правильно подобрать элементы выходного колебательного контура и соединительного устройства между ним и антенной и получить надлежащий коэффициент полезного действия (КПД) выходной цепи передатчика. Коэффициент полезного действия собственно антенны η_а равен отношению полезной мощности, за которую принимают мощность излучения Р_Σ, к полной мощности, расходуемой антенной. Последняя больше мощности излучения на величину потерь энергии в антенне. Поэтому

η_а = Р_Σ /Р_а = Р_Σ /( Р_Σ + Р_п).                                    (1)

Излучаемую антенной мощность выражают через активное сопротивление, которое называют сопротивлением излучения R_Σ , и ток, в частности ток на выводах антенны I_a:

Р_Σ =I²_a·R_Σ                                                             (2)

Сопротивление излучения не всегда связывают с током на выводах. Нередко сопротивление излучения антенны относят к току в пучности (в максимуме). Сопротивление излучения антенны не зависит от тока. Оно, являясь активным, не вызывает преобразования электрической энергии в тепловую, а только характеризует способность антенны к излучению электромагнитной энергии.

Аналогичным образом определяют и мощность потерь:

Р_п =I²_a·R_п(3)

где R_п — сопротивление потерь.