.Приемная у .антенна

Приемнин

у Приемная антенна

Приемник 3

Рис. 5.2. Схема приемной антенны с фидером:

а - пассивная антенна; б - антенна-усилитель

Приемопередающие активные антенны создаются либо на основе первых двух групп, либо с помощью взаимосвязанной интеграции собственно антенны £ активными элементами генерации, усиления или преобразования сигналов.

5.2. Основные достоинства антенн-усилителей

Одним из наиболее важных достоинств таких антенн является воз--можяость повышения отношения сигнал-шум. Особенно заметно это проявляется яри использовании фидерной линии, соединяющей антенну с приемником. Объясняется это тем, что устраняется влияние дополнительных шумов, возникаю- щих в фидере как из-за шумовых потерь, так и вследствие приема посторонних сигналов самим фидером (из-за антенного эффекта фидера) (рис. 5.2). Пусть Рс - .мощность сигнала, поступающего из прием-ной антенны в фидер (в -гоч.чах 1-1); Рш.а - мощность шумов, поступающих из антенны в фидер вместе с сигналом. Тогда отношение мощности сигнала к мощности шумов в точках 1-1 (рис. 5.2,а) будет

Рс1Р„

(5.1)

В точках 2-2 мощность сигнала будет равна iiPc, где - КПД линии; мощ-иости шумов, поступающих риз антенны, будет добавляться мощность шумов 1Рш.ф, возникающих в фидере, и поэтому отношение мощности сигнала к мош-йогти шумов в точках 2-2 (рис. 5.2,а) на входе приемника будет

(1с),/01Р„, + „.ф). (5.2)

Активные антенны можно подразделить на три основные группы: приемные, передающие и приемопередающие.

Приемные антенны подразделяются на антенны-преобразователи и антенны-детекторы.

Активные передающие антенны подразделяются на антенны-усилители мущ-йости и антенны-генераторы. В первых осуществляются усиление мощности колебаний, поступающих от автономного генератора, и их излучение, а во вторых происходит как генерация колебаний, так и излучение. Активная схема в передающих антеннах иногда содержит умножители частоты.

Очевидно, что (5.2) меньше, чем (5.1), т. е. отношение сигнал-шум на входе приемника уменьшилось.

Рассмотрим рис. 5.2,6, где непосредственно на входе антенны включен уси--литель АУ. Здесь отношение мощности сигнала к мощности шума антенны в точках 1-1 по-прежнему будет определяться по (5.1). Это же соотношение со.хранится и в точках 2-2 на выходе усилителя АУ (при предположении, что-мощность собственных шумов усилителя много меньше мощности шумов, поступающих из антенны). В точках 3-3 на входе приемника отношение мощ--ности сигнала к мощности шумов будет

knP„,.. + P„

(5.3)

где k - коэффициент усиления по мощности усилителя АУ. Очевидно, что при достаточном значении k первое слагаемое в знаменателе дроби (5.3) можно сделать много большим, чем второе, тогда соотношение (5.3) будет равно (5.1) в влияние дополнительных шумов, возникающих в фидере, будет устранено.

При использовании антенного усилителя с достаточным коэффициентом усиления становится возможны.м уменьшение размеров прополочной антенны с фидером при сохранении требуемого превышения уровня сигнала над уровнем шумов. Уменьшение габаритных раз.меров антенны является, естественно, во многих случаях большим ее достоинством.

Согласование пассивной антенны с приемником для получения от антенны наибольшей мощности, как известно, возможно с помощью пассивных реактивных элементов. Однако таким путем решение задачи согласования в широком диапазоне частот (например, с перекрытием /максЯмин в 5-10 .раз) очень усложняется и в ряде случаев невозможно.

В активных антеннах широкая полоса пропускания достигается не согласованием собственно антенны со входом активного (усилительного) элемента,, а независимой от частоты передачей напряжения от приемной антенны на вход-усилителя и согласованием выходного сопротивления усилителя с нагрузкой.

Поясним сказанное на примере штыревой антенны с размерами, малыми по-сравнению с длиной волны. На рис. 5.3 -показана короткая штыревая антенна,, основание которой заземлено, а в разрыв средней части включен антенный» усилитель (активный элемент АЭ) на транзисторе. Выход усилителя АЭ соединен вертикальным проводником с входом приемника {Rnp). (Такую антенну иногда называют рамочно-вибраторной антенной-усилителем.) Эквивалентная схема приемной антенны показана на рис. 5.4,а, где ба обозначает ЭДС в приемной антенне, равную еа=/гд£; йд-действующая высота антенны; Е - напряженность вертикального электрического поля. На рве. -5.4,6 показана эквивалентная схе.ма антенны, коода общая высота антенны (h+h) меньше четверти длины волны и, следовательно, левый ко-роткозамкнутый конец длиной h имеет .индуктив-

Рис. 5.3. Схема включения антенного усилителя в середину штыревой заземленной антенны

77777777777}

у777/:

10 fB.

Уис. 5.4. Эквивалентные схемы антенны, показанной на рис. 5.3, в точках 1-2

Рис. 5.5. Эквивалентные схемы антенны и входного сопротивления усилителя

/ Z 5 10 20 SO 100

Рис. 5.6. Изменение напряжения на входе приемника в широком диапазоне частот

лее сопротивлени, а правый разомкнутый конец длиной li имеет емкостное •сопротивление; обозначает активную составляющую сопротивления ан-

тенны. При .размерах обоих участков антенны, малых по сравнению с длиной волны участки h и h можно заменить соответственно малой индуктивностью La и малой емкостью Са так, что coLa-Cl/coCa; учитывая также, что Ра «меет небольшое сопротивление, получаем эквивалентную схему антенны, показанную на рис. 5.4.в.

Подбирая оптимальную схему включения транзистора и его режим -работы (выбором соответственно напряжения питания входной цепи), можно обеспечить .небольшую входную емкость Свх транзистора (н точках 1-2) и большое активное входное сопротивление Рвх (параллельное Свх). -При этом эквивалентная схема входной цепи антенны-усилителя (в точках 1-2) имеет вид, показанный на рис. 5.5,а, а при выполнении условия о том, что -Рвх> 1/соСвх, схема получает вид, показанный на рис. 5.5,6.

Для последней схемы легко доказать, что напряжение на входе усилителя -(т. е. в точках 1-2) будет определяться выражением

1+Свх/Са

(5.4)

Таким образом, при выполнении перечисленных выше условий напряжение на входе усилителя не будет зависеть от част-оты. При этом чем меньше Свх ло сравнениею с Са, тем ближе будет напряжение t/i2 к неличине 8а.

При правильно выбранной схеме включения И соответствующем режиме питания транзистора н схеме АЭ (см. рис. 6.3) можно добиться согласования ее выходного сопротивления с входным сопротивлением приемника (Рпр); при этом выходное сопротивление транзистора (для переменного тока) почти не •будет еависеть от частоты (до тех пор, пока не начнут сказываться паразит-лые емкости схемы).