На рис. 3.11 показана эквивалентная схема при-

г /. \ i i емной антенны. Из этой схемы видно, что ЭДС при-

aS\l Приеп.чик емной антенны действует в цепи, состоящей из сопротивления антенны (J?a и Za), которое можно рассматривать как внутреннее сопротивление источника ЭДС, и приемника. Значение ЭДС в приемной антенне зависит от напряженности электрического поля в пункте приема, от длины волны, а также от формы и геометрических размеров приемной антенны. В случае проволочных антенн множитель, связывающий ЭДС в приемной антенне Ва с напряженностью электрического поля Е, называется действующей высотой приемной антенны, так что

e = h„E. (3.15)

Здесь предполагается, что приемная антенна ориентирована в пространстве в соответствии с поляризацией электромагнитного поля и прием осуществляется с направления максимального приема.

Под характеристикой направленности приемной антенны понимают зависимость ее ЭДС от угла падения приходящей волны.

Как говорилось выше, большинство параметров передающих антенн будут характеризовать ту же антенну, если она используется как приемная (принцип взаимности).

Действующая высота одной и той же антенны, используемой как для приема, так и для передачи, имеет одинаковое численное значение. Входное сопротивление приемной антенны равно сопротивлению той же антенны, используемой для передачи.

Относительно направленного действия приемных антенн следует отметить, что. характеристика направленности антенн при приеме, т. е. зависимость ЭДС приемной антены от направления приема, будет той же, что и при передаче, при условии, что приемник и передатчик подключаются к одним и тем же зажимам.

Применение приемных антенн направленного действия позволяет уменьшить помехи от посторонних источников (например, от других передатчиков) в том случае, когда направление принимаемой станции отличается от направления, с которого приходят помехи. Направленные приемные антенны приме- няются для пеленгования (определения направления на передающую радиостанцию), для приема слабых сигналов, в радиолокации и т. д.

Эффективная площадь антенны (А) определяется как отношение максимальной мощности Pup, которая может быть отдана приемной антенной (без потерь) в согласованную нагрузку, к мощности П, приходящей на единицу площади в падающей (неискаженной антенной) плоской волне:

Л = Рдр/П. (3.16)

Между эффективной площадью А и коэффициентом направленного действия антенны D сушествует зависимость

D = (inA)/KK (3.17)

Так как параметр D применяется как к передающим, так и к приемным антеннам, то и параметр А может быть использован для характеристики

свойств любых антенн - приемных или передающих. Для рупорных, линзовых и зеркальных антенных устройств эффективная площадь антенны А равняется лишь части геометрической площади раскрыва S. Отношение Л к S называется коэффициентом использования площади раскрыва, который для перечисленных антенн, как правило, меньше единицы:

kA/Sl.

(3.18)

3.4. Влияние земной поверхности на свойства антенны

Проволочные антенны практически всегда расположены вблизи проводящей поверхности. В большинстве случаев - это земная поверхность, металлическая крыша, палуба корабля, обшивка самолета и т. п. Проводящая поверхность в зависимости от ее конфигурации и расстояния до антенны, типа и поляризации антенны оказывает различное влияние на ее характеристики.

Если в земле емкостные токи во много раз меньше токов проводимости, то землю можно считать хорошим проводником. Это тем более справедливо, когда имеется заземление в виде сети длинных проводов, расположенных на поверхности земли или зарытых на небольшой глубине. Тогда можно применить для расчета антенны метод зеркальных изображений.

Из рис. 3.12, видно, что воображаемое зеркальное изображение вертикальной антенны составляет вместе с реальной антенной симметричную относительно земли систему. Направление вертикальных токов в изображении совпадает с направлением токов в реальной антенне. В случае горизонтальной антенны направление горизонтальных токов (рис. 3.13) в изображении противоположно направлению токов в реальной антенне.

Для того чтобы показать, каким образом рассчитывается антенна, распо. доженная над землей, с помощью метода зеркальных изображений, рассмотрим простейший случай антенны в виде вертикального провода. Вместе с зеркальным изображением он образует симметричный вибратор.

Распределение тока в симметричном вибраторе известно - оно близко к синусоидальному, и, следовательно, распределение тока на вертикальном проводе, совпадающее с распределением тока в одном плече симметричного вибратора, также синусоидальное.

Пользуясь методом зеркальных изображений, легко получить и входное сопротивление вертикального провода. Активная его часть будет близка половине значения сопротивления излучения симметричного вибратора, а реактив-

> -

Рис. 3.12. Вертикальная антенна над хорошо проводящей почвой (а) и ее электрический эквивалент (б)

77777777777777Ш

Рис. 3.13. Горизонтальная антенна над хорошо проводящей почвой (с) и ее электрический эквивалент (б)

ная составляющая входного сопротивления - половине реактивной составляющей входного сопротивления симметричного вибратора. Входное сопротивление тонкого настроенного симметричного полуволнового вибратора равно его сопротивлению излучения R=73 Ом, и, следовательно, сопротивление излучения четвертьволнового вертикального провода длиной в четверть длины волны равно 36,5 Ом. Волновое сопротивление заземленного вертикального провода в 2 раза меньше волнового сопротивления симметричного вибратора вдвое большей длины из провода такого же диаметра.

Влияние земной поверхности на поле, создаваемое вертикальными и горизонтальными антеннами, будет различным. Для вертикальной антенны поле в удаленной точке М (см. рис. 3.12) у поверхности земли будет определяться полем, создаваемым самой антенной, и полем от зеркального изображения, причем расстояние ri от антенны до точки М и расстояние Гг от зеркального изображения до точки М будут одинаковыми. Вследствие равенства путей ri и Л2 и равенства фаз токов вертикальной антенны и ее изображения поля, создаваемые в точке М антенной и ее зеркальным изображением, будут совпадать по фазе, т. е. складываться арифметически. В результате напряженность поля у поверхности земли будет в 2 раза больше, чем напряженность поля, которая была бы создана антенной в свободном пространстве при одинаковых токах в антеннах.

Рассуждая аналогичным образом, получим, что для горизонтальной антенны поле, создаваемое в удаленной точке, у поверхности земли будет равно нулю. Действительно, поля, создаваемые вдоль поверхности земли антенной и ее зеркальным изображением, будут противоположны по фазе вследствие равенства путей от антенны до рассматриваемой точки и ввиду противоположности фаз токов горизонтальной антенны и ее зеркального изображения.

Основываясь на методе зеркальных изображений, нетрудно учесть влияние земной поверхности на характеристики направленности антенн. Так, например, диаграмма направленности короткого вертикального заземленного вибратора в пространстве над земной поверхностью будет иметь вид, показанный на рис. 3.14. Такая диаграмма будет для вибратора над идеально проводящей

Рис. 3.14. Пространственная диаграмма направленности короткой вертикальной заземленной антенны

плоскостью. Для реальных проводимостей почвы максимум диаграммы получается приподнятым над горизонтом.

Влияние земной поверхности на характеристику направленности горизонтального вибратора можно учесть по методу зеркальных изображений. Горизонтальный вибратор, подвешенный на высоте h над земной поверхностью, следует заменить системой из двух параллельных вибраторов, находящихся на расстоянии 2h с токами в противоположных фазах. Направленное действие такой антенной системы рассматривается ниже.