Формулы практического определения Ед, Еm.

Единицы изменения в формулах для определения Еmне удобны для практического применения, то есть в (В/м), аrв (м).

Поэтому обычно мощность выражают в кВт, а расстояние вкм, а напряженность вмВ/м, то

для действующих значений, (2.11)

для мгновенных значений (2.12)

Формулы для определения напряженности электрического поля справедливы для любого типа антенн, если в них подставить Dсоответствующего типа антенн.

Параметры приемных антенн

Коэффициент направленного действия (КНД)

В случае апертурных антенн, то есть антенн, имеющих поверхность раскрыва (зеркальные, рупорно-линзовые, рупорные) КНД определяется

, (2.13)

где S–геометрическая площадь антенны; КНД, определяемый таким образом, будет иметь максимальное значение при заданной площади.

Это очень важное соотношение в теории антенн. Это выражение получено в предположении, что площадь антенны достаточно велика по сравнению с длиной волны λи на поверхности антенны равномерно распределены однородные синфазные источники.

Коэффициент использования поверхности υ (КИП)

Если источники неоднородны, то есть амплитуда и фаза зависят от координат, то КНДбудет меньше и формула может быть представлена в виде

, (2.14)

где υ– коэффициент, меньше единицы и называется коэффициентом использования поверхности, (КИП). КИП изменяется в пределах от 0,4 до 0,9.

Он зависит от распределения токов или полей на поверхности антенны, и от точности выполнения антенны.

Эффективная площадь приемной антенны Sэфф.

В выражении для КНД произведение S_эфф =υ S называется эффективной площадью приемной антенны. Следовательно, в этом случае можно записать

. (2.15)

Отсюда . (2.16)

Речь идет о приемной антенне, которая находясь в электромагнитном поле, поглощает часть его энергии и передает в приемник, являющийся для антенны нагрузкой.

Эквивалентная площадь, с которой антенна полностью поглощает энергию волны, пришедшей с главного направления и отдает в согласованную нагрузку называется эффективной площадьюантенны, т.е. будет определяться по формуле (2.17).

(2.17)

Отсюда

_.

Среднее значение вектора Пойнтинга (2.17) направленного излучателя равно :

(2.18)

Подставив формулу(2.18) в (2.17), получим :

(2.19)

Коэффициент усиления антенны (g)

_{. (2.20)}

Коэффициент усиления более полно характеризует антенну, чем КНД. Действительно, коэффициент направленного действия (D) учитывает только концентрацию энергии в определенном направлении, то коэффициент усиления множителемηучитывает еще и уменьшение излучения вследствие потерь мощности в антенне.Gизмеряется в неперах и децибелах.

Уравнение идеальной радиосвязи.

В некоторых случаях определяют не напряженность электромагнитного поля в точке приема, а мощность Р₂ на входе приемной антенны. Введем обозначения: Р₁– мощность, подводимая к передающей антенне,D₁–КНД передающей антенны. Р₂ – мощность на входе приемной антенны иD₂– соответственно КНД приемной антенны.

Необходимо связать параметры передающей антенны Р₁иD₁с Р₂иD₂. это можно сделать исходя изS_эфф. Согласно формуле (2.19), в которой- мощность на входе приемника и учитывая, чтo приемной антенны определяется из (2.16),то приравнивая (2.16) и (2.19) получим мощность на входе приемного устройства в условиях свободного пространства

(2.21)

Формула (2.21) называется формулой идеальной радиотрассы, и не учитывает влияние Земли, атмосферы и другие факторы.

Мощность на входе приемного устройства для двух типов радиолиний.

Для радиолиний двух типов (первичной и вторичной) мощность на входе приемника оказывается разной при одинаковых параметрах передающего и приемного устройства.

Радиолинии 1 типа (первичная радиолиния)

Обратимся к рис.( 5) , на котором схематично показана первичная линия передачи. Мощность сигнала на входе приемника определится как (5)

Рисунок 5 – Схема первичной линии передачи

Введем обозначения :

- мощность, подводимая к передающей антенне;

- мощность на выходе приемной антенны;

- мощность на входе приемной антенны.

Для этого типа линий передачи мощность на входе приемной антенны определится

(2.22)

Радиолинии 2 типа(вторичная радиолиния)

На рис.(6) приведена схема радиолинии второго типа.

Значение мощности на входных приемника для радиолиний 2 типа зависит от тех же параметров, что и для 1 типа, но еще и от переизлучающих свойств ретранслятора.

Рисунок 6 – Схема вторичной линии передачи

Эффективная площадь рассеяния (ЭПР, σ_эпр).

Если какое-то тело облучается полем, то его способность переизлучать это поле, оценивается эффективной поверхностью рассеяния, которая переизлучает первичное поле ненаправленно и без потерь, создавая при этом в месте приема такую же плотность потока мощности, что и реальный переизлучатель.

Величина ЭПР зависит от формы и электрических параметров материала, из которого изготовлен переизлучатель, а так же от его ориентировки относительно направления первичного поля и направления на прием. Возможны два варианта расчета мощности сигнала на входе приемной антенны

Первый вариант , при тогда

(2.23)

Второй вариант , при , то есть переизлучатель расположен на середине трассы, а это бывает всегда, если передатчик и приемник составляют отдельные блоки локатора, то

(2.24)

Выражение (2.24) называется основным уравнением радиолокации.

Выводы:

1. на трассах в отсутствие ретранслятора (Iтип линии передачи) мощность на входе приемника уменьшается вr²(поле испытывает сферическую расходимость).

2. при работе с ретранслятором (IIтип линии передачи) мощность уменьшается вr⁴.(2.24).

Здесь поле дважды испытывает сферическую расходимость: первичное поле (от передатчика до ретранслятора); вторичное поле ( ретранслятор – приемник).

Множитель ослабления V

( Ослабление поля свободного пространства в реальных условиях )

Реальные условия существенно отличают от условий распространения в свободном пространстве из-за наличия: 1)границы раздела атмосфера – Земля; и 2)неоднородного строения атмосферы и земной поверхности.

Амплитуда поля в реальных условиях уменьшается не только как , но и за счет поглощения и рассеяния электромагнитной энергии (в Земле, ионосфере, тропосфере, гидрометеорах, от интерференции , дифракции и т.д.).

Для учета влияния Земли и неоднородности атмосферы вводят понятие множителя ослабления поля свободного пространства V, который в дальнейшем будет называться простомножитель ослабления.

Множитель ослабления– это отношение напряженности поляЕна расстоянииr от передающей антенны при распространении в реальных условиях к напряженностиЕ₀ на том же расстоянии в свободном пространстве , т. е.

где - модуль множителя ослабления,

- фаза, которая оценивает дополнительные изменения фазы волны.

Факторы, влияющие на величину множителя ослабления

Он зависит 1) от длины радиолинии; 2) от высот поднятия передающей и приемной антенн над Землей; 3) от длины волны; 4) вида поляризации; 5) рельефа местности на трассе; 6) электрических параметров почвы;7) от электрически неоднородного строения атмосферы, подвергающейся случайным изменениям.

В реальных условиях действующее значение напряженности поля в общем виде можно определить

(2.25)

В большинстве случаев , но иногда, например ( при интерференции волн в зоне прямой видимости),могут быть. Максимальное значение

Удобно выражать в дБ.

_.

В ряде случаев множитель ослабления выражается через плотности потоков мощности

, _.

Абсолютные значения V, вычисленные в дБ по полю или по плотности потоков мощности оказываются равными:

_.

Мощность сигнала на входе приемника в реальных условиях на радиолиниях первого типа будет определяться с учетом V:

Из выражения для мощности на входе приемника можно определить

, (2.26)

Потери при передаче электромагнитной энергии.

При проектировании систем удобно иметь сведения о потерях электромагнитной энергии.

В литературе, особенно в американской, вводят 2 определения потерь :

L (потери передачи) (transmission loss)

Lв (основные потери передачи ) (basictransmissionloss).

Введем соотношения между _, Lв,Lдля радиолиний двух типов.