3.2.6 Розрахунок основних електричних характеристик антени

Оскільки дводзеркальні антени більш складні по конструкції, ніж однозеркальні, то відповідно мається і більше причин, унаслідок яких погіршуються основні електричні характеристики.

КСД визначається відомою формулою

Відома й інша формула для визначення величини КСД у децибелах:

Для дводзеркальних антен значення КВП лежить у межах 0,5...0,7. У кожному конкретному випадку коефіцієнт використання площі апертури залежить від цілого ряду факторів, і при строгих розрахунках необхідно використовувати до десяти співмножників, що враховують амплітудне і фазове розподіли поля, перехоплення енергії опромінювача дзеркалом, імовірність, кросполяризаційного випромінювання, дифракційне розсіювання енергії на краях дзеркала, ефект затінення, порушення геометрії антенної системи та ін. Основні міркування з розрахунку величини приведені в підрозділі 2.2.

Важливим параметром антен, використовуваних у радіоастрономії, космічному і радіорелейному зв'язку є шумова температура , вимірювана в Кельвінах. Ця температура визначає наявність на вході прийомного пристрою деякої потужності, називаної шумовий. Потужність шумів на вході приймача обмежує величину реальної чутливості всього прийомного пристрою.

Потужність шумів складається з трьох основних компонентів:

власних шумів антенно-фідерного пристрою (внутрішні шуми);

шумів, обумовлених радіовипромінюванням джерел, що знаходяться за межами земної атмосфери (сонця, зірок, галактик);

шумові перешкоди, викликані тепловим випромінюванням Землі, атмосферних низів, опадів (так називаним фоновим радіовипромінюванням).

Якщо перший компонент визначає внутрішні перешкоди, то два останні - зовнішні шуми.

Внутрішні шуми визначаються КПД антени, фідера і їх температурою. Методика їхнього розрахунку приведена в [І]. Повна шумова температура визначається сумою всіх можливих компонентів (внутрішніх і зовнішніх):

де . - шумова температура відповідно антени і фідера;

- шумова температура, обумовлена джерелами космічного походження (верхня частина півпростору); - шумова температура, обумовлений джерелами, що лежать у нижній частині півпростору(приземний шар атмосфери, земля).

При цьому звернемо увагу, що з верхньої частини півпростору шуми попадають в антену в основному по головному пелюстку ДС, а з нижньої частини (зокрема від поверхні землі) - по бічних пелюстках. Строгий розрахунок двох останніх складових звичайно роблять для антен радіотелескопів [26].

На довжинах хвиль 3...50 см шумова температура майже лінійно змінюється в межах 5...15 К. У цьому діапазоні вона визначається радіовипромінюванням атмосфери, а при довжинах хвиль більш 50 см - космічним радіовипромінюванням, інтенсивність якого значно вище радіовипромінювання атмосфери.

Температура антени за рахунок радіовипромінювання землі , прийнятого по бічних пелюстках, лежить у межах 20...60 К.

При цьому необхідно враховувати, що шумова температура антени буде залежати від спрямованих властивостей антени (параметрів ДС), від орієнтації ДС у просторі, розподілу в просторі ефективної температури джерел перешкод і від робочої частоти. У такий спосіб мінімальні значення шумової температури варто очікувати при орієнтації ДС антени під кутами, близькими до зеніту.

З урахуванням значень ККД антени і фідера розрахункова формула для повної шумової температури антени, приведеної по входу прийомного пристрою, буде мати вид

де , - фізична температура елементів конструкції антени і фідера відповідно, К.

Важливою характеристикою високоякісної антени є шумова добротність, дБ.

де - коефіцієнт підсилення антени.

При цьому для антен космічного зв'язку величина , визначається для кута місця 5°.

Розрахунок діаграми спрямованості можна проводити по методиках, викладеним у попередньому розділі, коли відповідно до закону амплітудного розподілу поля в апертурі більшого дзеркала знаходиться функція випромінювання. При цьому необхідно врахувати затінення частини апертури малим дзеркалом.

Для розрахунку ДС можна використовувати методику, викладену в [1]:

де звідки визначається ;

- Функція Бесселя відповідних порядків; - діаграми спрямованості опромінюючої системи(опромінювач - мале дзеркало)

Знак "-" у фігурних дужках (86) відповідає ДС в Е-площині, знак ”+” - у Н - площині. Формула (86) враховує вплив затінення апертури малим дзеркалом.

При наявності осьової симетрії у опромінювача в площинах Е и Н очевидно, що другий доданок у підінтегральному виразі (86) - звернеться в нуль.

Функції зв'язані з розподілом поля (див. формулу (79)) співвідношенням

Практичне порівняння видів ДС довго і короткофокусних антен показує, що в короткофокусних системах трохи нижче рівень бічних пелюстків і ними зайнятий менший кутовий сектор простору. З цих міркувань можна рекомендувати значення кутової апаратури основного дзеркала = 150...170.

Огляд існуючих практичних конструкцій показує, що в наземному радіорелейному зв'язку застосовуються антени з діаметром розкрива 0,5...5 м, на тропосферних лініях зв'язку - 5...18 м. Для космічного зв'язку звичайно будують антени великих розмірів з діаметром великого дзеркала 20...30 м і більш. Конструкції цих антен складні, особливо в сполученні із системами повороту і наведення.