www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе 

Динамо-машины  Сигналы и спектры 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 [ 85 ] 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358

С = (дляА, raquo;Х\ (5.8)

Здесь X - длина волны несущей. Длина волны К и частота / связаны соотнощением X = c/f, где с - скорость света (=3 х 10 м/с). Теорема взаимности утверждает, что для данной антенны при данной длине волны КНД приема и передачи идентичны [4].

Зона обзора антенны является величиной телесного угла, в котором сконцентрирована большая часть мощности поля. Зона обзора - это мера анизотропных свойств антенны, она обратно пропорциональна усилению антенны, т.е. антеннам с большим КНД соответствует более узкая зона обзора. Часто зону обзора выражают не через телесный угол, а через плоский угол раскрыва антенны (beamwidth), измеряемый в радианах или градусах. На рис. 5.4 показана диаграмма направленности антенны и дана иллюстрация общего определения угла раскрыва антенны. Угол раскрыва - это угол, образованный точками, в которых максимальная мощность поля ослаблена на 3 дБ. Как угол раскрыва зависит от частоты сигнала и размера антенны? Из уравнения (5.8) можно видеть, что КНД увеличивается с уменьшением длины волны (увеличением частоты); также КНД антенны увеличивается с увеличением эффективной площади. Увеличение КНД антенны равносильно фокусировке плотности потока энергии в меньшем угле раскрыва; следовательно, увеличение частоты сигнала или размера антенны приводит к сужению угла раскрыва.

Эффективную площадь изотропной антенны можно вычислить, положив в уравнении (5.8) С= 1, что позволяет получить следующее выражение для А,\

Л. 4. (5.9)

Затем для нахождения принятой мощности Р при изотропной принимающей антенне, подставляем уравнение (5.9) в уравнение (5.7), что дает следующее:

EIRP (5.10)

Здесь совокупность коэффициентов (Andlkf называется потерями в тракте (path loss) или потерями в свободном пространстве (free-space loss) и обозначается через Ц. Формула (5.10) показывает, что мощность, принятая изотропной антенной, равна эффективной переданной мощности, сниженной только за счет потерь в тракте связи. Если принимающая антенна не является изотропной, то после замены в уравнении (5.7) А выражением GIAn из уравнения (5.8) получаем более общую формулу:

mPCElRPC,

Здесь Gr- КНД принимающей антенны. Полученное уравнение (5.11) называется дистанционным.

5.3.2. Мощность принятого сигнала как функция частоты

Поскольку и передающую, и принимающую антенны можно определить через КНД или площадь, Р, можно выразить четырьмя различными способами:



n=. (5.15,

В этих выражениях Л и A - эффективные площади принимающей и передающей антенн.

В уравнениях (5.12)-(5.15) зависимая переменная - это мощность принятого сигнала Рг, а независимые переменные - это такие параметры, как переданная мощность, КНД антенны, площадь антенны, длина юлны и расстояние между антеннами. Допустим, юз-ник вопрос: как меняется принятая мощность при увеличении длины волны (или умень-щении частоты), при фиксированных остальных параметрах? Если рассматривать уравнения (5.12) и (5.14), то кажется, что Р и длина волны вообще не связаны. Из уравнения (5.13) величина Рг вроде бы обратно пропорциональна квадрату длины волны, а из уравнения (5.15) она прямо пропорциональна квадрату длины волны. Нет ли здесь противоречия? Разумеется, нет; кажущаяся противоречивость уравнений (5.12)-(5.15) исчезает, если вернуться к формуле (5.8) и вспомнить, что КНД антенны и ее площадь связаны через длину юлны. Когда следует употреблять каждое-из уравнений (5.12)-(5.15) для определения зависимости Р от длины волны? Представим уже сконструированную систему, т.е. антенны уже построены (зафиксированы и А!). В этом случае подходящим выбором для вьиисления Рг является уравнение (5.13), сформулированное для антенн фиксированного размера. Из этого уравнения видим, что принятая мощность увеличивается при уменьще-нии длины юлны.

Рассмотрим уравнение (5.12), где независимыми переменными являются С, и А . Итак, желательно, чтобы G, и А бьши фиксированными при вычислении зависимости Р, от длины волны. Как изменится усиление при передаче на фиксированное расстояние, если уменьшить независимую переменную Х? G, увеличится (см. уравнение (5.8)). Но мы не хотим увеличения G, - оно нужно нам фиксированным. Другими словами, чтобы обеспечить неизменность G нам необходимо уменьшать размер передающей антенны при уменьшении длины волны. Рассуждая подобным образом, приходим к выводу, что уравнение (5.12) удобно использовать при фиксированном КНД передающей антенны (или раскрыве антенны) и при переменном параметре А,. Подобным образом уравнение (5.14) используется при фиксированных A laquo; и С, а уравнение (5.15) - при фиксированных КНД передающей и принимающей антенн (или раскрывах антенн).

На рис. 5,6 показано спутниковое приложение, где для обзора земной поверхности требуется луч со спутниковой антенны (раскрыв антенны равен порядка 17 deg;). Поскольку КНД спутниковой антенны G, должен быть фиксированным, результирующая мощность Рг (см. уравнение (5.12)) не зависит от длины волны. Если передача ведется на определенной частоте f (= с/Х,), то изменение ее на /2, где /2 gt;/ь приведет к



уменьшению обзора (поскольку при данной антенне увеличится С,); таким образом, для поддержания требуемого обзора или раскрыве антенны размер этой антенны должен быть уменьшен. Итак, при увеличении несущей частоты антенны обзор земной поверхности уменьшается.


Рис. 5.6. Принятая мощность как функция частоты

5.3.3. Потери в тракте зависят от частоты

Из уравнения (5.10) можно видеть, что потери в тракте L, зависят от длины юлны (частоты). Довольно часто возникает вопрос: почему потери в тракте, подчиняющиеся простому геометрическому закону ослабления (ослабление обратно пропорционально квадрату расстояния), зависят от частоты? Ответ заюючается в том, что потери в тракте, выраженные в уравнении (5.10), определены дпя изотропной принимающей антенны (Сг= 1). Вообще, потери в тракте - это весьма удобный параметр; он представляет гипотетическую потерю мощности, которая произойдет, если принимающая антенна будет изотропной. Из рис. 5.3 и уравнения (5.1) видно lt;из чисто геометрических соображений), что плотность мощности p(ft) - это функция расстояния, p(ct) не является функцией частоты. В то же время, поскольку потери в тракте заданы для Gr= 1, когда мы находим некоторую мощность Рг с помощью изотропной антенны, результат описьшается выражением (5.10). Снова акцентируем внимание на том, что L, можно рассматривать как союкупностъ параметров, которой было присвоено неудачное имя потери в тракте. Название представляет чисто геометрический эффект и не акцентирует внимания на том, что Gr= 1. Пожалуй, лучшим названием было бы потери распространения при единичном КНД. В системах радиосвязи потери в тракте - это наибольший одиночный источник ослабления мощности сигнала. В спутниковых системах потери в тракте канала связи со спутником в полосе С (6 ГГц) обычно составляют порядка 200 дБ.

Пример 5.2. Проект антенны для измерения потерь в тракте

Предложите эксперимент для измерения потерь в тракте Lj при частотах j\ = 30 МГц и = 60 МГц, если расстояние между передатчиком и приемником равно 100 км. В обоих случаях найдите эффективную площадь принимающей антенны и вычислите потери в тракте в децибелах.

Решение

Два канала измерения Lj для частот f\ vi fi показаны на рис. 5.7. Для обоих приемников удельная мощность p(d) одинакова и равна следующему:



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 [ 85 ] 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358