Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Электротехника -> Рутледж Д. -> "Энциклопедия практической электроники" -> 141

Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.

Рутледж Д. Энциклопедия практической электроники — M.: ДМК Пресс, 2002. — 528 c.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка): enciklopediya2002.djvu
Предыдущая << 1 .. 135 136 137 138 139 140 < 141 > 142 143 144 145 146 147 .. 193 >> Следующая

Но на практике из-за потерь в ионосфере это значение будет несколько больше. На рис. 15.6 показаны типичные уровни мощности для пары приемопередающих устройств NorCal 40А, связывающихся друг с другом на таком расстоянии.
Как видно из рисунка, диапазон мощностей достаточно велик - нижняя граница отличается от верхней более чем на 12 порядков. Сначала рассмотрим передатчик, у которого мощность выходного сигнала перестраиваемого генератора равна микроватту. Сигнал последовательно проходит через четыре каскада усиления.
P1GA 4тсг2
- = 6 пВт
.2
(15.34)
Усилитель мощности Антенно
(D
ю о о. >
Рис. 15.6. Уровни мощности на различных стадиях передачи сигнала для радиостанций NorCal 40А, которые расположены на расстоянии 2000 км друг от друга___ ______________
15.6. ФОРМУЛА ФРИИСА f35T
Далее сигнал мощностью 2 Вт передается через антенну. На расстоянии 2000 км ожидаемая мощность принятого сигнала должна составить несколько пВт, что чуть выше шумов антенны в ночное время. В приемнике фильтры, в которых возникают потери, чередуются с преобразователями частоты, усиливающими сигнал. Уровень сигнала остается низким, пока не достигнет усилителя звуковой частоты, где мощность сигнала ниже 1 нВт. Благодаря работе УЗЧ мощность сигнала становится выше 1 мВт, что вполне достаточно для работы громкоговорителя.
Сигналы диапазона УКВ частотой свыше 30 МГц обычно не отражаются ионосферой. В этом случае фактическое расстояние часто ограничено не формулой Фрииса, а кривизной Земли. Для приема и передачи в таком диапазоне нужна очень высокая антенна. На рис. 15.7а показана геометрическая интерпретация расчета этого ограничения в пределах прямой видимости. Чтобы вычислить отношение между высотой антенны h и расстоянием (наклонной дальностью) г до другой антенны, можно воспользоваться формулами для прямоугольного треугольника.
Запишем
(a + h)2 = а2 + г2 (15.35)
где а - радиус Земли (6370 км). Приближенное значение расстояния можно записать в следующем виде:
r = V2ah (15.36)
Эта формула легка в применении, но с ее помощью можно рассчитывать только очень небольшие расстояния. Причина в том, что скорость распространения радиоволн в атмосфере изменяется, из-за чего траектория волны искривлена (рис. 15.76). Волна изгибается к более плотным слоям атмосферы, где скорость ниже, и за счет этого расстояние, на которое может распространиться волна, оказывается больше ожидаемого. Данный эффект проявляется по-разному в зависимости от времени и места, но в качестве приемлемой аппроксимации можно пользоваться эффективным радиусом Земли ае, который составляет 4/3 действительного радиуса (8500 км).
352] 15. АНТЕННЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
Если приемная антенна также приподнята, расстояние увеличивается. Запишем формулу для расстояния в виде:
где hj и h2 - высота антенн.
(15.37)
15.7. Теорема антенны
Как было показано, в антеннах без потерь интеграл коэффициента направленного действия по всем телесным углам равен 4.71. Эта формула вытекает непосредственно из определения КНД. Эффективная площадь антенны без потерь отвечает простому соотношению, записываемому в виде:
(15.38)
Эта формула называется теоремой антенны. Можно предположить, что чем выше антенна, чем больше значение интеграла, однако это не так, потому что получаемая энергия должна поступать в линию передачи. Бернард Оливер (Bernard
Oliver) из компании Hewlett Packard Laboratories доказал теорему антенны с помощью формулы Най-квиста для шума и формулы излучения черного тела. Рассмотрим антенну без потерь в излучающем резонаторе при температуре T (рис. 15.8).
Антенна соединена с согласованной нагрузкой, температура которой также равна Т. Рассмотрим поток мощности между антенной и резонатором. Когда нагрузка и резонатор работают при одной температуре, они находятся в состоянии теплового равновесия, то есть их температура не изменяется. Это значит, что мощность шума от нагрузки, излучаемая антенной, должна быть такой же, как мощность, получаемая антенной от резонатора, иначе температуры изменятся. Мощность, излучаемая антенной, - это шум Джонсона, а удельная мощность определяется по формуле Найквиста как kT. Она должна быть такой же, как и мощность, полученная антенной, а чтобы рассчитать последнюю, нужно знать мощность, излучаемую резонатором. Удельная мощность выводится из формулы излучения черного тела и может быть вычислена аналогично тому, как была получена формула Найквиста (см. главу 14). Чтобы установить соотношение между энергией kT и каждым из режимов резонатора, воспользуемся теоремой равномерного распределения. Ее квантово-механическая интерпретация называется формулой Планка и применяется в случае, когда энергия фотона сравнима с тепловой энергией. Воспользуемся формулой излучения черного тела из классической термодинамики (формула Релея-Джинса (Rayleigh-Jeans)), с помощью которой ведутся расчеты в тех случаях, если энергия фотона гораздо меньше тепловой
Рис. 15.8. Антенна в излучающем резонаторе. Согласованная нагрузка и резонатор имеют одинаковую температуру Т, значит, система находится в состоянии теплового равновесия
Предыдущая << 1 .. 135 136 137 138 139 140 < 141 > 142 143 144 145 146 147 .. 193 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed