Т.5. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИЕМНОЙ СИСТЕМЫ С АКТИВНОЙ ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЙ АНТЕННОЙ. ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИЕМНОГО КАНАЛА

Для улучшения электрических параметров АППА, как интег-,рального устройства, особая роль отводится вопросам оптимального согласования АП с собственно антенной для передающего канала по мощности излучения и уровню излучения на частотах гармоник, для приемного канала по чувствительности и уровню нелинейных искажений. В общем случае возможны различные подходы к проектированию каналов АППА. Вопросы проектиро-.вания передающего канала достаточно подробно рассмотрены в предыдущих главах. При проектировании приемного канала один нз подходов заключается в использовании области допустимых проводимостей (ОДП) источника сигнала (ИС) по коэффициенту эффективности. Область допустимых проводимостей источника сигнала представляет собой область на комплексной плоскости, определяющую допустимые значения полных проводимостей ИС, при которых приемная система с АППА имеет заданное превышение в соотношениях сигнал-шум по сравнению с эталонной пассивной системой.

Предпосылкой для использования ОДП при проектировании приемного канала АППА может служить аналитическая зависи-:мость коэффициента эффективности от полных сопротивлений источника сигнала.

Энергетический выигрыш при использовании в приемном устройстве АППА оценивается коэффициентом эффективности, который показывает, во сколько раз изменяется отношение сигнал-шум в радиоприемной системе при включении приемного активного канала АППА вместо пассивной (эталонной) антенны:

/эФФ = (/с ш)ас/(/с ш)пс. (7.6)

где (Рс/Рш)ас, (Рс/Рш)пс -отношения мощностей сигнала и шума активной и пассивной систем, приведенных на вход приемника.

Повышение /Сэфф является одной из основных задач при проектировании приемного канала АППА; от ее решения зависит реализация преимуществ, заложенных в технике активных антенн. Инженерный расчет Кэфф важно провести еще на начальном этапе проектирования, когда решается вопрос функционального построения приемного канала и проводится выбор элемента АППА. В этих условиях целесообразно последовательность расчета основных электрических характеристик приемного канала довести до конкретного алгоритма, используемого как при составлении программ на ЭВМ, так и при ручном счете.

Предварительно проведем вывод основных аналитических зависимостей, определяющих характеристики приемной системы с АППА. С точки зрения функционального действия, приемный канал АППА можно рассматривать состоящим из собственно антен-

ны и схемы активного прибора. Для повышения помехоустойчивости и улучшения условий согласования между собственно антенной и АП может быть включена согласующе-фильтрующая цепь (СФЦ). Выход приемного канала АППА с помощью отрезка длинной линии соединен с приемником (см. рис. 7.7).

Приемная система с пассивной антенной состоит из излучателя, приемника и линии передачи, включенной между излучателем и приемником. Полная мощность шумов активной или пассивной приемной системы, приведенной на вход приемника,

Рш.с ~ ш.к ~1 ш.пр (7-7)

где Рш.к - полная мощность шумов канала (части системы да входа приемника) на его выходе; Рш.пр - мощность собственных шумов приемника, пересчитанная к его входу.

Полная мощность шумов на выходе любого четырехполюсника

= РШ.вх Ктр + Рш.соб> (7-8)

где Рш.вх - мощность шумов на входе четырехполюсника; Кр - коэффициент передачи; Рш.соб - мощность собственных шумов четырехполюсника, которая определяется через физическудо температуру и коэффициент передачи Дпас<1 [99]:

/ш.соб = 7оЛ/(1-/С ас)- (7.9)

Коэффициент полезного действия отрезка длинной линии-равен

!1л = ехр(-2a g, (7.10)

где /л - длина линии; Сл - погонное затухание линии; /л=Л,. ал=а1 - для пассивной приемной системы; ln=h, L=a2 - для* активной системы.

Мощность шумов, принимаемых излучателем (собственно антенной) ,

Pm. = kAf[Tna + TAi-r\.)l (7.11)

где Гвн - температура внешних шумов; т]а - КПД излучателя.

Мощность собственных шумов на выходе схемы АП, имеющей коэффициент усиления Кап, выражается через эффективную шумовую температуру Тп-

/шап = 7апА Сап- (7.12)

Мощность сигнала на входе приемника

где Е - напряженность электромагнитного поля в месте приема; % - длина волны; D, г\ - КНД и КПД излучателя; D=Dn, г\ = =т1п - ДЛЯ излучателя пассивной системы и Z)=Da, r\=r\a - для собственно антенны приемного канала АППА; Kpi - коэффициент передачи i-ro, входящего в состав приемной системы четы-

рехполюсника, включенного между излучателем и приемником (СФЦ, АП, линия передачи).

Используя приведенные соотношения, получим

КфКгТ,о/[ТАФ + Т,(РАг:-IV + TJKauI (7.14)

Здесь Тпс - шумовая температура пассивной системы:

П.с = Тви г] + То (1 - г] ) + То [ехр (2 14) -1 ] + Т р ехр (2 а, I,);

(7.15)

Тдф - шумовая температура собственно антенны с СФЦ;

Таф = Тп г]а + То (1-TiJ + Го (1 -т]ф)/т]ф; (7.16)

Тпр.э - эквивалентная шумовая температура приемника с подключенной на его входе линией передачи:

у, 7 exp(2a2/g)-1 у, ехр (2 щ 1) (7 17)

ч]ф - КПД согласующе-фильтрующей цепи.

В выражении (7.14) значения коэффициента шума и усиления зависят от полного входного соцротивления источника сигнала е= llyg= 1/{gg+ibg), причем

FAM = Fo+refligg-gofr + ib,-bofm,; (7.18)

1/АП (Уе) = + [{gg-gogr + {b,-b,gY]/g,. (7.19)

Здесь Fo - минимальный коэффициент шума активного прибора; Ом - его максимальный коэффициент усиления; bog. о/. gog, go/, Jef, reg - инвариантные параметры АП [100].

С учетом (7.18), (7.19)

Кф Wg) = -1 Тпс/ АФ -г - О -Г / (yg)

Для упрощения дальнейших выкладок введем коэффициент ухудшения чувствительмости у(уд) активной приемной системы, обратный Кэфф{Ув):

liУ,)=i/Kф{Уg) (7-21)

Для определения оптимальной по эффективности полной проводимости источника сигнала на входе активного элемента yos=gos+jbos необходимо решить следующие уравнения:

T(/g№ = 0; T( /g)/agg-0. (7.22); (7.23)

Решая (7.22) с учетом (7.18) и (7.19), получаем

г eg bog Т щ + rf btfTt

Т.ф Го . (7.20)