Можно принять комбинированное решение: одна антенна с круговой поляризацией, а другая с линейной. Эта комбинация позволяет устранить вредное влияние эффекта Фарадея, однако прн этом, естественно, уровень принимаемого сигнала уменьшается на 3 дБ.

4.4. Энергетический баланс линий радиосвязи

Конечной целью построения линии радиосвязи является установление устойчивой связи (односторонней или двусторонней), которая определяется следующими факторами: параметрами передатчика и передающей антенны, свойствами пространства, в котором распространяется радиоволна, параметрами приемной антенны (включая линию питания) и приемного устройства.

Передающее устройство характеризуется мощностью передатчика Рпер, которая лимитируется правилами радиолюбительской связи. Приемное устройство обычно имеет ограниченную полосу пропускания, определенный уровень мощности собственных шумов. Кроме того, сигнал на входе нриемпика имеет определенный уровень внешних шумов. Антенное устройство характеризуется коэффициентом усиления, зависящим от используемой антенны. С увеличением коэффициента усиления антенны, как правило, снижается уровень внешних шумов.

Достаточно очевиден тот факт, что при лимитированном уровне мощности передатчика успех в установлении устойчивой радиосвязи во многом связан с оптимальным выбором конструкции антенны, которая должна обеспечить необходимые характеристики: усиление, уровень бокового излучения, согласование с линией питания.

Рассмотрим энергетический баланс на примере линии радиосвязи с помощью отражения от поверхности Луны. Эту линию радиосвязи выбираем по двум причинам. Во-первых, энергетический баланс на этой линии весьма напряжен , во-вторых, в рассматриваемом случае при расчете энергетического баланса учитываются почти все факторы, которые в той или иной мере фигурируют в расчете других линий радиосвязи.

На основании информации, приведенной в предыдущих параграфах, расчет энергетического баланса выбранной нами линии радиосвязи будет проводиться по следующей схеме:

1) расчет затухания на трассе Земля-Луна-Земля и расчет шумов космического пространства;

2) расчет шумов на входе приемника и выбор чувствительности приемника;

3) составление энергетического баланса мощности и выбор параметров используемых антенн.

Затухание и шумы космической трассы. При расчетах затухания на рассматриваемой трассе можно воспользоваться графиками, приведенными на рис. 4.32, предполагая, что от поверхности Луны отражается 7... 10% падающего на нее излучения. Например, из графиков рис. 4.32 следует, что прн мощности передатчика 500 В г для частоты f=432 МГц уровень отраженного от поверхности Луны сигнала на входе приемника составляет -235 дБ (относительно 1 Вт), если используются изотропные антенны. Для меньших частот затухание на трассе несколько уменьшается. Так, например,

10000 6000

чооо

2000 1000

для частоты /=144 МГц при той же мощности передатчика уровень сигнала на входе приемника составит -225 дБВт.

Кроме полезного сигнала, т. е. сигнала, отраженного от поверхности Лупы , антенна принимает тепловые шумы космического пространства, а также шумы атмосферы и поверхности Земли.

Шумы космического пространства при использовании изотропных антенн можно определить через мощность Рш.к, приходящуюся на 1 Гц полосы пропускания приемника, либо с помощью эквивалентной щумовой температуры Та, которую создает эквивалентное сопротивление Ra, подключенное на вход приемника. Введение понятия шумовой температуры, как показал опыт, в значительной мере упрощает проведение подобных расчетов.

Уровень мощности космических шумов определяется как направлением, по которому ориентирован максимум диаграммы иаправлеи-иости антенны, так и частотой, на которой происходит измерение шумов. Известно несколько мест в Галактике, которые имеют повышенную шумовую температуру: Солнце, Млечный путь (особенно созвездие Кассиопея), планеты, и Луна. Остальная область небесной сферы имеет малое значение шумовой температуры. На рис. 4.33 приведены значения шумовой температуры космического пространства. Шумовая температура космического пространства ограничена двумя линиями: верхняя линия соответствует шумовой температуре горячих точек небесной сферы при использовании антенн с усилением G = 30 дБ, нижняя линия определяет шумовую температуру холодных областей небесной сферы.

Антенны с малым усилением видят горячие объекты иа холодном фоне и поэтому регистрируют среднюю температуру. При использовании антенны с большим усилением влияние холодного фона пространства резко уменьшается, и поэтому шумовая температура антенны определяется шумовой температурой того участка небесной сферы, на который ориентирован максимум диаграммы направленности антенны.

Пример. Шумовая температура Луны при использовании антенн с усилением G=40 дБ (а=1,5°) составляет Гш=30К, а при использовании антеин с усилением G = 50 дБ (а=0,5°) - 7ш=250 К. 7 Зак. 351 193

-200 -220 -2W -260 -280 -ЗОВ Уровень возвращенного сигналаP,gSВТ

Рис. 4.32. Номограммы для расчета уровня сигнала, отраженного от Луны и принятого иа Земле (построены в предположеинн, что от поверхности Луны отражается 7% падающей на нее мощности)

Из приведенных графиков видно, что температура космических шумов на частоте 144 МГц составляет примерно 170 К, а в диапазоне 432 МГц - примерно 10 К. При работе в диапазоне 1296 МГц влиянием космических шумов можно пренебречь, однако для данного частотного диапазона необходимо учитывать шумы атмосферы.

200 дОО 500 700 1000 2000

5000

Рис 4 33 Зависимость шумовой температуры космического пространства от частоты (вторая координатная ось служит для перевода коэффициента шумов, заданных в относительных единицах, в децибелы)

Шумы атмосферы зависят от частоты и длины пути, который проходит радиоволна в атмосфере. В эти же шумы обычно включают и шумовую температуру Земли (Г=290К). Расчет влияния последнего фактора надо проводить с учетом того, каким образом антенна освещает поверхность Земли. Например, при излучении антенны в зенит поверхность Земли освещается только задними лепестками диаграммы и поэтому шумовая температура антенны весьма мала. В противоположной ситуации, т. е. тогда, когда диаграмма направленности ориентирована вдоль поверхности Земли, шумовая температура антенны резко возрастает.

Отметим, что различная шумовая окраска небесной сферы может быть использована (и с успехом используется) для настройки радиостанции и определения ее параметров. Например, даже при использовании приемника со средней чувствительностью можно зарегистрировать изменение уровня шума иа выходе приемника прн прохождении максимума диаграммы направленности приемной антенны через Солнце.