Режим приема.

/1/ с. 20-28

/3/ с.28-35

Чувствительность и характеристики направленности в режиме приема.

В режиме приема А преобразует энергию акустического поля в электрическую энергию. Под чувствительностью антенн в режиме приема понимают модуль отношения напряжения на выходных клеммах антенн к давлению в плоской падающей волне, фронт которой перпендикулярен направлению главного максимума характеристики направленности антенн.

(5.1)

При отсутствии шумов (собственных и усилителей) сигнал требуемой величины можно было бы получить при любом . Однако при наличие шумов нужно иметь такую , чтобы на вход усилителя последующий сигнал был больше приведенного уровня шумов.

Чувствительность антенны является мерой помехоустойчивости ее по отношению к собственным шумам преобразователя и входным шумам электрических трактов. Очень часто для мозаичных антенн вводят понятие чувствительности группы преобразователей, когда сигналы от них поступают на один усилитель. Если их преобразователи нагружены каждый на свой усилитель, то бессмысленно определять чувствительность антенн по напряжению на выходных клеммах, так как оно может сколь угодно большим и оно (!!!) свидетельствует о превышении сигнала над уровнем собственных шумов.

В практике определения чувствительности приемной антенны существует два понятия чувствительности: по полю и по давлению. Первое указывает, что характеризует звуковое давление в поле, действующем на антенну. Второе говорит о том, что величина определяет распределение давления на поверхности антенны, равное разности давлений в падающей и отраженной волнах. Обычно чувствительность антенн определяют в исправлении главного максимума. В отдельных случаях чувствительность антенны в режиме приема определяют не только по оси главного максимума, но и в некотором выбранном направлении.

Пусть на сфере большого радиуса, в центре которой помещена приемная антенна, помещается ненаправленный излучатель, тогда под характеристикой направленности приемной антенны понимают отношение напряжений на выходных клеммах при приходе сигнала с оси главного максимума и в некотором выбранном направлении:

(5.2)

Рассматривая методику определения ХН в режиме приема, предположим, что все преобразователи заторможены. Тогда сил, действующую на преобразователь с номером !, можно записать соотношением

(5.3)

Однако реальные преобразователи не являются заторможенными м в результате колебания поверхности образуется вторичное акустическое поле, которое воздействует и ослабляет падающее поле.

ХН антенны в режиме приема и в режиме излучения совпадают при отсутствии взаимодействия элементов в антенне и при равенстве коэффициентов передачи каналов. Существует доказательство, что эти характеристики совпадают и при учете взаимодействия.

Как и ранее силу, вызванную вторичным акустическим полем можно записать в виде суммы

(5.4)

Общая сила, действующая на преобразователь,

тогда для колебательной скорости преобразователя с номером q

(5.5)

Интеграл в числителе этого выражения может быть вычислен с помощью теоремы взаимности. Применительно к антеннам теорема взаимности читается: при излучении и приеме совмещенные антенны обладают одинаковыми характеристиками направленности, если пространственное распределение амплитуд остается одним и тем же. Записывается:

(5.6)

S и V – поверхность и колебательная скорость удаленного ненаправленного источника плоской волны падающей на антенну,

– давление развиваемое преобразователем на поверхности ненаправленного источника, который можно считать малым по сравнению с длиной волны.

Известно, что – производительность источника Q. Учитывая, что излучатель является точечным и ненаправленным, а величина акустического давления является малой величиной и ее можно вынести из-под знака интеграла, получим

(5.7)

Окончательно, колебательную скорость на поверхности q-го элемента в некотором выбранном направлении можно записать,

Записывая это выражение для каждого преобразователя антенны, получают систему алгебраических выражений с неизвестным V, при этом необходимо учесть, что значение V зависит от направления прихода сигнала, падающего на антенну, поэтому систему алгебраических уравнений для анализа антенны в режиме приема необходимо решать для каждого выбранного направления.

Рассмотрим случай, когда элементы антенны можно считать независимыми по полю, т.е.

При этом условии колебательная скорость для q-го источника запишется

Напряжение на выходе преобразователя пропорционально колебательной скорости на его поверхности:

(5.8)

где - некоторый постоянный коэффициент.

Исходя из типовой структуры приемной антенны, введем понятие коэффициента передачи. Для первого канала коэффициента передачи принято считать равным 1, и напряжение на выходе сумматора определится соотношением

,

а характеристика направленности будет равна,

(5.9)

Как видно из этого выражения, ХН антенны в режиме приема и излучения при отсутствии взаимодействия элементов антенны и при равенстве коэффициента передачи каждого канала совпадают между собой. Существует строгое доказательство, что эти характеристики совпадают и при учете взаимодействия между элементами антенны.

В практике расчета характеристик антенн, учитывая сложность процедуры расчета, колебательную скорость для приемной антенны обычно рассчитывают как для излучающей, так как в этом случае достаточно решить только одну систему алгебраических уравнений относительно и определить все параметры антенны. Расчеты с учетом взаимовлияния элементов антенны, как правило, очень сложные и не все поддаются расчету на современных ЭВМ, отсюда в практических расчетах почти всегда считают элементы антенны независимыми.

Найдем связь между чувствительностью всей А и одного элемента g. Пусть направление главного максимума антенны и элемента g совпадает.

В соответствии с (5.8)

(5.10)

ЭДС на выходе всей А и ЭДС на выходе элемента g при падении плоской волны из точки, расположенной в направлении пропорциональны чувствительностям всей А и элемента с номером g. Из (5.9) и (5.10) получим.

(5.11)

и - чувствительность антенн и элемента в режиме приема

- коэффициент усиления антенн по давлению.

В режиме приема показывает во сколько раз чувствительность А больше чувствительности элемента. В режиме излучение показывает во сколько раз давление в направлении всей антенны больше давления одного элемента (при отсутствии взаимодействия преобразователей.)

Вопросы:

1. Что из ХН приемной антенны

2. Что такое чувствительность приемной антенны

3. Связь между ХН в режиме излучения и приема.