Коэффициент поляризационной эффективности

Для решения задач современной радиолокации и радиоразведки часто требуется использовать поляризационную информацию, со­держащуюся в принимаемом сигнале, которая позволяет опреде­лять индивидуальные характеристики целей и тем самым давать их классификацию и опознавание. Кроме того, поляризационная се­лекция используется в радиолокации для ослабления противодей­ствия активных и пассивных помех, обеспечения электромагнит­ной совместимости и скрытности радиоэлектронных средств. Поляризационный анализ отраженного сигнала используется для исключения мешающего действия отражений от дождя и гидро­метеоритов.

Зависимость согласования поляризационных параметров ис­точника излучения электромагнитных волн и приемной антенны является поляризационной эффективностью.

Коэффициент поляризационной эффективности К_ПЭ равен отно­шению мощности, выделяемой в нагрузке приемной антенны, к мощности, которая выделялась бы в нагрузке при условии пол­ного поляризационного согласования поляризационных парамет­ров источника излучения и приемной антенны:

. (6.18)

Согласованию поляризационных параметров соответствует К_ПЭ = 1, а при полной развязке передающей и приемной антенн — К_ПЭ= 0. Коэффициент поляризационной эффективности может быть рассчитан по формуле

, (6.19)

где К_Э1, К_Э2 — соответственно коэффициенты эллиптичности приемной антенны и источника излучения; Δγ — разность углов наклона больших осей поляризаци­онных эллипсов источника излучения и приемной антен­ны.

Из выражения (6.19) следует, что при эллиптической поляри­зации полная поляризационная согласованность (К_ПЭ= 1) обес­печивается при одинаковых коэффициентах эллиптичности антенн,согласовании направлений вращения векторов Е₁ и Е₂ и равенстве углов наклона больших осей поляризационных эллипсов (Δγ = 0). При линейной поляризации достаточно выполнения последнего условия, так как К_Э1 = 0 и К_Э2 = 0. При круговой поляризации достаточно, чтобы направления вращения были одинаковыми.

При этих условиях в нагрузке приемной антенны выделяется максимальная мощность.

Из выражения (6.19)также следует, что при эллиптической поляризации полная поляризационная развязка обеспе­чивается при одинаковых коэффициентах эллиптичности, но с про­тивоположными направлениями вращения и вза­имно перпендикулярными большими полуосями. Такие поляризации называются взаимно ортогональными и делятся на основные (для данной антенны) и кроссполяризационные.При ли­нейных поляризациях для создания основной и кроссполяризационнойсоставляющих достаточно выполнения условия Δγ = π/2, при круговой—достаточно, чтобы направления вращения были разными.

Если поляризация одной антенны круговая, адругой — линей­ная, то .

Шумовая температура

Одним изважнейших параметров, определяющих качество при­ема, является отношение сигнал/шум (P_c/P_ш),где Р_с— мощность принимаемого сигнала на входе приемника, Р_ш— мощность шумов на входе приемника.

В общем случае Р_шсостоит из многих компонент, определяе­мых собственными шумами приемника, излучениями других ме­шающих передатчиков, индустриальными источниками помех, гро­зовыми разрядами и др. Перечисленные составляющие являются определяющими на длинных, средних и коротких волнах. На мет­ровых, и в особенности на сантиметровых волнах Р_ш во многих случаях определяется в значительной степени шумами, обусловлен­ными излучением Галактики, атмосферы Земли и земного покрова.

Остановимся подробнее на физической сущности мощности шу­ма Р_ши зависимости ее от параметров антенны. Мощность шума Р_ш обычно определяется через шумовую температуру Т. В теории приемных устройств мощность тепловых шумов определяется на основании уравнения Больцмана, связывающего мощность шума Р_шс шумовой температурой источника шума Т и шириной полосы пропускания приемника 2Δf. В диапазоне УКВ это соотношение принимает вид

, (6.20)

где к — постоянная Больцмана; Т — шумовая температура антенны иСВЧ тракта по шка­ле Кельвина.

Шумовая температура Т зависит от мощности тепловых потерь в антенне и СВЧ тракте:

,

где Т_с — температура окружающей среды; η_ТР — КПД СВЧ тракта.

Мощность внешних шумов на входе приемника

,

где Р_ОВН — мощность внешних шумов, перехватываемых антен­ной.

Плотность потока мощности внешних шумов зависит от ориен­тации антенны. Так, например, в направлении Солнца, отдельных звезд, плотность потока мощности шума резко возрастает. Солнце имеет яркостную температуру 6·10³ ... 10⁶ К.Ионизированный слой Е — 360…400 К, поверхность Земли — 300 К.Поэтому шу­мовая температура антенны от внешних источников зависит от ХН:

, (6.21)

где dΩ — элемент телесного угла; Т(θ, φ) —температура про­странства в направлении θ, φ.

Интегрирование выполняется по всей сфере: для горизонталь­ной и вертикальной поляризации. Для остронаправленной антен­ны с направлением максимума приема в зенит на волнах λ < 1м, Т ≈ 10 К, а для антенн с направлением максимума вдоль земной поверхности Т повышается до 40 К за счет излучения Земли.

В диапазоне УКВ собственные шумы антенны могут заметно снизить чувствительность радиоэлектронного оборудования. Поэтому усилия конструкторов направлены на максимальное снижение шу­мовой температуры антенны, в основном за счет уменьшения уровня боковых лепестков ХН в особенности тех, которые направ­лены в сторону земли.