Л . Т. ТУЧКОВ
ЕСТЕСТВЕННЫЕ ШУМОВЫЕ
ИЗЛУЧЕНИЯ В РАДИОКАНАЛАХ
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«СОВЕТСКОЕ РАДИО»
MOCl(BA - l968J :;с:.·•~/'-::;::; •:;~ ~
:'.•~
~.
_('t.:
~
-~-':С.,":... ,: .i .• ::: __' · __
. -:--
.:i
•
-·-
_ .: .;:!(.

VДК 621.391 .822 .2
3-4-1
65-68
Л. Г Туч к о в . Естественные шумовые излуче­
ния в радиоканалах. М., Изд-во « Советское ра­
дио» , 1968, стр. 152.
В кшн'е рассматриваются закономср 1-1 осп1 теплового
СВЧ излу 1 1ения антенно-фидерного тракта, атмосферы
ЗемJ1и и земного покрова . АнаJ1изируется влия~-ше шу­
мового радиоизлучения среды, окружающей антенну,
собственного излучения антенно-фидерного тракта и об~
тскателя антенны на температуру шума на входе при­
емного устройства .
Книга предназн ачена для специалистов в области
а н тенной тех11ики 1 ра з работ чи ков ра д иотехнических си­
стем ·· связи ·· с малоlli'умя.щими С'В Ч усилителями. Она бу­
дет полезной аспирантам и студентам старших курсов
высших и специальных уtrебных заведений .
21 табл., 66 рис., 49 библ. назв.
.Л.
Т. ТУЧКОВ
ЕСТЕСТВЕННЫЕ ШУМОВЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ В РАДИОКАНАЛАХ
Редактор И. И. Гинзбург
Художественный редактор В. Т. Сидо р енко
Технический редактор 3. И. 5l1(0влева
Корректоры Л. И. Кирильчеико, Н. Н. Поспелова
Сда но в набор 1/IV 1968 г.
Т-03248 Формат 84Х 108/з,
Объем 7,98 усл. п. л.
Подписано к печати 16/VII 1968 г.
Бумага типографская No 2 маш. мелованная
Уч.:изд. 7,073
Тираж 9.800 экз.
Издате.пьство пСоветское радио 11 , Мосr<ва, Г лав по L1там:т, п/я 693
З~к 1190
Цена 45 коп .
Мос1<0nскал тнпогряфня No 10 Главполиграфпрома
Комитет а по печатн n рн Сов ете .N\ш-111 ст 1)ов СССР .
Шлю зовая наб., 10 .

ПРЕДИСЛОВИЕ
Е стественными источниками помех для приемных
устройств СВЧ д иапа з она я вля ю тся: 1,о с ми ческое
радиоизлучение, радиои з лучение ат м осф е ры , з емног о
покрова и объектов на земной поверхности, а также соб­
ственное тепловое радиоизлучение а нтенны и линии
передачи, связывающей антенну с приемником. Излуче­
ния подобных источников имеют характер «белого»
шума и по статисти че ским и ины м х ар актери ст икам
практически не отличаются от соответствующих п ара­
метров собственны х шумов при е много устройст ва . Эт о
исключает возможность отделения шумов п р иемника от
шумов, ВЬ) З Ванных приемом шумовы х и з луч е ний
внешних источников, и шумов теплового радиоизлучения
антенно-ф иде рного устро йства. В резул ьтате сложе н ия
собственных шумов приемного устройства с шумами
излучения вн е шни х е стестве н ных источников увеличи ­
вается сумм а рная мощно сть шума, что пр иводит к по ­
вышению у ровня н а и ме н ь ш его сигнала, обнаружение
которого на выходе приемника еще оказывается воз­
можным.
До н едав н е го време н и чувствительность прием н ых
у строй ств в СВЧ диапазо н е п олностью зависела от соб ­
ственны х . ш умов при емника . Чувствительность совре ­
м е нны х н азем ны х р адиотехнич е ски х к омплексов, исполь­
зую щих мало ш умящие СВЧ - усилители, определяется
и лим итируется в основном не собственными шумами
приемника, а шумами на входе приемного устройства,
обусловленными тепловым ра диои з лучени е м э лементов
антенно - фидерного тракта и и з лучением среды, окру­
жающей приемную антенн у. Подобное с оотношени е
3

между уровнями шумовых пuмех внутреннего и внеш­
него происхождения требуе'1 ' внимательного изучения и
учета последних и вызывает, в частности, необходимость
выработки новых критериев качества прием}!оЙ антенны .
В данной работе рассматрпвается природа собствен­
ного радиоизлучения естественных источников помех,
зависимость мощности этого излучения от направления
в телесном угле, окружающем приемную антенну, а так­
же меры, обеспечивающие снижение уровня шумов на
входе приемного устройства, вызванных приемом излу­
чения естественных источников. Большое место в рабо­
те уделяется анализу зависимости уровня шумов на
входе приемного устройства, обусловленных приемом
радиоизлучения среды, окружающей антенну, от элек­
трических параметров последней и характеристик фи­
дерного тракта.
Автор выражает глубокую признательность д-ру
техн. наук Ю. К. Ходареву и канд. техн. наук С. Т. Его­
рову, рецензировавшим руко п ись, а также д - ру техн.
наук В. Д. Степаненко, канд. физ.-мат. наук В. М. Вят­
киной, канд. техн. наук В. Е. Дулевичу и Е. К. Аухимо­
вичу, сделавшим ценные советы и замечания, учтенные
при окончательной до,ра·ботке рукописи.
/

j\
Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
1.1 . Характеристики шумового радиоизлучения
электромагнитное излучение нагретых тел является
-
одним из основных свойств вещества. Оно является
результатом сложных мi-rогочисленных процессов, про­
текающих в телах по случайным законам, при которы х
происходит преобразование внутренней те пловой энер­
гии вещества в · энергию электромагнитного поля , рас- ·
пространяющегося за пределы излучающего тела .
Нагретые тела излучают электромагнитные волны
в широком диапазоне, от частот, соответствующих у-и з ­
лучению, до радиочастот . Спектр теплового радиоизл у­
чения примыкает к спектру инфракрасного и з л у ч е ния .
Границей раздела спектров условно считают диа паз о н
чолн, лежащий между 0,2 и 1 мм.
Одной из основных количественных характеристи к
поля теплового радиои з лучения является поток , равны й
количеству энергии Ф, излучаемой источ ником в .еди­
ницу времени. Пот о к · излучен и я, или полная мощ­
ность и з лучения , равен ·
П=~Ф/dt '[вт].
Плотность энергии, проходящей в точке н а блюдения
че<рез . единичную площадку S в направл е нии, п е рпен ди ­
кулярн-ом к этой площадке, на з ывают п л относ тью
потока ,излучения
P=dП/dS [вт · м-2].
Поток излучения - понятие,
.с
помощью котор ого
можно охарактери з овать поле любо го исто ч ника или
любой системы источников независимо · от их размеров
5

или ориентаций. Если поле создается объектом, участки
которого И1 и И2 (рис. 1.1) излучают различные мощ­
ности, то пото1<и, проходящие через площадку ЛS
в бесконечно малых телесных углах dQ1 и dQz, ориенти ­
рованных по различным направлениям, могут суще­
ственно отличаться друг от друга. В случаях, подобных
Рис. J.l.
приведенному, кроме понятия потока, характеризующего
мощность излучения, проходящего через площадку по
всем направлениям, используется понятие интенсивно ­
сти излучения.
Интенсивностью излучен и я в данном на ­
правлении называют предел отношения бесконечно ма ­
лого потока, проходящего через площадку ЛS в данном
направлении, к величине бесконечно малого телесного
угла, в пределах которого измеряется поток, т. е.
11.
др
=--= ,mдg.
..
ля-,о
(1.1}
При излучении с поверхности тела конечных разме­
ров предел (1.1) существует и может быть записан как
!dP[•
... 2
-
1]
= dQ вт-.м -стер .
В · сущ1:r'ости, интенсивность излучения представляет
i
собой плотность потока, отнесенного к единичному те ­
лесному углу. Очевидно, что в общем случае l = l(r:p, 0),
и плотность потока излучения в телесном угле источ-
ника Qи определяется равенством
Р=~ 1(rp, О)dO,
gи
где q,,. 0 - сферические координаты .
6
(1.2)

i'
В радиотехнике лрнходится иметь дело с лJютностыо
потока и интенсивностью, приходящимися на единичную
площадку, перпендикулярную направлению на источ­
.ник. Если нормаль к площадке составляет с направле­
нием распространения угол '\j),, то следует рассматривать
проекцию этой площадки на направление распростране ­
ния.
Теплойое и космическое электро~агнитное излучения
представляют собой бесп9рядоч1-1Ые флюктуации. Спектр
этих флюктуаций является, как правило, сплошным и
зависящим от частоты. Поэтому для характеристики
поля шумового радиоизлучения вводят понятие спек ­
тр аль ной плотно ст и пот о к а, т. е. плотности
потока, отнесенной к определенной частоте. Выражение
для спектральной плотности потока записывается как
(1.3)
Аналогично спектральная интенсивность определяет­
ся равенством
I-
dP
[вт-м-2-гц-1-стер-1].
f-cos фdfdQ
(1.4)
Спектральная· интенсивность теплового
электромагнитного излучения в диапазоне радиочастот
на основании классической формулы Релея - Джинса
может быть выражена чере з яркостную температуру:
I ••• 2kTл
(l .б)
f. .~-
Здесь л _: _ длина волны теплового радиоизлучения; k =
= l,38· 1
-
0-23 вт, гц- 1 • град~1 - постоянная Больцмана .
.Яркостная температур а шумового радиоизлучения Тя
0пред·еляется как температура абсолютно черного тела
(АЧТ), спектральная интенсивность излучения которого
равна интенсивности наблюдаемого источника .
Абсолютно черное тело - гипотетический идеальный
тепловой излучатель и поглотитель. Яркостная темпера­
тура электромагнитного излучения АЧТ ра в на его т е р­
модинамической температуре.
Для характеристики источников излучения с про­
странственно неравномерным распределени ем яркостной
7

температуры используют понятие усредненной яркост­
ной температуры
Тяср=о~ sТя (ер, Ь) dO,
(1 .6)
8.
которую в литературе иногда называют эффективной
температурой радиоизлучения .
Спектральная плотность потока связана ·с яркостной
температурой источника, усредненной в телесном
угле Q·и, соотношением
(1. 7)
Температура шума, наводимого излучением окру­
жающей среды в антенне без потерь, может быть опре­
делена с помощью выражения
Тант=tJТя('Р, б)F(ср, б)dО,
(1.8)
411:
в котором
(1.9)
- -: коэффициент
направленного действия антенны
(КНД); F (<р•, 8) - нормированная диаграмма направ­
ленности антенны по мощности.
Температуру шума, определяемую выражением
(1.8), называют антенной температурой. Под
антенной температурой понимают термодинамическую
температуру согласованного с антенной· сопротивления,
при которой мощность шумов, выделяющаяся на сопро­
тивлении за счет теплового движения электронов, равна
мощности шумов, на·веденных в антенне излучением
внешних источников.
Излучение абсолютно че-рного тела, атмосферы Зем­
ли и большинства космических источников являеrся не­
поляризованным . Суммарная энергия излуче1-w,й подоб­
ных источников поровну распределена между ортого­
нальными поляризациями .
8
....
r

Излу':lение земного покрова и объектов на земной
поверхности, как и некоторых космических источников
радиоизлучения (например, С_олнца), может быть . ча­
стично поляризовано. Компоненту с большей интенсив­
ностью излучения называют преобладающей (макси­
мальной), а компоненту с меньшей интенсивностью~
минимальной.
Коэффициент поляризации шумового радиоизлуче­
ния может быть выражен через яркостные температуры
максимальной и минимальной компоненты следующим
отношением:
ТлмаRс - Тям,ш
Рп=т +т .
•
лманс
Пkйи
Антенна, обеспечивающая прием сигналов с правым
или левым направлением вращения плоскости поляри-
~
зации; как и антенна для приема горизонтально и вер­
тикально поляризованного излучения, принимает лишь
половину всей мощности неполяризованного излучения.
1.2. Коэффициент рассеивания антенны
Чтобы установить аналитическую зависимость меж­
ду антенной температурой и яркостной температурой
источников излучения, окружающих приемную антенну,
необходимо располагать диаграммой направленности,
измеренной или рассчитанной в телесном угле 4:rt стер.
Эту задачу практически решить невозможно как вслед­
ствие того, что типовые приборы и обычные методы не
обеспечивают измерения боковых лепестков, ослаблен-
1-1ых более 40-50 дб, так и вsиду сложности интегриро­
вания по д\ум переменным •q> и 0 даже при наличии
из11Iеренной пространственной диаграммы.
Телесный угол вокруг антенны можно разбить на
две области: обл_асть Qгл, включающую главный лепе­
сток диаграммы направленности, и область QбоЕ, охва­
тывающую боковые и задние лепестки; последнюю на­
зьrвают областью рассеивания. Область рассеивания ха­
рактеризуют кьэффициентом рассеивания Bs, который
может быть определен следующим образом.
Если считать, что приемная антенна находится
в :rюле изотропного и~лучения, то ~s показывает, какая
9

часть всей мощности поступает в антенну через бокоsые
лепестки диаграммы направленности.
r,пе
Таким образом, по определению
\ F(ер,9)dQ
sF(ер, 8)dO - sF(ер, 8)dO
О бон
4-п;
О~л
~ ,=- --- ---- --- --- --- --- --
i F(<p, 8)d0
_\ F(ep, 9)dQ
4~
4~
о
-1---
-
Dгл'
4rt
F(ер,9)dQ
{1.10)
-
. КНД
антенны относительно главного лепестка диа­
граммы направленности.
Так, например, однозеркальные параболические
антенны, у которых не принимаются меры к снижению
уровня боковых лепестков, характеризуются коэффи ­
циентом рассеивания 0,3-0,5. При таком значении
~s
от 30 до 50 % мощности изотропного изJJучения посту­
пает в антенну через область рассеивания. Несмотря на
весьма малый уровень боковых лепестков, столь боль ­
шая доля мощности изотропного излучения принимается
областью рассеивания вследствие того, что телесный
угол Qбок у остронаправленных антенн намного больше
телесного угла Qrл -
-
Если полагать уровень боковых лепестков в телесном
угле Qбо1, неизменным (Fбок макс = const), а их распреде ­
ление в области рассеивания - изотропным, тогда, как
показано в {23],
•
1
l-
~S = 1 +~Fбо1< мансDrл•
Из приведенного выражения следует, что при приеме
изотропного излучения мощность сигнала, поступаю ­
щего в антенну через главный лепесток диаграммЬJ на­
правленности, существенно зависит от уровня ее боко­
вых лепесТJ<ОВ. При FбOJ{ манс= 19-4 и Dгл= 10 3 ГJJаВ!-11,Щ
10

лerrect1(oм принимается 90%, а областью рассеивания-
10% мощности изотропного и з лучения.
Выражение (1.10) после несложных преобразований
можно привести к виду
(1.11)
Поскольку коэффици ент усиления антенны G свя з ан
с ее коэффициентом направленного действия равенством
G= Dт~ант , (1.11) поз·воляет найти з ависимость между
коэффициентом усиления антенны и коэффициентом
усиления антенны относительно главног о лепестка диа­
граммы направленности, т . е.
(1.12)
Уравнения (1.11), (1.12) подтверждают тот факт,
что коэффициенты уси..r1ения и направленного действия
антенны меньше соответствующих знач_ений коэффи­
циентов, рассчитанных для главного лепестка. Из ( 1.11)
и (1 .12) также следует, что с уменьшением ~s при той
же площади антенны ее коэффициенты усиления и на­
правленного действия р а стут, устремляясь в предел е
к значениям Gгл и Dг.тr-
На основании приведенного анализа выражение ДJIЯ
антенной температуры можно записать в виде суммы:
Тант = Тант гл+ Тант бон,
(1.13)
слагаемые которой выражаются следующим образом :
Та"т гл=О - ~s) D;: ~ Тя(<р, б)F(<р, б)dQ, (1.14)
2гл
Здесь Тя ер бо" - среднее • значение яркостной темпе­
ратуры среды ; окру)!<ающей антенну . в обJiасти рассеи­
вания .
Выр·ажение (1.14) . учитывает составляющую антен­
ной темnературы, обусловленную приемом излучения
11

внешних источников на главный лепесток диаграммы
направленности антенны, (1.15) -приемом излучений
окружающей среды - областью рассеивания.
Из анализа структуры диа граммы напра•вJ1енности
однозеркальных параболических антенн (см., например,
.{39]), которые находят широкое применение в радиотех­
нических устройствах, можно видеть, что начиная
с третьего, четвертого боковые лепестки имеют пример­
но одинаковую величину. Вследствие этого область рас ­
сеивания можно разбить на две подобласти. Область
рассеивания ,Qбою, охватывающую первые боковые ле­
пестки, в подобном 1случае характеризуют коэффициен­
том раосеивания 1~81 , область Qбон2, включающую даль­
ние боковые лепестки, - коэффициентом рассеивания
~ 82:
s Fбо1,, (<р, 8) dQ.
51 601<1
~1=--r - ---- -
JF('f, 8)dQ.
41t
S Fбон2 (<р, 8) dQ,
2 бон2
~F('f, 0)dQ.
41t
Из рассмотрения диаграммы направленности , рас­
считанной для осесимметричного параболического
зеркала с параметрами: диаметр ,dант= lОЛ, фокусное
расстояние ,fант = 3,1Л (рис. 1.2) {13], следует, что первые
ее три боковых лепестка могут быть описаны уравне­
нием
Fбон t (ер,) = 0,3 ехр (-О,36ср),
а последующие боковые лепестки - уравнением
Fбон2(•ср1) =con~C
( 1.16)
поскольку средний уровень, начиная с четвертого, пя­
того боковых лепестков, можно считать постоянным.
В уравнении (1.16) множитель при ер выбран чшим
образом, чтобы прямая, соответствующая показате_льной
функции , в полулогарифмическом масштабе отражала
12
1'

_
.,
характер изменения уроtшя t~ервых боковых _ ле~;rестков
диа гр а мм ы направлен ности.
'
Можно показать, что при разбиении области рассеи­
вания параболической антенны на две подобласти, из
р
Рмак~ •
ао•
-
10•μ...i,l- -+ --+ --
-+
--
+ --+
---i-------J
\
-20 f-- -jf\--+--- -+--- -t--
--t----t-----j--
----J
-
50
11
1
1
-
601
о
25
50
75
100
125
150 У, град
(jl7
rp"
Рис. 1.2
кото р ых Qбок1 примыкает к главному JJепестку диаграм­
мы направленности и имеет угловые размеры
•.
(3+5)л
<р = arcsш ---.---,
dа,. т
(1. 17)
для коэффициентов ра,ссеи·ван•ия антенны ~s1 ,и ~s2 ока-
-~
зывается справедливым равенство
В выражении ( 1.17) dант - диаметр о·сесимметричной
параболической антенны .
Составляющая антенной температуры , соответствую­
щая приему излучений на боковые лепестки диаграммы
направл е нности антенны , область ра с с е ивания которой
13

г--,бита на две подобласти, может быть записана
[
~:~енства
Та1<т бон= L ~SiTя ер бol'i=
i=I, 2
= 0,5~5 (Тя ер бою+ Тя с; боп2),
в виде
(1 .18)
где Тя ер бон~ и Тя ер 501, 2 - средние значен ·ия яркостной
температуры в подобластях рассеивания Qбон! и Qбо1,2,
Яркостную температуру в пределах главного ле ­
пестка диаграммы направленности -Qгл и телесного угла
Qбон~ во многих для практики случаях у параболических
антенн с большим раскрывом можно считать величи­
ной постоянной. При выполнении этого условия выра­
жение (1.13) с учетом суммы (1.18) и равенства
Тягл = Тн ер баш приобретает следующий вид:
(1. 19)
Вообще говоря, область рассеивания антенны можно
разбить на большее число подобластей, чтобы точнее
учесть структуру диаграммы направленности и распре ­
деление яркостной температурьi в области рассеивания.
В подобном случае выражение (1 .15 ) следует записать
в виде суммы:
п
Та-нтбон=~ ~siТпег, бопi,
~
i=I
где ~s, -
коэффициент рассеивания i-й подобласти;
f
Тпер бо1,i - среднее значение яркостной температуры
среды в телес-нам угле, ограничивающем i-ю подобласть
рассеивания.
Приведенные рассуждения показывают, что при
известном коэффициенте рассеивания для определения
антенной температуры необходимо з на-ть закон распре­
tеления яркостной температуры радиоизлучения среды,
окружающей антенну в телесном угле 4л: стер.
14

'}
J'
1.3 . Суммарная температура шума на входе
приемного устройства
Суммарная мощность шумов, действующая на входе
прием,ного устройства, складывается из мощности шу­
мов, поступающих из антенно - фидерного тракта, и мощ­
ности собственных шумов приемного устройства, приве­
денных к (;ГО входу.
7wпр , •к
1000
..
-
7
Транзис- )
i OOO
торы
"-. -1
z ""'
500
"
А1/
,
/
~ -;z
7 Электронные
лампы
100
=
~
50
~
К!,,
"
-
Дио8ные
смес11:::ели
Туннельные
iluoflы ,
~
ЛБВ,V
1,,
V ,_;'
,,,,,,,,,
vмазеры,
V .tJxлaжilae -
цые азотом
1
~v
[7
Параметрические
10
..
ljCIJЛIJIПt!Лu
Мазеры, охлажilае-
·o .s
цые гел11ем "-
.,
ro
f.Fгц
•
Рис. 1.3
Мощность собственны х шумов приемного устройства
4
принято характеризовать шумовой температурой согла­
сованного с входом приемника сопротивления, обеспе·­
чивающего на -выходе линейной части идеального не­
шумящего приемника мощность шумов, равную мощ­
ности шумов реального приемника. Температура шума
на входе согласованного с антенной приемного устрой­
ства с учетом всех ш умовых источников определяется
следующим очевидным выражением:
( 1.20)
15

в котором Таит - антенная температура, обусловленная
приемом космического радиоизлучения, теплового ра­
диоизлучения атмосферы Земли и земного покрова;
Тш ант - температура шума собственного теплового ра­
диоизлучения приемной антенны, обусловленная омиче­
скими потврями в ее элементах; 'УJФ - коэффициент по­
лезного действия (коэффициент передачи) фидерного
тракта; Тш Ф - температура шума радиоизлучения фи­
дерного тракта; Тш пр - температура собственного шу­
ма приемника, приведенная к его входу.
До недавнего времени температура шума на входе
приемного устройства полностью определялась темпера­
турой его собственного шума. С появлением малошумя-
щих усилителей СВЧ, температура собственного шума
{
которых характеризуется крайне низким уровнем
(рис. 1.3) [37], нельзя не учитывать радиоизлучение
среды, окружающей антенну, и тепловое радиоизлучение
антенно-фидерного тракта.

Глава 2
ШУМЫ АНТЕНН О -ФИДЕРНО Г О ТРАКТА
2.1 . Температура шума согласованной
лин;ии передачи
Q мические потери в антенно-фидерных линиях и эле­
ментах высокочастотного тракта вызывают ослабле­
ние высокочастотного сигнала и увеличение темпера­
туры шума на выходе линии передачи.
Оценим температуру шума на выходе линии пере­
дачи с потерями, нагруженной на неизлучающие согла­
с ованные нагрузки .
Фидерная линия характеризуется:
Р RФ - погонным активным сопротивлением,
~ GФ - погонной проводимостью изоляции,
~ РФ - волновым сопротивлением,
Хф - коэффициентом затухания.
С() Эти параметры связаны между собой сле,дующим со­
отношением:
(2.1)
Рассмотрим случай, когда потери за счет конечной
проводимости линии передачи намного превышают по­
тери в диэлектрике, т. е. Хф = RФ/2рф [14] .
Разобьем фидер длиной LФ и п элементарных участ-
" ков Лlci1, каждый из которых представим в виде четырех­
полюсника , нагруженного на сопротивление Rвх=
=Rвы х =РФ · Омические потери в таком четырехполюс­
нике будут равны
ЛRФ = RФЫФ =2рФхФЛ!Ф.
Э. д. с. шумов, возникающая на сопротивлении л1R.Ф,
находящемся при термодинамическоУJ тем~ературе
2-1)9()
,J
·, •• 17.
•
~-
•
•.~с•·,,~-
.

ТФ ( 0 К), в полосе частот Л![ определяется равенством
а мощность шумов, выделяющаяся на выходном сопро­
тивлении за счет излучения оконечного (п-го участка)
фидера, - соотношением
так как л,RФ « РФ· В приведенных выражениях k -- по­
стоянная Больцмана.
Нетрудно видеть, что мощность шумов на выходе
фидерного тракта от предоконечного (п-1) -го участка
равна
от (п - 2)-го участка
от i-го участкаС
д
д
IZ-i
р; = -Р11шФ "'lд
•
Здесь '"'lд = ехр (-2хФдlФ) - коэффициент полезного дейст-
вия (коэффициент передачи) элементарного участка линии
•
передачи .
•
•
Поскольку шумы элементарных участков I-iекоге ­
рентны, общая мощность шумов на выходе фидерной
линии может быть представлена в виде суммы:
18
п
п~I
~ n-i
Д
~i
РшФ = ЛРпшф ,L.i ''lд = Рпш'ф i,,,;. "'lд =
i=I
i=O
n-l
= 2kTФ,,_Флf) ехр (-2хФЛlФj) ЛlФ.
-
i=O

~
Устремив 11; к бесконечности и перейдя от суммы к интег­
ралу с п ер е менной интегрирования lФ = ЛlФj, можно за­
писать
откуда
LФ
Pш<fJ = 2/гТФдfхФ 5ехр (-2хФlФ) dlФ =
о
Тшф= тф [! - ехр (---2хФLФ)] = ТФ(! - "'lФ), (2.2)
так как
РшФ = kТшФЛf.
В табл . 2.1 прив еде ны расчетные з начения темпера ­
туры шума на вы х оде согласованного фидерного тракта
с потерями . При расчетах пр едполагалось, что темпера­
тура шума на входе фидера Тш nx =0°К, а термодинами­
ческая температура фидера Т,1)=300° К. Из анализа
данных табл. 2. 1 очевидно, что у)ке при уровне потерь
0,1 дб температура шума фидерного тракта оказывается
соизмеримой с температурой приведенного ко входу соб­
ственного шума молекулярного усилителя, охлаждае­
м ого гелием.
Табл~щ а 2./
';ф
Урове н ь потерь
(1-')ф), дб
Тшф• ок
0, 977
О,1
7
0 ,944
0,25
11
0,89 1
0,5
32
0,794
1,0
63
0,63 1
2,0
110
0,5
3,0
150
Важ н о подчер к нуть, что с увеличением потерь в фи­
дер н ом тракте быстро падает отношение сигнал/шум на
входе приемного устройства, так как наряду со сниже ­
нием мощности выходного сигнала происходит увеличе ­
ние мощности шумов . Поэтому всегда имеет место не-
равенство
(РсfРш) вх <1,> (Р сfРш) nых Ф·
2*
19

Ухудшение оtношен ия мощносtи с игнала к м ощности
шумов на входе приемного устройства с согласованным
фидерным трактом можно оценить выражением
( 3⁄4)n,,r xф.
( ::, )nxф;
'1),1, (Тпr np +Тант)
= Тш np +Тшф+Тэн~·'l)ф•
Если приведенная ко входу температура собственных
шумов приемника намного превышает температуру
шума антенно-фидерного тракта, то
(2 .3)
В том случае, когда «низкотемпературная» антенна
с о единен а с м алошумящим приемным устройством фи­
дерным тр актом с б ольшими потерями,
kф= 'l)ф (Тш np +Тант} .
-
ТшФ
(2.4)
Из выражений (2.3) и (2.4) •следует, что при Тшпр»
» (Та ит+ Тш Ф) н е об х одимо доби в аться максимального
к. п. д. тр акта . При р а боте м алошумящего приемного
у стройств а совместно с низ котемпературной антен н ой
важно получить высокий коэффициент передачи при
ни з ком з начении температуры шума фидерного тракта.
В заключение оценим влияние потерь в фидерном
тракте на отношение сигнал/шум на входе приемного
устройства с низким уровнем шумов . Будем полагать,
что приведенная ко входу приемно го устройства тем п е ­
ратура ,собственного шума равна Тшпр=40° К. П ример ­
но такая температура шума у станции наземного ком­
плекса связи с искусственным спутником Земли «Теле­
стар», расположенной в Андовере (США), при угле
высоты . при е мной антенны h>7,5° {31] . Как следует из
табл. 2.1, в согласованной линии п е ре д ачи с малыми
потерями увеличение поглощения на О , 1 дб вызывает
повыш е ни е температуры шума на 7° К . При температуре
шума при е много устройства Тш пр== 40° К подобное при­
ращение температуры на выходе фидерного тракта вы ­
зывает увеличение , суммарной температуры примерно на
0,7 дб. Таким образом, ухудшение отношения сиг ­
нал/шум в рассмотренном случае прои сх одит в основ -
20

ном из-за pocta температуры шума собственного теп­
лового излучения линии передачи .
Приведенные расчеты убеждают, что соотношение
сигнал/шум на выходе фидерного тракта с малыми по­
т~рями существенно зависит от уровня рассеивания
· электромагнитяой
энергии в нем.
2.2 . Зависимость коэффициента затухания
от параметров фидерного тракта
В фидерных трактах радиотехнических устройств ис­
пользуют как коаксиальные кабели, так и линии переда­
чи, выполненные из ,волноводных труб.
-..
Одним из важных параметров фидерного тракта
J'
является коэффициент поглощения, характеризующий
степень рассеивания электромагнитной энергии в линии
передачи. Коэффициент поглощения численно равен от ­
ношению
Prac
а=--,
Pnx
где Рвх и ррас соответственно характеризуют мощность
на входе и мощность, поглощенную и рассеянную в фи­
дерном тракте .
Установим связь между коэффициентом поглощения
и коэффициентом затухания. Коэффициент распростра­
нения реаJТьной линии передачи v=1~-j3⁄4 является ком ­
плексной величиной. Ее мнимая часть опредеJТяет убы­
вание амплитуды волны и носит название коэффициен ­
та затухания, вещественная - изменение фазы. Послед­
нюю называют коэффициентом фазы.
Поле в JТинии с потерями изменяется по закону
Согласно приведенному выражению на единице длины
линии передачи напряженность поля убывает в е-x .i, раз, а
мощность, пропорциональная квадрату напряженности, - в
-2х
е Ф раз. Поэ'!'ому мощность, рассеиваемая в линии пере-
дачи протяженностью /Ф, определится равенством
21

откуда
-2х l
В случае малых потерь, когда е Ф Ф ~ 1, а= 2хФ!Ф.
Таким образом, коэффициент затухания характери­
зует долю поглощенной энергии (или мощности) на еди­
ницу длины линии передачи, а коэффициент поглощения
определяет энергию (мощность), рассеянную во всей
линии передачи.
Как следует из формулы (2 .1 ), для вычисления ко­
эффициента затухания линии передачи необходимо
знать зависимость R(11, GФ и РФ от так называемых пер-
•·
вичных параметров линии передачи, а также от ее гео-
•метрии и электрических свойств. Для радиочастотных
коаксиальных кабелей справедливы следующие соотно­
шения {8]:
Здесь s'Ф - относительная диэлектрическая прони -
•
цаемость материала изоляции; tg 6ф - тангенс угла
электрических потерь в диэлектрике; D(11 - внутренний
диаметр наружной оболочки кабеля; dФ - диаметр вну ­
треннего проводника коаксиального кабеля; μа, μь,
ра, рь - относительная магнитная проницаемость и
удельное сопротивление внутреннего (индекс а} и внеш-
него (индекс Ь) проводников.
Подставив в ф9рмулу (2.1) приведенные значе­
ния РФ, GФ и R(J1, после несложньrх преобразований мож­
но получить
(2.5)

где
1 ,98,]Q - Sye',\,f х
ХФR=
Dф·
ln--
dф
В выражении (2.5) первое слагаемое учитывает
в о с новном затухание за счет конечной проводимости
ме т алла , второе - затухание, вызванное потерями элек -
5·
тромагнитной энергии в диэлектрике .
П одобное разделение Хф на слагаемые· следует, ко ­
нечн о , п ризнать условным, так как при распростране­
нии электромагнитной энергии по линии передачи имеет
мест о единый п р оцесс ее рассеивания.
Ф ормула (2.5) сп р аведлива в случае, когда внешний
и внутр енний проводник, как и диэлектрик, заполняю­
щий пространство между ними, выполнены сплошными.
Если коаксиальный кабель выполнен иным образом,
в (2.5 ) необходимо нвести коэффициенты, учитывающие
зависимость Хф от конструкции кабеля.
На рис. 2.1 '[8] приведены кривые зависимости Хфн
и· Хфа коаксиального кабеля РК-50 - 9-12 (РК-6) от ча­
стоты. Из графиков следует, что в области частот до
1 850 Мгц у кабеля РК - 50-9-12 Хсj)н>хс11а, а на частотах
выше 1 850 Мгц Хфн<ХФG·
•
Частотную зависимость з атухания радиочастотных
коаксиальных кабелей РК-75-4-17, РК - 50-11-21,
РК-100 - 7 - 14 с малыми потерями иллюстрируют соот,вет­
ственно кривые 1, 2, 3 рис. 2.2 1[8]. Графики рис. 2.2, как
и рис . 2.1, отражают быстрый рост в 1<оаксиальных кабе ­
лях потерь электромагнитной энергии с ростом частоты.
Последнее в известной мере определяет тот факт, что
применение протяженных коакс иальны х лин ий для ка­
~ализации энергии сантиметрового диапазона считается
нецелесообразным.
В коротковолновой части СВЧ диапазона в качестве
линий пер едачи: электромагнитной энергии широко при­
меняются различные типы волноводных систем. Помимо
меньщего затуха н ия вощюводные .пи ни и передачи обес-
:23

печивают возможность передачи знач ит ельно большей.
мощности, чем это позволяют коаксиальные кабели.
Затухание электромагнитной э н ер гии в волнов одной
линии, как и в случае ее канализации с помощью коа-
,f'Ф, tlб-м ·•
2
''
1
t"I
1,,0
,.
;у
',
'
.
tl!
f
~-1
~
,·
/Vl
'У
:
А
,,
V
\1
il!фR
..~
"'
v
у
~
,,
l
1,'
.,,
'
~ф(i
1/
V
1/,02
f. Мец
Рис . 2.1
ксиальной линии, складывается из потерь в диэлектрике,
заполняющем волноводную трубу, и потерь в проводя­
щем материале за счет его конечной проводимости .
В случае распространения в прямоугольном волноводе
волны типа Нто приближенное значение коэффициента
з атухания равно 1(8]
Х =-)- ( ro/J,cтs's0 ) 1/2 Х
Ф Ь . 2аст/J,
Здесь w - частота электромагнитных колебаний; μст
и сr с т - относительная магнитная проницаемость и удель­
ная проводи J14ость реf!КЦ 1щцноводной трубы; е' 11 1,.1. -
24
i

оrно с ительнай диэлекtрическая и ма г1-1И1'ная 11ро н ицае ­
мости ди элект р 11ка; во~. диэле кт рич еская пр о н и ц аемость
вакуума; а и Ь - линейные размеры широкой и узкой
стенок волноводной трубы; лир - 1<ритическая длина
волны в вол новоде.
;ЕФ, iJ6.,.,, -,
1,0
.-
1.L
_,, "'";
"7
;1/
/ 1,;
~,, з
VV
"'"'
VV
..L
..,,
-
~
-
_L_
.L~
.,
~
~
Рис. 2.2
/
_,,_
~
.L
;-
/
/
~
,~
., ..
,,
-
'
10'
f, Мгц
Фор мулы, анал оги чн ые (2.6), суще-ствуют для раз­
л ичны х ти п ов волн, р аспр о страняю щихся в круглом,
Н - и П - о б раз ны х волноводах (например, {8]).
В та бл. 2.2 приведе н ы значения коэффициента за­
туха н ия Хф в медных волноводах прямоугольного сече­
ния, рекомендованн ы х Международной электротехниче­
ской комиссией (МЭК). В таблице показано макси­
мальное затухание на частоте, равной 1,5-кратной
критической частоте.
В табл . 2.3 даны значения коэффициента затухания,
характерные для П- и Н-образных волноводов, вы­
полненных из меди [7], которые, как известно, обеспечи­
вают более широкую, чем у стандартных волноводов,
полосу пропускания, однако имеют несколько более вы­
сокий уровень потерь.
f ровень потерь электромагнитной энергии в волно­
водной трубе существею~о зависит от состояния токоне-
25

fаблаца 2.2
1
1
Сечение трубы волно-1,
Тип волновода Диаг,азон частот, Ггц
вода, мм - мм
МЭК-26
2, 17-3,3
86,36Х 4 3, 18
0,0173
МЭК-32
2,6-3,95
72, l 4X34, 04
0,0236
МЭК-40
3,22-4,9
58, 17 Х29,08
0,03 11
МЭК-48
3, 94-5, 9Э
4 1 ,55Х22, 15
0,0443
МЭК-58
4,64-7,05
40,39Х20, 19
0,0539
МЭК-70
5,38-8,2
34,85X l5 ,8
0,0720
МЭК-84
6,58-10,0
28,5>(12,6
0,0993
МЭК-100
8,2-12 ,5
22,86Х10, 16
О, 127
МЭК-120
9,84-15,0
19 , 05Х9,525
О, 166
МЭК-140
11,9-18,0
15, 8 Х7,9
0,22
МЭК-180
14,5-22,0
12,95Х6,48
0 ,238
МЭК-220
17,6- 26,6
I0,67X4, 32
0,463
МЭК -260
21, 7-33, 0
8,64Х4,32
0,544
МЭК-320
26,4-40, 1
7,1Х3,6
0,729
МЭК-400
33, 0-50, 1
5, 7Х2, 85
1,02
МЭК-500
39,3-59,7
4, 78Х2,4
1,33
сущих по ве р х ностей ее стенок. Неровности и царапины
на внутренней повер х ности волновода за счет несо­
вершенства механической обработки, как и коррозион­
ные разрушения, образующиеся в процессе эксплуата ­
ции волноводного тракта, вызывают увеличение п отерь
электромагнитной энергии. Эти п отери могут заметно
превышать з нач е ния потерь, приведенные в табл. 2.2
и 2.3, рассчитанные для случая, когда внутренняя по ­
верхность во.~новодной трубы имеет гладкую повер х ­
ность .
Табл ~ща 2.3
,
В-о браз ны е волноводы
1
П -образ ные во,лноводы
Диапазон час тот,
Гец
1"Ф· дб•м·'I
1' 'Ф• дб ·м"'
Сечение трубы,
С ечеr• ие трубы,
ММ•М.М
ММ·ММ
2,0-4,8
65,79Х30,61 0,0292
1
62,38Х28,07 0,0298'
3,5-8,2
37 ,59Х17 ,48
_
0,0669 35, 66)<16, 05 0,0695
4,75- 11,0
2-7 ,69Х12 ,58 О, 1063 26,26Х11 ,86 о, 1093
7,5-18,0
17,55Х8, 15
0,2103 16,64Х7,48
0,2169
11,0- 26,5
11,96Х5,56
0,3740
11,34Х5, 11
0,3838
18,0-40,0 , 7,32Х3,4
0,7808
6,93Х3,12
о, 8071
26

..,,
Одной из причин роста уровня потерь в реаJJьных
волноводных трубах является увеличение действую щей
длины пути тока (рис. 2.3) в шероховатых, неи деаJJьно
гладких токонесущих стенках волновода. Известно, что
плотность перем енного тока в металле уменьшается
Рис. 2.3
в направлении, нормальном к поверхности проводника.
На глубине б плотно сть тока составляет 1/е от значения
плот ности тока у граничной поверхности. Глубина пр о­
никновения электромагнитного поля в металл может
быть вычислена с помощью выражения
().7)
в котором μ 0 - магнитная проницаемость вакуума.
Как следует из (2.7), глубина проникновения в по­
верхностный слой является функцией частоты и удель­
ной проводимости материала. Зависимость ее от частоты
представлена в табл. 2.4 .
В работе [7] показано, что при шероховатости по­
верхности, соизмеримой с глубиной проникновения тока
Таблица 2.4
f, Ггц
3
10
30
100
2,3
1,3
0,74
0,41
0,23
27

в металл, затухание на единицу длины волноводной тру­
бы возрастает в 1,6 раза по сравнению с данными; при­
веденными в табл. 2.2 и 2.3 . Если шероховатости поверх­
ности в 2 раза больше глубины погружения {), то
затухание возрастает в 1,8 раза. По этой причине требо­
вания к классу обработки внутренней поверхности вол­
новодной трубы являются функцией частоты. Так , на­
пример, при передаче СВЧ энергии на частоте 3 Ггц
внутреннюю поверхность волновода считают удовлетво­
рительной при ее обработке в пределах 5--6 - го класса
чистоты (ГОСТ 2789-51). Считают, что чистота обра­
ботки токонесущей поверхности должна относиться
к V6-V8 в случае канализации энергии на частоте
10 Ггц и к V8-V9- на частоте 30 Ггц.
Уровень потерь электромагнитной энергии в волно­
водном тракте зависит, кроме того, от свойств мате­
риала токопроводящих стенок. Это становится очевид­
ным из уравнения для поверхностного активного сопро­
тивления
определяющего уровень омических потерь в стенках
волновода.
В табл. 2.5 приведены результаты расчетов затуха­
ния волны Н1а в прямоугольном волноводе сечением
10 ммХ23 мм с гладкой внутренней поверхностью в за­
висимости от удельной проводимости материала волно­
водной трубы.
Вид металла
Серебро .•
Медь ..
JJатунь
Алюминий
Магний .
6,1
5,8
2,41
3,43
2,0q
Таблица 2.5
О, 118
о, 127
О, 186
О, 146
0,2
Из (2.6) следует, что за тухание электромагнитной
энергии в волноводной трубе растет с- увеличением отно­
сителыюй диэлектрической проницаемос1'и среды, за-
28

i
полняющей во.[Jновод. Частичное и даже полное за ­
полнение волноводов однородным диэлектриком с ма­
лыми потерями (фторопласт, полистирол, кварц и т. д.)
бывает необходимо, например, при создании электрова- .
куумных приборов, изделий, содержащих ферритовые
элементы, а также при изготовлении трансформаторов
полных сопротивлений, диэлектрических фазовращат е ­
лей и тому подобных элементов.
Необходимо также учитывать возможность есте­
ственного образования диэлектрических покровов на то­
конесущей поверхности волноводов, длительное время
пребывающих в коррозионной атмосфере . Можно по­
казать , что затухание, вносимое диэл·ектрической плен­
кой, образовавшейся на токопроводящей стенке волно­
водного тракта, определяется выражением
.
- 3:__+6 57в'Ь(-3:__)з
е'
'
а
xq,=37,5 - I0-sftg·a
_
(~) 2 .! 112 [дб-л.г 1 l,
ь[1-\2а
в котором d- толщина пленки; е' и tg .o - относитель­
ная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла ди­
электрических потерь пленки .
Проводимость пленки на поверхности токопроводя­
щей стенки волновода, образующейся за счет коррозии,
может ·в известных случаях быть довольно значитель­
ной. Опыт эксплуатации волноводов с посеребренной
внутренней поверхностью показывает, что их длительное
пребывание в атмосфере зачастую сопрово)l{дается
образованием на поверхности серебра сернистоокисных
пленок . Вследствие низкой проводимости таких пленок
(много меньшей проводимости серебра) потери электро­
магнитной энергии в волноводном тракте могут возрасти
в 1,5-1,6 раза.
Если удельная проводимость пленки мала, то в со­
ответствии с выражением (2.7) глубина проникновения
электрического поля в таком диэлектрике оказывается
весьма значительной. Наибольшая часть тока в подоб­
ном случае будет протекать в стенке волновода, а не
в пл енке. По этой причине окиси, образующиеся на
стенках алюминиевых и медных волноводов, незначи­
тельно влияют на общий уровень потерь в волноводном
тракте. Так, например, образование на поверхности алю-
29

миниевого волновода сечением 1О мм Х 23 мм окисной
пленки толщиной О , 1 .мм приводит к увеличению затуха­
ния на величину, меньшую О, 1%.
Низкий уровень потерь, вносимых пленками с малой
удельной прово димостью (малым та нгенсом электриче ­
ских потерь ) , обусловил, в частности, тот факт, что на­
ря ду с по крытиями некоррозирующими металлами (пал­
ладием, радием и др.) для за щиты токонесущих повер х­
ностей волноводов применяют элект ро хими ческие и
лаковые покрытия.
Данные табл. 2.2 и 2 .3 пок азывают, что в сантиме­
тровом и более коротковолновом д иапа зо н ах волн созда­
ние протя же нны х низкотемпературных волноводных
трактов на основе стандартных волноводных труб ока­
з ывается весьма з атруднительным из- з а большого ко э ф­
фициента затух ания .
Размеры стандартной прямоугольной волноводной
трубы выбираются, как изв естно, так, чтобы распро ­
странялась только основная волна Н1о и н е распростра­
нялась первая из волн типа Н высшего порядка. Эти
условия выполняются в случае, когда широкая стенка
волноводной трубы составляет по крайней мере поло­
вину длины волны, распространяющейся по линии пере­
дачи, а соотношение размеров широкой и узкой стенок
обычно выбирают примерно равным 2. Из кривых
рис. 2.4, отражающих расчетную зависимость . потерь
волны типа Н10 в прямоугольном волноводе, нетрудно
видеть, что затухание в области частот больше крити­
ческой уменьшается с ростом сечения трубы. Подобная
закономерность объясняется следующим . Уровень по­
терь в стенках волновода можно в первом приближении
считать величиной, примерно пропорциональной пери­
метру внутреннего сечения волноводной трубы, а мощ­
ность, передаваемую по волноводному тракту,- про­
порциональной площади сечения. Поэтому коэффициент
затухания можно ·считать пропорциональным отноше ­
нию периметра к площади сечения и уменьшающимся
с увеличением размеров волноводной трубы . _
Естественно, что за счет снижения потерь темпера­
тура шума линии передачи на трубах большого сечения
будет меньше температуры шума волноводного трактс1
той же протяженности , но выполненного на трубах
меньшего . сечения. Ри с_ 2.5 и л люстрирует зав и с имо сть
30

;;
4с
rемпературы шума собстве1-111ого теттловоrо излучения
крумото волновод а дл иной 1 м ·от его диаметра dв J!a
частоте 4,5 Ггц (волна Н11 ) ,[45,].
•
В случае применения в фидерном тракте волновод­
ных тру.б увеличенного сечения потери энергии . волны
основного типа заметно убывают, но при этом растет
<l'ф,
iJ6-м - 7
Ц З t---++-tt----+---+----~
gь
О,2 i----+-t-+----, а =2Змм
fкр н,0
1
Ме Ь,тя mp{l6a
о~- ~_..,. _
_
__,____
_.___
_
_,
10
20
JO t.Ггц
Рис . 2.4
рассеяние энергии волн высших типов, формирующихся
за с ч ет существ9вания неоднород н остей - в ли нии п ере-
дачи.
1
•
Волны высш их типов помимо увели ч ения потерь, со­
провождаемого р остом тем.п ерату р ы ш ума на выходе
ф и дер а, мо гут вызвать искажение сигнала, передавае­
мо го на основной волне. Для уменьшения искажения
си г нала в волноводный тра1кт рекомендует-ся ,в1вО1дить
фильтры, поглощающие волны нежелательных типов.
Темп~р_атура шума · на выходе линии iПередачи, в кото­
рой н аходят применение подобные фильт,ры, существен ­
но зависит от термодинамической температуры нагруз­
I<И, на которой выд еля ется энергия отфильтрованных
волн вы с ших типов . Н е т,рудно видеть, что е сли сниже -
31_

ние темпе•р атуры шума на в ы ходе л инии передачи за
счет охлаждения всего вол н овqд но го т ра,кта встр е ч ае т
на практике значительные техни ч еск•и е т руднос т и, т о р е­
шение проблемы охлаждения элемен1'ов фильтра, в ко­
торых происход:ит поглощение высших типов BOJ)H, впол ­
н е ,р,еально.
f=Lf,5 Ггц
г
1
4-0
60
80 d8,мм
Р ис. 2.5
Одним из методов ,снижения температуры шума ли­
нии пер едачи, в которой существуют условия для фор ­
мирования волн высших .1'ипов, является их излучение
с помощью напра в ленной ант е нны в ту часть небесного
с вода (например, з енит) , где яркостная температура
много меньше теыпературы шума, отфильтрованного
фильтром высших типов волн 1[19].
Применени е волноводных 1'руб у,величенного сечения
позволяет заметно снизить уровень потерь электромаг­
нитной энергии ·и т е мпературы шума в том ,случае, если
при конструиров а ни и тракта уделялось должное вни­
мани е отработке э лементов , в которых могут возник­
нуть •волны 1вы с ши х типов. Как уже отмечалось , волно­
вqдный тра,кт на трубах увеличенного сечения является
мно1говолновым и любая сколь угодно малая неоднород ­
ность может служить источником связи основной волны
с волнами высших т ипов . Охлаждаемые фильтры, хотя
и позволяют сни з ить температуру шума на выходе по­
добного тракта , однако не исключают снижения уровня
полезного сигнал а .
Опыт работьr по с о зданию линии передач .с малым
у ровнем шум а пока з ывает, что .волноводы увеличенного
сечения в соч е тании с о спеU;иально О1'работанными и з -
3.2
j

i
ГIIбами и охлаждаемыми фильтрами волн ,высших т,ипов
.•
позволяют заметно уменьшить температуру собственно-
го шума фидерного траюа·. В работе 09J показано, что
л1иния передачи протяженностью 30 м на волноводах
сечением 45 лtлi Х 20 мм, содержащая 14 стыков, обра­
зованных включен.нем в тракт плавных пирамидальных
.переходников, изгибов 90° в .плоскости Н и изгибов 130°
в плоскости Е, а также фильтров с рефлекторами, име-
ла уровень потерь 1 дб и шумовую температуру 33° К.
Эта линия передачи имеет в 6 раз лучшие параметры,
чем аналогичный тракт, выполненный на стандартных
волноводных трубах ,сечением 23 ммх 10 мм.
2.3 . Температура шума несогласованной
линии передачи
Волновые сопротивления отдельных элементов реаль­
ной линии передачи, как правило, различаются между
собой и не равны волновому сопротивлению фидера.
Из-за неоднородностей в линии передачи происходит
а
lФ
с
ь
d
Рис. 2.6
частичное отражение потока электромагнитной энергии,
распространяющейся по фидерному тракту, и образова­
ние в нем стоячих волн. Отражение электромагнитной
энергии от неоднородностей сопровождается снижением
коэффициента полезного действйя и увеличением темпе­
ратуры шума теплового радиои злучения линии пере­
д ачи.
Оценим температуру шума линии передачи, нагружен­
ной на несогласованные оконечные нагрузки, коэффи циенты
отражения которых равны i,1 и р2 (рис. 2.6) и описыва­
ются выражением
•
- iФ;
.
Pi= pie
приt=1,2,
3-1190
33

' rде
1--
•
\, (!- Z7)+4Zfsiп'f.,
1+Zf+2Z;cos 'f•i
,
tg· 2Z; siп 'f;
у, =arc
l -Z;
Здесь Zi - сопротивление вагрузки Z';, приведенное к
волновому сопротивлению линии РФ, т. е.
Модуль коэффициента отражения (по полю) связан
с коэффициентом стоя ч ей волны Kcn выражением
1,
Ксв-1
Ксп+1
(2.8)
Температуру шума на выходе фидерного тракта
с несогласованными нешумящими (Т, = Т2 =0° К) око­
нечными нагрузками можно представить в виде супер­
позиции температуры шумовых потоков, образованных
многократными отражениями от неоднородностей на
концах линии передачи. При многократных отражениях
потока теплового излучения фидера, распространяю­
щегося в направлении от нагрузки 1 к нагрузке 2, со­
ставляющая Тш Ф~ 2 суммарной тем п е ратуры шума на
выходе линии имеет следующие слагаемые:
34
ТФ(l-е-2,Ф1Ф) (1-р~),
rф(1- е-2\1,1,,,)(1- р~)р~р~е-4,,, ',1,'
ТФ(1- е -2',11IФ)(1- р~)р~р~е-s,.,;1Ф,
1
1
~
1
)
Суммируя чл е ны ряда (2.9), можно записать
т
т (1 -2,ф,,,,) (1
2)х
IJн!J12= Ф -е
-Р2
00
(2.9)
(2.1 О)

При оцс1-1ке суммарной температуры шума на выходе
несогласованной линии передачи помимо ,составляющей
Тш Ф1 2 необходимо учитывать составляющую Тш ф21, воз­
никающую в результате многократных отражений от
неодноро дностей тракта потока его собственного тепло­
вого радиоизлучения, распространяющегося в направл е ­
нии от наг·рузки 2 к нагрузке ! . Составляющие этого
поток а равны :
ТФ (1 - е-2,Ф ',1,) (1 - р;) р~ е-2'<1, zФ·,
TФ(l-e-2',1, 1,1, )(l-p~)p; р;е_5,Ф1,1, , .
ТФ (1 - е -2,,1, 1,1,) (1 - р~) р~ р~ е-1ох,1, i,,,'
После суммирования (2.11) имеем
со
)
1
}
1
1
Х (1 - р~) р~ е -2х,1, z,1 , }J (Р1Р2е-2 ,. ,1, ~,1,)2п =
n=O
Т,1, (! - е -2,.,1, z,,) (! - р~) РТ е -2•,1, 1,1,
2?-4х1
1 -Р1Р2е Ф Ф·
(2.11)
(2.11)
Результирующая температура шума на выход е ли­
ний передачи с неоднородностями равна
Тшф=ТшФ12+тш<1ш=
= Т,1, (1- е-2х,1, IФ) (! _: р~) (1+РТе-2•,1, 1,1, )
(2.13)
Из (2.13) следует, что температура шума линии
передачи в месте вкшочения нагрузки 2 (в точка х с, d
на рис. 2.6) определяется равенством
3*
35

При p 1=P2=l температура шум а 7ш оказывается ве­
личиной, не зависящей от величины 1,оэффициента за­
тухания и равной термодинамической температуре
фидера. Если распространить рассмотренный пример
на волноводную линию передачи, то случай P,=P2=l
соответствует замкнутому объему - аналогу абсолютно
черного тела . Температура шума теплового излучения
абсолютно черного тела, как известно, равна термоди­
намической температуре его стенок .
Из формулы (2.13) также следует, что температура
шума на выходе тракта с неоднородностями при ТФ=
= const растет с увеличением коэффициента затуха ­
ния Хф, коэффициентов отражения р, и р2 и протяжен­
ности участка фидера между неоднородностями, вызы ­
вающими появление отраженных в9лн.
Аналогичным образом можно пока зать , что коэффи ­
циент полезного действия (коэффициент передачи) не­
согласованной линии передачи равен
При Р,=р2 =р получается выра:жение
(1 - р')' е-2хФ 1,1,
't]ф= 1
'
- 4'<1>· IФ
'
-ре
(2.14)
часто встречающееся в литературе. При р=О оно приво-
4ится к виду
'flФ = ехр (-2хФ!Ф)-
В СВЧ трактах приемных устройств широкое пр и'ме ­
нение находят согласующие устройства, обеспечиваю­
щие на в·ходе и выходе фидерной .линии ми нимальны е
значения коэффициента отражения. С точки зрения со­
гласования практически безразлично, в каком месте
фидера установлен согласующий элемент. Однако, как
следует из (2 .13 ), (2 . 14), для повышения коэффицие!-I'Fа
передачи тракта и снижения температуры шума на вы­
ходе фидера необходимо добиваться приближения со­
гласующего элемента к неоднородности тракта, вызвав­
шей появление отра:женной волны.
36

i
Как уже указывалось, процесс передачи энерпш
в линии перt_дачи с неоднородностями может быть
представл е н в виде падающей и отраженной волн.
Вследствие этого при канализации монохроматического
сигнала напряженность поля в линии передачи без
потерь, имеющей неоднородность, за писывают в виде
суммы :
ЕЕ= En81цsin (u)t -
~l) + PEпa,дsin (u)t -
~!- t),
u
Е
u
'
Р 21t
в которои п ад - амплитуда падающеи волны; r-=--л.- =
ф.
2ттf
= - _--коэффициент
фазы линии передачи ; лФ - длина
.
v,1,·
.
волны, распространяющейся в линии передачи; vФ - ско­
рость распространения электромагнитной энергии в фидер­
ном тракт е .
Модуль амплитуды напряженности пол.я стоячей вол­
ны, сформировавшейся в результат е сложения прямой
и отраженной волн, в рассматриваемом случае опреде­
лится равенством
(2.15)
где ,
И з (2.15) следует, что:
-
распр еделе ни е напряженности поля вдоль линии
передачи при Лф = const имеет вид волнообразной кри­
вой; при этом р асстоя ни е между соседними максиму ­
мом и минимумом равно ~Л-Ф/4, а п оложение стоячей
волны относительно неоднородности •о пр еделяется фа­
з ой 1μ коэффициента отражения;
-
распределение. 1-rапряженш;)СтИ поля в полосе про­
пус ка ния фидерного тракта при Лф=vаr является
осциллирующей функцией длинq1 волны (частоты) п
расстояния от неоднородности до точки сложения.
По добн ы й закон изме н ения ЕЕ в .11инии передачи
с неоднородностью объясняется зависимостью аргумен ­
та косинуса в раве н стве (2.15) от длины волны и уда ­
ления рассматриваемой точки сложения прямой и от-
37

ражснной волн от неоднородности. Нетруд110 видеть,
что при 1jJ=const скорость приращения фазы суммар­
ного сигнала сl0/dлФ = -4nl/,л 2 Ф оказывается тем больше,
чем короче длина волны и чем больше расстояние от
неоднородности, вызвавшей появление отраженной вол­
ны, до точки сложения.
Поскольку фаза коэффициента отражения р также
зависит от частоты, за1,ос1 изменения Е';, в полосе
пропускания линии передачи в общем случае является
сложной функцией частоты.
Приведенный анализ позволяет утверждать, что
спектральная плотность мощности шумов как собствен­
ного радиоизлучения тракта, так и передаваемых по
тракту шумов с равномерным спектром в полосе про­
пускания фидера, содержащего неоднородности, не
будет постоянной. На это впервые указал В. С. Троиц­
кий 08].
Исследования, выполненные в [4, 20], показывают,
что в общем случае спектральная плотность среднего
квадрата напряжения шумов в точках с, d линии пере­
дачи, схема которой приведена на рис. 2.6, имеет три
составляющие:
t
!!
(2.16)
Перв ая и вторая составляющие хара ктери з уют со­
ответственно излучение нагрузок на входе и выходе ли­
щtи, · •третья - собственное излучение тракта. Множи-
тели А1, А2 и А3 при Z1 и Z2, не равных волновому со­
противлению линии, имеют с.nедующий вид:
(! - Pi) (1 +р~ - 2р2 cos Ф~) е-2х,1, t,1,
AI = -------------- ---------
22-4,l
-2х l
( 4nfl,1 ,
)
1+р1р2е Ф Ф_2Р1Р2е Ф Фcos ~+Ф1 +Ф2
38
-{,

(1 +РТ е-:1,.,i, 1
'1') (l + pi- 2Р2 cos Ф2)
Аз=---------------~.-,-------
22-4х{
-2х !
( 41\f[Ф
)
1+Р1Р2е Ф Ф- ZP1P2e .<1\ Ф'co·s \---;-;;-+ '+'1 + '+'2
Поскольку множители А1, А2 и Аз при 0Р1 и р2, от­
личных от нуля, являются осциллирующими функциями
частоты, спектральная nлотнЬсть среднего квадрата на­
пряжения шума, а следовательно, и спектральная плот­
ность мощности шума на выходе линии не будут постояtr­
ными величинами. •
Рассмотрим частный случай, когда Тш Ф и Т1 « Т2.
П римерно такое соотношение температур наблюдается
в антенно-фидерном тракте станции СВЧ диапазона,
антенна которой направлена в верхнюю полусферу, а на
входе приемного устройства установлена лампа бегущей
волны, кристаллический смеситель или резонаторный
молекулярный усилитель. Как известно (см. например,
[6]), температура шума, просачивающегося во входные
цепи лампы бегущей волны, может достигать 400-
1 000° К, температура Т2 смесителя, как правило, на­
много превышает 1 000° К. Температура шума на входе
антенно - фидерного тракта в случае применения резо­
наторного мазера равна температуре окружающей цир­
кулятор среды. Используя выражение (2.16), можно по­
казать, что при Т2 > Т1 , Т2 > Тш Ф и Р,=1=-0 спектральная
плотность мощности шума в точках с, cl линии передачи
будет равна
2 -4, ,1,· 1,1:,,
G1 2 =!iT12 =kT2[1+p1 e
-
-2х !
-- 2р,е "'Фсоs(2~!Ф+t 1 ) ].
(2.17)
Из (2.17) следует, что G12 может быть выражена че­
ре з спектральную температуру Tt2, отражающую зако н
изменения шумовой температуры от частоты в рассма­
триваемой точке линии под воздействием интерферен­
ционных явлений.
Положим вначале, что р 1 в полосе пропускания фи­
дерного тракта не зависит от частоты. Как следует
из (2.17), спектральная температура шума в rrодобном
случае изменяется в зависимости от ч _астоты по сину­
соидальному закону. Поскольку спектральная темпера­
тура шума на выходе линии передачи с несогласованной
39

нагрузкоf1 на входе является hерИодическоJ':1 фу~-iкii,Иеи
частоты, для определения темп@ратуры шума на входе
приемного устройства проинтегрируем Т12 в полосе п ро ­
пускания приемника
тогда
(2. 18)
Рассмотрим два крайних случая.
1
1) Полоса пропускания' приемника намного меньше
периода осцилляции спектральной температуры шума
на выходе линии передачи, т. е.
:r
fVф
Л~
-
2-1-·
ф
(2. 19)
При выполнении условия (2.19) спектральную темпе­
р атуру шума в предела х полосы пропускания Л,f м о жно
Tf
Рис. 2.7
считать в еличиной посто янной (рис. 2.7) . При э том тем­
пература на ·выходе линии з а сч е т отражении шумов
приемного устройства оказыва ется равной
2-4х.1
T t 2=T2[l+p1 e ФФ. _
(2 .20)
40

i
2) Полоса пропускания приемника больше периода
осцилляции спектральной темпер·атуры шума.
В подобном случае Т12 испытывает значительные
изменения в полосе пропускания приемника (рис. 2.7),
и для оценки уровня Т2Е необходимо вычислить интег-
рал (2.18). Интегрируя (2.18), получаем
-2,ФI! . 2ттl,1- Лf
·
•
р1е
"s1п--
т т[,
2 -4x,t,,lф
Vф, х
2~=
2 1_+Р1 е
-
-
~- --
v,1,
Из полученного выражения следует, что с расшире­
нием полосы пропускания приемного устройства интер­
ференционные изменения температуры шума на его
входе будут оказывать все меньшее воздействие на при­
веденную ко входу суммарную температуру шума. По­
добное уменьшение наблюдается также при увеличении
длины линии передачи. Снижение воздей·ствия интерфе­
ренционных явлений в последнем случае происходит как
за счет затухания амплитуды отраженной волны, так и
вследствие увеличения числа периодов осцилляций, .
укладывающихся в полосе пропускания приемного
устройства.
,
В общем случае р 1 также является функцией ча­
стоты. Вследствие зависимости модуля и фазы коэффи­
циента отражения от частоты амплитуда и период
осцилляции Т12 изменяются в полосе пропускания линии
передачи. Чтобы уменьшить потери за счет отражений,
в антенно-фидерном тракте добиваются получения Kcn,
близкого к единице . Из выражений (2.8) и (2.17) сле­
дует, что при Kcn= 1,5 максимальное приращение тем­
пературы шума на входе приемного устройства за счет
просочившихся и затем отраженных от неоднородностей
шумов входного устройства достигает 4 %, т. е . состав­
ляет пренебрежимо малую величину . Это справедливо
в случае применения в качестве входных каскадов пара­
метрических усилителей, усилителей на Jlампах бегущей
волны и других более шумящих СВЧ усилителей .
Несколы;о иначе обстоит дело при использ овании
во в,хо ~д нJ:,т х цепях у стройств ре.з онqторных мол е куляр-
4!

ных усилителей . У рез онаторного мазера, явш1ю щеrося
двухполюсником, усиленный сигнал передается по той
же линии , по которой посту п ает входной усилив а е мы й
сигнал. Разделе н ие в х одного и выходного сигналов
в резонаторных мазерах осуществляю т с помощью цир­
куляторов. В соответствии с п ри н ци по м работы цирк у -
Нагрузка
I< пригмнай ..,. _ ___,
анmР.нне
УсилиВаемыи~ 2
сигнал и отражен-
ное шумовое излу-
•1е ние нагр,;зки
Мазео
Сигнал, о mf]аженнм(
от вхооа ':!ВЧ
1
1
Рис . 2.8
лятора тепловое излучение нагруз.ки из плеча 4 (рис. 2.8)
передается в плечо 1, откуда отраж е нные шумьJ вместе
с у силивае м ым сигналом поступают в ма з ер. Нетрудно
видеть, что при температуре нагрузки в плече 4, равной
300° К и К с в= 1,5 пр и рост шумовой т е мпературы мазера
оказ ыва ется равным 12°, т . е . составляет ,величину, на­
много пр ев ышающу ю температур у собствею1ых шумов
молекулярного усилите л я. Таким образом, К е в= 1,5
в антенно-фи де рном тракт е н а в х оде р ез онаторного мо­
ле1<улярного усилителя не может быть допустим.
Увеличение . температ у ры шума при нали '!ии не о дно­
родностей в л.инии пер ед ачи, подключелной J< входу
приемного устро,йства, иногда использ у~от для оценки
температуры собственного шума молекулярных усили ­
телей .с б е гущей волной. У ма з еров с бегущеi1 волной,
являющихся нев з аимными устройствами, температура
шума, поступающе го :н з ~10леку л я рного -ус и л и теля JЗ О
46
_,.

}
i3x6,rtнь1e цепи, пракtичесюr равна температуре жидкого
гелия. Поэтому закорачивание входа усилителя вызы­
вает приращение шумовой температуры, пр имерно рав-
1-iое температуре жидкого гелия.
Отраженная от неоднородностей линии передачи со­
ставляющая шума, проникающая во входные цепи из
первого каскада .радиометрического устройства, обус,
лавливает появление ошибки измерения температуры
шум~. Подобная интерференционная ошибка наблю­
дается не толькь в компенсационных, но и модуляцион -
11ых ,. а также корреляционных радиометрических стан­
циях. Снижение величины интерференционной ошибки
измерения может быть получено с · помощью феррито­
вых вентилей, применение которых, однако, не может
п олностью исключить эту ошибку измерения, ·так как
температура шума, просачивающегося в антенно - фидер­
ный тракт, в подобном •случае снижается не до 0° К,
а до значения термодин.амической температуры окру ­
жающей среды.
2.4 . Температура шума собственного излучения
антенны
Произведем оценку температуры шума собственного
теплового радиоизлучения металлического зеркала пара­
болической антенны.
Как будет показано в пятой главе [выражение (5.18) ],
яркостная температура радиоизлучения объектов являет­
ся функцией термодинамической температуры излучаю­
щей среды Т2 и модуля коэффициента отражения элек­
тромагнитной энергии R21 от границы раздела излучаю­
щая среда - воздух, т. е.
(2.21)
Коэффициент отражения R21 зависит от соотношения
комплексных диэлектрических проницаемостей сред и
в направлении нормали к границе раздела может · быть
записан 1<ак
R.
v~ -1
21=
11~+1'
(2.22)
43

где ~2 = с: ' 2 + j 2? -- комплексная диэлектрическая прони­
цаемость излучающей среды; с:'2 и cr 2 - соответстве нно от ­
носительная диэлектрическая п роницаемость и удельная п ро­
водимость излучающей среды.
Обозначим V~=а+ jb . Про и зведя несложные мате­
матические преобразования, можно зап исать
a=a[0,5~\+0,5s\ { 1+ (* )]''2
,
= [ -О,5с:' 2 +0 ,5с:'2 ✓- l + ( ~:f)]112
•
2а
Как известно, для металлов е'2' ~ l , поэтому
=Ь""" V0( и равенство (2.22) приводится к виду
.. ;-;-;
... ;-;-;
1-v -r-1v-r
1+va/ +iV7
а=
(2.23)
Из (2.23) нетрудно найти следующее выражение:
Учитывая порядок м а лости членов в з нам е нателе по­
лученного отношения, можно записать
(2.24)
Здесь ro - удельное сопротl(! в л е ни е металла при 0° С; "л­
длина волны.
Следует з аметить, что выраж е ние (2 .24), поз воляю­
ще е оценить и з лучательные свойства м еталлической по­
верхности в диапазоне радиочастот, с точностью до
,коэффициента совпадает с выражением для спектра,пь­
ного коэффициента излучения металлов в видимой, ча-
44

Таблица 2.6
л, см
1
3)
3
0,8
Тш ант, 0К
1
0,04
О, 12
0,23
сти сп е ктра. Яркостная температура теплового радио ­
излучения металлической повер хности зе ркала на осно­
вании формул (2.21) и (2.24) опред еляется равенством
(7зР,112
Тшант=2,2,1О - 2 :
0
)
(2.25)
J.
В табл. 2.6 приведены расчетные з_начения темпера-
туры шума собственного радиоизлучения зеркала антен­
ны из алюминия (ро= 2,9 • 10- 6 ом• см) , полученные с по­
мощью выражения (2 .25) при Т2 =300° К.
Строгая теория собств ен ного теплово го радиоизлуче­
ния зеркальной антенны прив едена в 1(4]. В цитируемой
работ е приводятся такж е р езульта ты расчетов темпера­
туры шума параболическ о й антенны со стальным зерка­
лом и по луволнового вибратора (при Т2 = 300° К), в ыпол­
ненного из стали (табл . 2.7).
Табл ;~ца 2.7
л, см
2О
10
3
Тш вабр, 0К
0,3
0,6
0,9
1,2
Данные табл. 2.6, 2.7, как и опыт эксплуатации ан ­
т е нн СВЧ диапазона, пока зывают, что их собственное
тепловое радиоизлучение дает пренебрежимо малый
вклад в суммарную температуру шума приемного устрой­
ства.

Глава 3
КОСМИЧ Е СКОЕ РАД ИОИ З Л У ЧЕНИЕ
космическое радиоизлучение представляет собой со-
вокупность галактического излу ч е ния и и зл уч е ния ,
поступ ающего из - за пределов Г ал а ктики. По следнее но­
сит н азвание метагалактич еского фон а и состоит из со­
воку пн ости излучений внешних галакти к.
Радиоизлучение галактиче ского происхо ж де ния_ скла ­
дывается из общего, слабо зависящего от направJ1ения,
излучения и излуче н ия диск р етных источников. Н е пр е ­
рывно распределенное по н ебе сн о м у своду фоновое ра­
диоизлучение Галактики имеет две качественно различ­
ные компоненты: тепловое радиоизлучение ионизирован­
ного межзвездного газа и излучение нетермическоrо
проис хmкдения . О бе компоненты обладают непрерывным
с п е ктр о м в о тл ичие от почти монохроматического излу ­
ч е ния ра диол ини и водород а, наблюдаемого на длине
волны 2 1 см.
На ри с: 3.1 1[1 2] приведена карта в меркарторской про -
е к ции, иллю с трир у юща я распре д еление интенсивности
-..
космического _ радиоизлучения на· частоте 250 Мгц. Нэ
к а рт е точки одинаковой интенсивности радиои з лучения
с оедине ны кривыми линиями - изофотами . При этом за
единицу инт енсивности принята величина 10- 25 вт• лг2 Х
х гц-1 • град-2. Снятие карты рис. 3. 1 произ водилось
с помощью а нтенны, диаграмма направл е нности которой
на уровн е 0,5 Р манс имела 1° в горизонтальной п лоскости
(по прямому восхождению) и 8° в вертикальной плоско-
сти (по склон ению) .
Из р ассмотр ения этой карты следует, что космическое
радиоизлучение концентрируется к галактическому ;эква-
46

.
.
.
_
~
,
~
П
о
я
м
о
е
В
о
с
х
о
ж
а
е
н
и
е
2
1
;
"
2
з
•
2
2
•
2
1
•
2
0
•
1
9
"
1
8
.
"
1
7
•
1
5
•
1
5
•
,
.
.
.
f
l
f
h
1
3
•
1
2
•
.
,
7
0
•
+
7
0
°
·
·
+
6
0
°
+
6
0
°
+
5
0
°
+
5
0
°
·
+
,
;
;
о
·
,
з
о
·
,
з
о
·
I
1
~
-
'
f
J
.
J
+
2
0
°
\
_
,
.
~
.
+
2
0
"
"
"
.
;
;
;
%
~
+
1
0
°
'
<
.
.
,
о
·
о
·
-
1
0
°
-
1
0
·
-
2
0
°
-
2
0
°
·
-
3
0
°
'
!
,
,
)
'
_
\
"
1
/
(
<
,
(
k
\
_
l
\
)
;
;
~
~
~
.
\
,
:
'
)
~
,
-
,
J
~
J
_
:
:
:
,
,
,
"
"
I
_
_
;
;
:
,
,
1
с
;
:
;
:
:
:
=
т
n
:
:
,
:
т
~
,
1
з
о
-
t
,
0
•
г
ч
-
•
2
з
•
2
2
•
г
1
•
г
о
•
1
9
•
-
,
в
•
1
7
•
1
6
'
'
Г
l
р
я
м
о
е
д
о
с
х
о
ж
d
е
н
u
е
р
и
с
.
3
.
1

тору и возрастает при перемещении вдоль экватора к га­
лактическому центру.
Многочисленные радиоастрономические измерения
позволили составить карты распределения интенсивности
тя косм, •к
103
...
'
1'\ .
'
'
\. \.
'
\r'\ .
'
'
·'
''
f,
-25
~1\
.[ксум макс"' (Meti}
10
'1\1\ \
1
1
'
1'
1,
1\.
'\,
1,0
1
~·.\ 1\
-
7к о см ми н zf/i,,?J;
'
-
"
''
\1\
'
l'YI\
ткосМ ер "'t/,fг%Y
.
-
'
'
·,
!
-
~··
-
Рис . 3.2
1'1
'
1\'
\"
то"
f,М,щ
космического радиоизлучения в широком диапазоне волн
СВЧ диапазона. По рез ультатам их обработки в ряде
работ (например, 1[36]) при водятся графики, отражающие
з ависимость усредненной яркостной температуры фоно­
вого космического радиоизлучения от частоты (рис. 3.2) .
Из этих графиков видно, что яркостная температура
фонового космического радиои зл учения убывает с ростом
частоты. Помимо снижения яркостной температуры с уве­
личением частоты галактические источники ока з ываются
более рассеянньщ и . Y)f{e на ~астате 400 Мгц лишь 0101 %
48

...
небосвода им еет яр1,остную температуру радиои злучения,
превышающую 300° К:, 27 % - температуру, превышаю­
щую 100° К, и 7 % - преJ"!ышающую 25° К
Кроме космического радиоизлучения, регистрируемого
в виде фона, нельзя не учитывать излучение дискретных
Т..я.ср, ок
,os
Солнце
-
~ ....
-
--
, --, - Венера
Марс~
~
102
1
0,2 О.ч- О,б 1
г
Рис. 3.3
А$>
к,,,.
'
-
Юпитер v- -
-
/
1"'"
/Туна -
i
ц610го
;\;. см
источников. В СВЧ диапазоне среди дискретных источ­
ников радиоиз лучения наиболее яр ким является Солнц е.
Изменение яркостной температуры радиоизлучения Солн­
ца, приведенной к среднему видимому телесному углу
~2с=6,8 • 10- 5 стер (0,22 град2) , в диапазоне длин волн
0,4-20 см отображают графики рис. 3.3 . Верхняя кривая
соответствует годам ма "симума солнечной деятельности,
нижняя - годам минимума. На этом же рисунке приве­
дены кривые, отображающие зависимость от длины вол­
ны усредненных по диску · яркостных температур радио­
излучения Луны, Венеры и Юпитера.
Данные о средних угловых размерах и плотности по­
тока остальных наиболее интенсив ных дискретных ис­
то чн иков, набл ю даемых в северном полушарии, приведе­
ны в табл. 3. 1 [3]. Зна ч ения плотности потоков !3ерны
с точностью ± (10- 15) %,
4-1190

Табл~ща З.1
6 U"J
Спектральная ПJiотность пото -
~
0..0
1..:а, Р1-10-2°, вт. ,м-2 ец-1
>,.a.J а.>
•
Исто 1шпк
,;~~;
1111
~ ,;~~si л=
л= л= л= л=Зсм
о.O"' "-"'
=75см =30см =20см =10см
Ut:a ;z:; t.:: ~
Ка сс иопея-А
4
6500 3400 2500 1450 500
Лебедь -А.
1
4300 2200 1600 700
170
Те л ец-А
4
1300 1050 950 800 560
Дева-А .
5
550 300 200 110
-
Т уманность Омеги .
6
160 500 650 650 500
Т ума нно сть Ориона
7
250 430 440 430 360
Яркостная температура радиои злу ч ения дискретны х
источников может быть вычисл е на с помощью формулы
Р/л.2
Тп=2kQи '
полученно й после н еслож н ого преобразования выраже­
ния (1.7).
При оценке т ем перату ры шума на входе наземного
приемного устройств. а, об ес п ечив ающего связь или на­
блюдение за объе1по м , перемещающимся в верхней полу­
сфере, следует учитывать, что в моменты времени, когда
направление на цель совпадает с областью, лежащей
вблизи центра Галактики, или с направлением на ди~
скретный источник, температура шума з а счет приема
космического радиоизлучения принимает максимальное
значение.
Время суток, а также длительность отрезка времени,
когда температура шума , наведенного фоновым космиче­
ским излучением, достигает максимума, определяется
характером движения цели по н ебе сной сфер е и практи­
чески не зависит от ширины главного лепестка диаграм­
мы направленности. Это объясняется тем, что для реаль ­
ных апертур при е мных антенн телесный угол главного
лепестка всегда намного меньше телесного угла участка
небесного свода с повышенной яркостью излучения .
Несколько иначе обстоит дело в случае приема излу­
чения Солнца, являющего.ся в СВЧ д иапа з оне наиболее
интенсивным и с точником радиои злучения . П ериод време­
ни, в предел а х которого радиоизлучение Солнца может
::>D
!
1'

вызвать нарушение связй с объектом, перемещающимся
в верхней полусфере, опр еделяется не только минималь­
ным соот1-юшением ·сигнал/шум, ещё обеспечивающим
срабатывание• регистрирующих устройств, но и размера­
ми телесного угла главного лепестка диаграммы направ-
тwy, ""t:,
'-
1
~
i.~ ;~
'
1
1
1
1
1
1
-·
.,
_
,
--
·-
Уообею, теМперат!/ОЫ
ш ума , при котором
ъ
нару шается робот а
-
-
~
Lлинии связи
~-,
-
.,_т- -
--
-
-
-
--
-~-
-
1
1
i
:
1
10
о
r
z
Рис . 3.4
ленности приемной антенны , а также .уровнем б,ТJижай­
ш их к главному боковых лепестков.
Рассмотр и м мешающее воздействие излучения Солнца
на пр име р е р абот ы ста нции, расположенной в Райстин ге
(ФРГ) и обеспечивающей связь с искусственным с путни­
ком Земли (ИСЗ) Early Bird [34]. Прием сигналов (fo=
=4 ,1 6 Ггц) от спутника связи в ста н ции Райстинг осу­
ществляется с помощью 25 - метровой параболической ан ­
тенны . Полное нарушение связи со спутником происходит
п ри повышении температуры шума на входе мазера до
150° К и более.
На рис. 3.4 изображен график, отражающий закон из­
ме н ения температуры шума на входе приемного устрой ­
ства в функции угла отклонения главного лепестка 1;
диаграммы антенны от направлении на центр солнечного
4*
51

•
днска. График построен по результатам изме р ений, вы­
п олненных в ясный день октября при высоте Сол н ца
hc= 17° . Из построения можно видеть, что в радиусе r =
=0,7° вокруг Солнца связь с ИСЗ Ear ly Bird п олно сть ю
н арушается. Следует отметить, что р адиус области эф­
фективного ради оизлучения Сол нц а в сантиметровом
диапазоне волн раве н 16', а радиус р аскрыва глав н о го
лепестка диаграммы на п равлен ности указа н ной а н тенны
(на уровне О,5Рма:ис) составляет 6'. Таким образ о м, за
счет приема излучений на боковые лепестки диагр аммы
телесный угол, в пределах которого излучение Солнца
вызывает нарушение связи со спутником, в рассматри­
ваемом случае оказы в аетс я заметно боль ш е телес ного
угла светила и телесного угла главного лепестка диа­
граммы направленности.
Время суток и длительность периода нарушения свя­
з1:1 или возможности слежения з а объектом с помощью
радиосредств за счет приема шумового радиоизлучения
Солнца помимо ранее упомянутых факторов будут зав,т­
сеть от угловых скоростей Солнца и цели относительно
станции наземного комплекса.
Обобщение результатов измерений показывает {34J,
что продолжительность полного прекращ е ния связи
станции в Райстинге с экваториальны м ИСЗ Early
Bird, перемещающимся по круговой орбите, составляет
в течение года 30 мин.
При оц е нке температуры шума на входе п риемны х
у строй ств на з емны х комплексов, обеспечивающнх радио­
с вя з ь с м еж план е тными станциями, нужно учитывать
следующу ю особенность . Как и з вестно, солнечная систе ­
м а является · относительно плоским образованием, та к
ка к планеты и другие небесные тела (астероиды, метео­
риты) дви ж утся по компланарным орбитам . .Вследствие
этого м еж план е тны е станции п е ремещ а ются в космиче­
ском пространстве в плоскостях, сост;:~вляющих незна­
чительный угол с п л оско стью э клиптики* . Так, напри­
• мер, а втоматическая м еж пл а н е тн а я станция (АМС),
з апущенная в Советском Сою з е по тра е ктории к планет е
Венера , д вигалась по орбите , имеюще й наклонени е
к плос к ости эклиптики 0,5 ° (рис . 3.5) [49]. Движен и е
Луны вокруг Земли прои-сх одит практически в той же
* Эклwптика - большой круг небесной сферы, по которому
происходит годичное движение Солнца.
52

- ект ор1JЯ
tlд 11жен11я
АМС
3
Z
1
0
Г.Zрямое Восхожаение, 'ffICы
Рис. 3.5
плоскости, что и движение Земли вокруг Солнца, так
как плоскость лунной орбиты образует с плоскостью
эклиптики угол, равный примерно 5° . Таким обра з ом,
при движении межпланетной станции к Луне и п ла ­
нетам солнечной системы уровень - шума за сч_ет
приема космического излучения будет опр еде л ят ься
яркостной температурой той области Галактики, на ко­
торую проектируется эклиптика. Вследствие того, что
межпланетные станции перемещаются в области, примы­
кающей к плоскости эклиптики, необходимо учитывать
во з можность во зде йствия шумового и злучения Солнца.
Из рассмотрения радиои з офот . (f = 378 Мгц) на
рис. 3.6 видно, что в точ ках п ере сече ния эклиптики и га­
лактического экватора, кот оры е соответствуют звездным
долготам .* 90 и 270°, наблюдается довольно резкое по­
вышени е яркостной тем п ера т ур ы . Подобное увеличение
яркостной тем п е р ату ры космического радиоизлу ч ени я
отмечается и на других частота х. На рис . 3.6 пунктир ной
линией по каза н а тра ектория движения п о небесной
сфере космической рак еты «Пионе р V» (США) . Как
видно из распределения изофот, область космического
пространства , на ко тор ую проектируется траектория
движения «Пионер V»,
имеет на рабочей частоте
378 Мгц максимальную яркостную температуру радио­
излучения около 80° К. Эта температура заметно больше
температуры приведенного ко входу собственного шума
молекулярного усилителя, охлаждаемого гелием.
* Звездная долгота в эклиптической системе координат отсчи­
тывается на восток о т то чк и весен н его равноде1-rствии.
52\

е
л
,
!
'
>
•
В
О
)
:
:
J
6
°
ч
-
О
0
~
,
5
·
'
]
Г
-
а
1
1
а
х
т
и
ч
е
с
к
ц
f
i
5
6
'
1
э
к
8
а
т
о
р
5
6
°
l
/
-
6
°
l
/
-
0
°
J
6
°
•
6
0
1
1
-
L
•
L
;
_
_
J
4
_
•
-
=
~
r
-
,
.
J
-
'
.
.
.
.
.
L
.
ч
-
1
'
1
'
Т
у
м
а
н
н
о
с
т
ь
А
T
v
I
l
.
?
~
-
г
7
"
"
-
.
.
.
!
<
.
.
.
_
-
к
:
.
S
.
:
:
C
:
К
S
.
:
:
:
В
о
з
н
и
ч
е
г
о
-
"
*
7
'
+
l
f
O
г
-
7
'
-
-
-
-
-
'
-
-
-
'
-
-
+
-
-
i
'
-
-
+
+
+
-
1
1
'
-
-
-
+
-
~
~
-
~
+
,
_
-
_
-
_
+
~
-
-
-
_
-
_
t
-
-
+
_
,
.
_
c
+
-
_
,
.
_
c
-
k
"
~
Т
р
а
е
к
т
о
р
и
я
~
-
<
;
i
J
В
и
ж
е
н
и
я
р
а
к
е
т
ы
-
:
:
:
.
,
~
,
,
П
и
о
н
е
р
V
"
•
1
"
-
,
,
:
;
,
2
0
"
"
~
~
о
~
~
-
г
о
\
1
1
:
.
,
,
У
,
1
\
•
l
f
O
\
_
•
1
_
:
;
,
j
✓
\
j
-
\
J
\
\
~
\
\
•
!
1
/
1
\
\
'
1
I
\
\
1
'
.
'
~
'
-
;
>
_
f
,
"
1
-
\
-
1
>
[
,
е
!
_
-
6
0
~
_
_
.
_
_
.
.
_
~
_
_
,
_
_
_
_
,
_
_
_
_
.
_
_
,
_
_
_
_
.
_
_
_
.
_
_
_
,
_
_
_
,
_
_
_
,
_
_
_
_
,
_
_
.
.
_
_
_
.
_
_
~
.
_
_
_
_
,
_
_
~
_
_
,
_
_
_
_
.
_
_
_
,
_
_
.
_
_
_
_
,
_
_
_
_
.
r
г
1
1
1
0
9
8
7
Б
5
t
;
з
2
О
2
3
2
2
2
7
2
0
1
9
1
8
r
?
1
6
1
5
f
l
J
7
J
1
2
'
П
р
я
м
о
е
{
J
о
с
х
о
ж
о
е
н
и
е
,
'
ч
а
с
ь
,
Р
и
с
.
3
.
6
.
.
.
.
~
.
J
.
.
,
i
l
l
i
-
1

Глава 4
ПОГЛОЩЕНИ Е И РАД И О ИЗЛУЧЕНИЕ АТМОСФЕРЫ
ЗЕМЛИ
4. 1. Поглощение и радиоизлучение атмосферы,
СJЗободной от гидрометеоров
д ля диапазона частот вы ше 100 Мгц атмосфера Зем-
.
ли является полупрозрач ной средой. Вследствие это ­
го распространение радиоволн миллиметрового, санти­
метрового и дециметрового диапазонов сопровождается
ослаблением потока электромагнитной энергии и тепло­
вым радиоизлучением в виде шумов. Шумовое радио­
излучение, зависящее от поглощения радиосигналов
в кислороде, парах воды и гидрометеорах, не следует
смешивать с «атмосфериками» . Последний термин обыч­
но используют для обозначения низкочастотных шумов,
вызванных грозовыми разрядами.
Найдем зависимость яркостной температуры радио­
излучения поглощающей среды от электрических свойств
последней. Для этого вначале рассмотрим, как изменяет ­
ся интенсивность при распространении электромагнит ­
ного излуч ени я в среде с потерями.
Пусть излучение, интенсивность которого Iвх, про­
ходит перпендикулярно по верхности слоя вещества тол­
щиной dl, характеризующегося коэффициентом поглоще­
ния х. При этом будем полагать , что отражение от
поверхности раздела сред отсутствует. В результате про­
хождения излучения через слой dl его интенсивность
уменьшится, прич ем на основании выражения (2.2)
уменьшение интенсивности определится равенством
d[rrorл= fЕХ- fн,х-= fвх(1- e-2
,d/).
При xdl ~ 1 приведенное выражение оказывается рав­
ным dfuoгл=f,вx.2xdl, откуда коэффициент поглощения
слоя вещества толщиной dl
~ . d1 рогл/1н. = 2xrll .

Суммарное поглощение в слое l можно определить,
интегрируя полученное выражение в пределах от О до l:
или
l
lnlпогл = - \ 2xdl+С
о
Iпыл=Сехр(- f2xdl).
Приняв l = О, получим интенсивность / ijX, что позволит
записать
(4.1)
Таким образом, интенсивность излучения вследствие
поглощения уменьшается с расстоянием по экспоненци­
альному закону. Формула (4. 1) носит наименование экс­
пон енци ального закона ослабления или закона Бугера.
Пока з атель экспоненты
(4.2)
называют оптической глубиной слоя.
Определим интенсивность излучения среды, характе­
ризующейся коэффициентом поглощения а .
Закон Кирхгофа констатирует, что отношение излу­
чател ьной способности тела к его поглощательной спо­
собности является величиной постоянной для всех тел и
равно излучательной способности абсолютно черного те­
ла, т. е. I/a=l0. В соответствии с законом Кирхгофа из­
л у чательная способность слоя dl определяется равенст­
вом dl = а/0 , которое с учетом выражения для а следует
з аписать в следующем виде: -
d! =fo2xdl_
Излучение элементарного слоя ,dl, распространяясь
в среде с потерями, испытывает поглощение . Поэтому
интенсивность излуч ен ия , г е нерируеl'lfОГО слоеl'\1 dl1 f!Q CJt~
5f_j

nрохождеция слоя вещества толщиной
уменьшитс51
согласно (4.1) до значения
dl = I 02xdlexp (-J
1
2xdl).
(4.3) •
Интенсивность теплового электромагнитного излуче­
ния поглощающей <:реды можно определить, интегрируя
(4.3) в пределах от О до l, т. е.
I=J/02xdlexp(- t2xdl).
Полученное уравнение с учетом ( 1.5) может быть
записано в виде равенства
l
l
)
I = ~~ JT2xd/exp (-J 2xdl ,
позволяющего найти выражение для яркостной темпера­
туры теплового радиоизлучения среды с потерями :
1
(•1
\
Тн=
0
~
T2xdl ехр - ~ 2xdl}.
(4.4)
В приведенных равенствах Т - термодинамическая тем­
пература поглощающей среды.
Поскольку d-r= 2xdl, в (4.4) можно произвести заме­
ну переменных; тогда
В том случае, если поглощающ ая среда изометриче­
ская,
(4.5)
Из (4.5), kак и из выражения (2.2), следует, что сре­
да и фидерная линия излучают, как абсолютно черное
тело, при re _, =11 = О. Подобное явление может иметь
место или в бесконечно протяженной среде (фидере)
или в среде с конечной толщиной слоя (фидере конеч-
51

ноt1 дл ины), 110 бес 1,опеч н о больtпим коэффициентом за ­
тухания.
Таки м образом , для наблюдателя, расположенного
н е посредствен но в излучающей среде, яркостная темпе -
н,
КМ
16
12
4-
о
\
\
\
\\.
1\\
"
"
Va=Tau-6,SH
'\.
JJa=Pao e-o,12s11 "'
'
\
~!\.
'
........
780 220 260 Тао, 0К
. 100
3D0 500 Рао,ммрт.ст.
Рис. 4.1
ратура будет определяться зако нами распределения ко ­
эффициента з атухания и термодинамической температу­
ры вдоль направления наблюдения и может быть запи­
сана в следующем виде:
Tя=2JT(l)x(l, l)exp[-2Jx(l, л)d l ldl. (4 .6)
Сферически симметричная модель атмосферы· Земли
в пределах углов высоты 5-90° может быть представ­
лена в виде плоского слоистого образования, физические
характеристики которого зав исят только от высоты Н.
Из анализа зависимости термодинамической температу- •
ры воздуха от высоты (рис. 4.1), полученной n резуль ­
тате усреднения данных наблюдений во многих пунктах
умеренных широт, следует, что до высот Н < 10 1и,1,
температура воздуха изменяется по закону ( Г ОСТ
4401-64)
•
Та= (Таа-6,5 Н) [0 К],
58

где Тао - термодинам11чесЕая температура воздуха у по­
верхности Земли.
Приведенное выраж е ни е за писывают та~,же в виде
следующей нелинейной зав исим ости:
Та= 1'аое-о,0 2зя..
(4. 7)
При инт е гриров·ании (4.6) практически достаточно
ограничиться высотой тропосферы, так как у верхней ее
границы вследствие низкой плотности воздуха коэффи­
циент затухания атмосферы ха ~" О. Из рис. 4.1 также
следует, что в пределах тропосферы термодинамическая
температура атмосф е ры изменяется незначительно, по­
этому при вычислении ее яркостной температуры за­
частую пользуются средней температурой, опреде­
ляемой равенством
о:,
r
I
l
0
\Та(l)·1.а(1, л)ехр
-
2J'·1.а(1, л) dl dl
J'У-а(1, Л) ехр[-2J!"а(l,л)dl]dl
Средняя температура атмосферы - это температура
изотермической среды, дающей радиоизлучение той :же
интенсивности, что и реальная атмосфера с распределе­
нием термодинамической температуры, подчиняющимся
выражению (4.7).
Для углов высоты h>5° среднее значение термодина­
мической температуры атмосферы принимают равным
(4] Тер а= (Та 0-32) 0 К. Поэтому для углов высоты 5-
90° яркостная температура атмосферы Земли может
быть определена •следующим выражением:
-9т
Тяа=Тс 1, а (1-е -а) ,
(4.8)
где
о:,
Уа= \ха(/, ?..)dl.
о
Поглощение элект ромагнитной энергии в атмосфере
Земли складыв<1ется из молекулярного поглощени,r в га­
зах, образующих земную q тмосферу, и поглощения в ги­
дрометеорах.
59

Молекулярное поглощение объясняется взаимодейст­
вием электромагнитного поля с молекулами газов, обла ­
дающими дипольными моментами электрического и
магнитного типов. Под воздействием поля дипольные
молекулы начинают колебаться. Колебательным движе­
ниям препятствуют силы связи с окружающими молеку ­
лами. Работа, затрачиваемая электромагнитным п олем
на преодоление сил взаимодействия молекул с окружаю­
щей средой, определяет уровень так называемого нере­
зонансного поглощения в газах атмосферы. Теория не ­
резонансного молекулярного поглощения электромагнит­
ного поля в классичес1<0й форме разработана Дебаем.
Наряду с нерезонансным поглощением у полярных
молекул наблюдается резонансное поглощение. В соот­
ветствии с квантовой теорией изменение энергетического
уровня молекул вызывает излучение или поглощение
электромагнитной энергии. При этом частота резонанс­
ного излучения или поглощения определяется измене­
нием энергетич·еского уровня молекулы и может быть
вычислена с помощью выражения, выведенного Эйнштей­
ном:
Здесь f:i = 6,6552 • 10-34 дж• сек - постоянная Планка.
Переход молекулы из более высокого к низкому
уровню сопровождается излучением электромагнитной
,энергии, обратный переход - ее поглощением .
Важно отметить, что излучение и поглощение элек­
тромагнитной энергии в области радиочастот ~;юзможно
при наличии у молекулы весьма близких энергетических
уровней, переходы между которыми разрешены закона­
ми избирательности квантiJвой механики. Этим объяс­
няется тот факт, что резонансное поглощение и излуче­
ние происходит на: вполне определенных для данного ..
вида полярной молекулы частотах .
Основными газами, образующими земную атмосферу,
является азот, кислород, водяной пар, двуокись угле­
рода, метан, закись азота, окись углерода и озон . Иссле­
дование этих газов показывает, что только молекульt
кислорода и nаров воды обладают относите.Jiьно боль­
шими дипольными момента1,1и (первый - магнитным /
второй - электрическим) и имеют разности уровней
60

..
энергии, обусловливающие ощутимое поглощение и из­
лучение электромагнитной энергии на волнах ю)роче
1О см, особенно выраженное в диапазоне миллиметровых
волн. Остальные газы атмосферы имеют столь малые
дипольные моменты, что их вклад в поглощение электро­
магнитной энергии сантиметрового и миллиметрового
диапазонов примерно в 10 - 3 раз меньше поглощения
в водяном паре.
•
Ван-Флек в 1947 г. проанализировал возможНЫЕ) мо­
лекулярные переходы у водяного пара и кислорода и
вывел уравнения, определяющие частоты резонансных
линий. Коэффициенты затухания электромагни+ной энер ­
гии за счет ее поглощения в кислороде ,х1, в водяном
паре х 2 изменяются с высотой по экспоненциальному за­
кону '[16] :
Х2(Н)=Х23ехр(- ::)•
Здесь х10 - коэффициент затухания кислорода у поверх­
ности Земли (см. табл . 4.2); х20 =ар 0 - коэффициент за­
тухания водяного пара у поверхности Земли; а - удель­
ный коэффициент затухания в парах воды . (см . табл.
4.2); Ро - абсолютная влажность воздуха у поверхности
Земли; Н1 =5,0 км и Н2 = 1,8 км - характеристические
высоты поглощения атмосферы, состоящей в первом
случае только из молекул кислорода и во втором - из
молекул водяного пара.
Характеристические высоты поглощения связаны
с полным поглощением 'Yi в водяном паре атмосферы и
'У2 в кислороде выражениями
со
)
У1 = \ X1dH =Х10Н1, 1
о
1
ею
}
У2 ....:. _
.\ X-2,dH = Х20Н2. 1
о
)
Экспоне·нциальный характер коэффициентов х 1 (Н) и
х2 (Н) объясняется тем, что поглощение в кислороде и
61

водяном паре является функцией давления, которое
в атмосфере Земли изменяется по закону
Ра = Раоехр (-0,125 Н).
Здесь Р ао - давление у повер х ности Земли. График из­
менения давления с высотой приведен на рис. 4.1 .
.Ро,
г-м·3
25
20
15
10
5
о
-
-
'
/,
,/
/
/
/
/
/
~
/
5 70 15 20 Тао,0С
Рис. 4.2
Более быстрое по сравнению с х 1 (Н) уменьшение
с высотой коэффициента х2 (Н) вызвано зависимостью
абсолютной влажности от термодинамической темпера ­
туры, которая в атмосфере убывает с высотой по закону
(4.7).
На рис. 4 .2 показано изменение уровня абсолютной
влаж1юпи атмосферы, насыщенной водяными парами
(относительная влажность Ro=l00%), от величины ее
термодинамической температуры . Существование подоб­
ной зависимости определ яет сезонные и зме нения средне ­
го распределения абсолютной влажности р 0 атмосферы
.по
высоте (рис. 4.3), которые, в свою очередь, обуслов ­
ливают изменение величины коэффициента х20 в течение
года . Кривые 1, 2, 3 , 4 (рис. 4.3) отражают изменения:
()о (Н) соответственно летом, осенью, весной и зимой.
Графики рис. 4.3 позволяют сде.пать вывод, что при
относительной влажности атмо.сферы, близкой к 100 %,
значение х20 в летний период в 5-6 раз может превы ­
сить уровень х20 , типичный для зимы. Следует отметить,
что летом абсолютная влажность приземного слоя всюду
примерно одинакова. Так, например, в пустыне Сахара ·
62

l
она лишь fl два ра з.1 меньше, ч ем й tредней полосе
Советского Союза. Зимой упругость водяного пара мо­
жет упасть до 0, 1-0,025 м.м рт. ст., а при ни зких темпе­
ратурах - до значений в несколько тысячных милю1-
метра ртутного столба. Напомним, что упругость
7,6 нlМ. рт. ст. соответствует абсолютной влажности
2
6 н.км
Рис. 4.3
р 0 =7,5 г. м-3 . Столь малая у пругость водяного пара
обусловливает при низких температурах (-70° С) край­
не малый коэффициент затух ани9t х2 (Н) в диапазоне
миллиметровых волн.
В работ е '[16] показано, ч то суммарное поглощ е ни е
в нижней атмосфере Земли
(4.9)
где 'Уг - суммарное поглощение в гидрометеорах; l1 и
l2 - эффективные пути в атмосфере.
Для углов высоты h>5°, когда атмосфера Земли мо­
жет быть представлена в виде плоскослоистой модели,
l1 =Hi cosec h,
l2=H2cosech.
63

Таблица 4.i
h, ~рад 1
[/ 1,,ерад 1
11, им
о
278,6
176,3
6
48,6
20,6
1
165,2
86,7
7
41,6
17,8
2
155,7
54,3
8
36,8
15 ,6
3
86,5
38,8
9
33,0
14,0
4
69,0
29,9
10
29,9
12,6
5
56,6
24,3
При вычислении суммарного поглощения для малых
зна чений углов высоты величины эффективных пут е й
в атмосфере следует брать из табл. 4.1 . Из табл. 4 .1,
в частности, следует, что с изменением угла высоты h
от 10 до 0° эффективные длины !1 и 12 возрастают при­
мерно в 10 раз, тогда как в пределах значений h от 90
до 10° они увеличива ются примерно в 6 раз . Это опреде­
ляет быстрый рост яркостной температуры радиоизлуче ­
ния атмосферы при малых углах высот. Многочислен­
ные экспериментальные измерения подтверждают су­
ществование подобной закономерности изменения ярко­
стной температуры радиоизлучения. На рис. 4.9 приведен
график Тя а ( !1), построенный по данным теоретических
расчетов (пунктирная кривая), на том же рисунке кμуж­
ками обозначены точки, отражающие результаты экспе­
риментальных наблюдений яркостной температуры без­
облачного неба на частоте 6 Ггц.
Для экспериментальных определений величины ко­
эффициента поглощения 'Уа в СВЧ диапазоне в последнее
время широко используется радиометрический метод,
основанный на прецизионных измерениях яркостной тем­
пературы радиоизлучения атмосферы. Яркостная темпе­
ратура небесного свода Т:я н в направлении угла высо­
ты h, зарегистрированная радиометрической станцией,
установленной на поверхности Земли, равна сумме яр­
костных температур атмосферы и космического излуче­
ния, т. е.
(4. 1О)
При измерениях под углами · высоты !1>5° полное
поглощение электромагнитной энергии СВЧ диапазона
6,1

\,
в атмосфере, свободно~~ от гидроМетеоров, оказывае;tс51
величиной сравнительно малой, что позволяет выраже­
ние (4.J,:b) записать в следующем виде :
7-\н (h) = Тни (h) [1- (х1оН1+х20Н2) cosec h} +
+ [(Тао -- 6,5Н1) Х1оН1+ (Тао - 6,5Н 2 )
Х2оН2 ]
cosec h.
Прираще1-р,~е яркостной температуры при изменении
\ угла высоты от h 1 =5° до h2 =90° в диапазоне сантимет­
. ровьтх
волн, гд_е Тн н пренебрежимо мала, определится
равенством
Л.Тян = [(Тао - 6,5Н1) Х10Н1 + (Тао - 6,5Н 2) Х
(4.11)
На метровых волнах необходимо учитывать вклад
в Тн н радиоизлучения ионосферы Тя и• Поскольку элек­
тромагнитная энергия в этом диапазоне волн поглоща­
ется в основном кислородом и поглощением в водяном
паре атмосферы можно пренебречь, приращение яркост­
ной температуры оказывается равным
ЛТп11 = [(Та0 - 6,5Н1) х10Н1~+Тн\ зен] (cosec h2- cosec h1) -
(4.12)
В приведенном выражении вследствие малости отсут­
ствует член, учитывающий поглощен_ие тропосферой ра­
диоизлучения ионосферы.
Из (4 .11) и (4.12) видно, что зависимость ЛТнн от
cosec h при h>5° является линейной . Это позво­
ляет по наклону прямой ЛТнн (cosec /i) определить вели ­
чину коэффициента 'Уа, а именно:
•
(4.13)
-хн -
лт.н
Уа- 1о 1- 3075(cosech - cosech)
,
...
2
1
Тяизен
307,5
(4.14)
Выражение (4.13) справедливо для диапазона санти­
метровых волн, выражение (4.14) - для метрового диа­
пазона. В выражениях (4.12), (4.14) Тнизен-яркостная
температура радиоизлучения ионосферы в направле~ии
зенита.
5-1190
65

На пракгике с помощью радиометричес1шх станций
прои зводится измерение приращения анте нн ой темпера­
туры, поэтому для вычисле ния приращения ярr( остно~
температуры необходимо з нать коэффициент рассеива­
ния приемной антенны.
1attl <t
'К
в
б
ч-
2
о
-
.,,v
1
/r;
(-
V
V,-
.У'lf
с;
в
12 со~ес 17,
10 15
\7
Рис. 4.4
На рис . 4.4 1(17] представлена кривая, отражающая
зависимость ЛТант=f(соsесh) на частоте 420 Мщ-. Из
рисунка . видно, что результаты экспериментальных из­
мерений удовлетворительно аппроксимируются прямой
линией в диапазоне углов высоты, превышающих 5°.
По данным радиометрических измерений зависимо- _
сти яркостной темп ературы от влажности воздуха пред­
ставляется возможным определить величину х10Н1. Как
указывалось, поглощение в водяном паре пропорцио­
нально абсолютной влажности воздуха, поэтому, если
проэкстраполировать экспериментально полученные зна­
чения Уа, можно получить значен-ие суммарного погло­
щения атмосферы при Р а =0, что позволяет IЗычислить
Х10Н1.
-
В результате обработки- данных радиометрических
измерений яркостной температуры атмосферы, свобод­
ной от гидрометеоров, были вычислены значения х 10Н 1
и а, приведенные в табл. 4.2 .
В табл. 4.3 [29] приводятся результаты теоретических
расч етов суммарного поглощения атмосферы, свободной
66
'f

Таблrща 4.2
л, см
х,0 Н1, дб
а, дб·м'-,,м-•-е-1 1 Литература
1,6
0,035
(2,5-8) -10- 3
[27)
3,2
0,054
7.10-4
[26 ]
25
0,058
32,5
0,051
[2 8]
44,3
0,05
56,3
0,058
70, 16
0,092
[1 7]
·от
гидрометеоров, в окнах про зрачности (в областях
'!
с малым поглощением) субмиллиметрового диапазона
волн.
Табл~ща 4.3
л,см 10,85 i0,72 1 0,6 10,46 10,36 10,02 1 0,0181 0,0151 0,013 10,01
у,,дб-км- 1 1611413513,71451513 l1,5i1,1jo,5
Как уже отмечалось, при силь ны х мороза х из-за вы­
мораживания резко падает упругость водя ·ного пара .
Rследствие этого суммарное поглощение атмосферы в ок-
11ах прозрачности заметно уменьшается. Изменение по­
глощения с уменьшением температуры приземной атмо­
сферы можно проследить по данным табл. 4.4.
В работе '[35] приведены результаты расчетов яркост-
11ой температуры теплового радиои злучения в диапазо­
не ч астот от 1 до 40 Ггц для трех состояний атмосферы
тао. ос;
-
40
-70
5"'
,,,
л=Всм
0,032
0,032
Таблица 4.4
1
л=l ,З iл=O,ss lл=o,121 л=О,б lл=О,s lл=О,461 л=О,36
см
см
см
см
см
см
см
1
0,024!0,022 !0,03810,1s 10,з810,1410,17
0,02 0,0032 0,0054 0,021 0,054 0,02 0,02
67

.и углов высоты 90, 30, 10 и 5°. Кривая / н~ ·рис. 4.5, 4.6,
4.7, 4.8 отража ет зави с и м ость яркостной температур1,1
радиоизлучения абсолютно сухой атмосферы (х20 =0,
...
50
,,
1
h=90°
/
/
10
-
/ //,,
5
/
[,'
/
/
,,,
,v
,/
-
-
_, ,,
г·-
·
10
Рис. 4.5
'
\
J/1
'\ iJ
J
1,
/.
/
/
i
'iO
f, Ггц
vг= О)° от частоты, 11 - изменение яркостной температу­
ры в средн·их широтах для типичного летнего дня (плот­
ность паров Н 2 0 в атмосфере 10 г • лг 3 и Уг=О), криван
100
50
h=J0°
/
/
/J
//
,о
,·
//
I
11
,
,
~
б
-
-
б
70
Рис . 4.6
68
ft,
11
'
'
tJ1
Г\
\
1\
1
л/
-
1)-
1
,
.,
50
f,Ггц

,.
III характери,з ует и зменение яркостной _темпе р атуры ат ­
мосферы влажно го летнего дня при плотности пар ов
Н2О, равной 20 г •м-3, и 'Уг= О. Поскольку кривые / и //l
Тяа, оК
300
100
i,.:---
,о
h=10°
/f
//
//
V/
~
/
1,,1,,
_
v
L--
........
~~ ~ __..,,,
5
10
Рис. 4.7
r-... ш
"'
(\л
/
'I
7
50
f,Ггц
н а п риведенных рис у нках отражают и зменения яркост­
ной тем п ературы для пред ельных з нач е ний влажности
атмо сф еры, то в случа е отсутствия сверхрефракции и
Тяа, ок
300
100
50
20
1
111
/Г\
..... rш
h =5°
/1 \Jл
I
/
/
/
11/
/
~
"
~v
1,;
....
~
5
10
Рис. 4.8·
50
f, Ггц
п о гло ще н ия в гидрометеорах эти графики определяют
нижний и в е рхний пред елы темп е ратуры шума, обуслов­
лен н ого тепловым радиоизлучением атмосферы Земли .
69

4.2 . Поглощение и радиоизлу•1ение rидрометеоров
атмосферы
Ослабл е ние радиоволн в гидрометеорах атмосферы
и их собственное тепловое радиоизлучение изуlrены срав­
нительно мало. Несмотря на то что данные теоретиче­
ских расчетов коэффиuнеIIта norлощения в г11Дрометео­
рах хорошо согласуются с результатами эксперименталь­
ных измерений, вычислить яркостную температуру
атмосферы в период выпадения осадков и при наличии
конденсаций крайне затруднительно. Это объясняется
тем , что для расчетов ослабления и температуры шума
атмосферы н е обходимо знать такие дополнитель ные па ­
раметры, как высота, толщина и распределение общ1ч­
ности, интенсивность дождя и е г о распределение в про­
странстве, размеры капель и т. п . Несмотря на эти труд-
1-10сти, можно рассчитать «штормовую» шумовую
температуру атмосферы, предполагая сам ые неблагопри­
ятные метеорологические условия.
Ос,чабление электромагнитно го излучения, распро­
страняющегося в атмосфере', содержащей воду в виде
конденсаций, происходит как за счет рассеивания, так и
вследствие поглощения. Когда размеры ка пель воды
намного меньше длины волны, поглощение оказывается
пропорциональным суммарному содержанию воды в еди ­
нице объема атмосферы, т. е. ее водности М, измеряемой
в г • лг 3 . Значения коэффициента поглощения х2, рассчи­
танного для температуры 18° С и выраженного в дб • км - 1 ,
для этого случая приведены в табл. 4 .5 . Табл. 4.6 отра­
жает зависимость коэффициента затухания от интенсив­
ности дождя. <;ледует отметить, что мокрый снег вызы­
вает затухание примерно в 2,5 раза больше, чем дождь
той же интенсивности. Затухание в сухом снеге значи­
телыrо меньше, чем в дожде.
Таблица 4 . 5
~-
Видимость, М,
х2 , дб-l{м- 1
м
Z·AC3
3 Гец
\ 6Ге1f
1 10г,щ
1 30Гец
600
0,032 1,3 -10- 4
6-10-4
1,5• 10- 3
1,3.10- 2
120
0,32 1,3-10 - 3
6-J0-3
],5.J0 - 2
О, 13
30
2,3
10-2
4,2 .10- 2
О, 11
1,0
70

...
tаблица 4.6
..:: '"
..-
-
.
-
--
Интееснв-
'•· дб •1СМ" 1
Метеоролоrнче -
ность,
ские условия
осадков,
ММ•Час- 1
ЗГгr, 1 6Ггц
1 10Ггц 1 39Гг1;
1
Изморось
0,25 1, ]О-4
5.10 -•
2-10-3
3,7-10-2
Слабый дождь
1
4.10-•
3.10-3
1,6,10- 2 0,27
Умеренный
дождь
4
1-10-з
1,1-10-2
6,1-10-2 0,74
Сильный дождь 16
6-10- 3
7,2.10- 2
U,32
2,04
Осадки характеризуются такими переменными пара­
метрами, .как продолжительность, интенсивность и пдо­
щадь их выпадения. Эти параметры находятся в опреде­
лен н ой связи между собой. Так, например, чем более
инте1;1сивен дождь, тем меньшую область он захватывает
и тем .короче время выпадения осадкоrз. Если области
обложного дождя могут занимать до 1 ООО км в длину
и от 50 до 300 км в ширину, то области ливня достигают
нескольких сотен километров, а зоны наибольшей интен­
сивности имеют размеры JJорядка 10 км. В области об­
ложного дождя интенсивность выпадения осадков со­
ст авляет 3-5 м.м • час - 1, тогда как в области ливня
интенсивность может дости_гать значения до нес кольких
десятко,в f даже сотен миллиметров в час.
Зависим.ость между интенсивностью осадков и их
пр одолжительностью для . Европейской части СССР (по
Э. Ю. Бергу) характеризуется цифрами, приведенными
в табл. 4.7.
Годовой ход осадков характеризуется большим раз­
нообразием. Максимум осадков в различных широтах
приходится на разное время года . В тропической области
(от 1О до 30° широты) дождливый период приходится на
лето и продолжается около 4 месяцев. В средних широ­
тах северного полушария наиболее дождливым оказыв·а­
ется июль, а сухим - январь, февраль.
Таблаца 4.7
Интенсивность 1
осадков,
6
9
12
15
24
30
мм,час-1
Продолжи-
6\-120 1
тельность,
мин
121-240
31-60 60 -30 6 -15
5
71

Затухание электромагнитной энергии СВЧ диапазо­
на в облаках может быть вычислено [48] с помощью фор­
мулы
о,438 М [дб _1
Х2= ~
. /-СМ j.
Для расчета затухания в облаках необходимо распо ­
ш1гать сведениями об их водности и мощности. В табл.
4.8 приведены усредненные значе ния вертикальной мощ­
ности облачных слоев, их протяженности, относительное
время существования и водность облаков средних широт.
Поскольку облака верхнего яруса - перистые, перисто ­
кучевые и перисто-слоистые, состоящие из ледяных кри~
сталлов, вносят незначительное ослабление, они не наш­
ли отражения в таблице.
Практика показывает, что вертикальная - мощность
слоисто-дождевых и кучево-дождевых облаков может
достигать, особенно летом, 5-6 км, а в отдельных слу­
чаях - 7-10 км, поэтому средние значения вертикаль­
ной мощности этих облаков, приведенные в табл. 4.8,
_Таблица4.8
6.
"'
"(~ ~
:,
:,:
Относительное
.,
о,
..
"'~ i
"'"'
"'"'
"
время, %
~ 1\)
"' ..-
Метеоролоrяческие ~~~
., :,
:,: ,_
условия
il; .
:,:
.
~ ~~ Тип осадков
Зима 1
:,: ":,:
о: ..
е( ..
е("'"
,_ ,_
Ou
~~ @~~
Лето
~~о "'-о
u ~ ::s t:;:,:
U:,:
;а::"' ,i,
Ясно .....
-
-
-
-
-
22-48 40-65
Слоистые обла-
ка
0,6
-
о,15 0,75
Морось
Сnоисто-куче-
вые облака 0,45 - о, 14 0,66
Морось
27
17
Кучевые облака
13ысокослоистые
0,6
-
-
О, 1-0,2 Морось
-
-
облака
0,45 - 0,03 о,1
Снег,
-
-
слабый
дождь
Высококучевые
облака
о, 15 - 0,09 0,24
Морось
-
-
Слоисто-дожде -
вые
1,0 50 0,2
1,О Обложные 12 8
осадки в
виде дождя
и снега
--
.
Кучево-дожде-
вые
2,0 !О !,О
8
Ливневые 9
6
осадки
72

..
нужно рассматривать как ориентировочные. Следует от­
метить, что в умеренных широтах интенсивные осадки
выпадают в основном из кучево - и слоисто-дождевых
облаков, обладающи:)( большой вертикальной мощно­
стью. Кучево-дожJI_евые облака являются наиболее вод­
ными и дают осадки в виде ливневых дождей. Слоисто­
дождевые облака, хотя и имеют небольшую водность,
но вызывают длительные дожди.
В литературе приводятся некоторые результаты экс­
перимента льных измерен11й яркостной температуры ат­
мосферы при наличии облачности (кривая 2) и в пери­
од выпадения осадков (кривая 1) (рис. 4.9) . Графики
рис. 4.9 1(35] отражают зависимость изменения яркостной
температуры на f =6 Ггц от угла высоты в процессе вы­
пад е ния осадков в виде моросящего дождя, интенсив ­
ность которого у поверхности Земли iд = 6,35 мм • час- 1 .
Одина ковый характер зависимости Тя а (h) в период вы­
падения осадков (кривая 1) и при отсутствии гидроме­
теоров (кривая 3) авторы объясняют небольшими ра?­
мерами области, занимаемой моросящим дождем.
В работ е ![38] на основании экспериментальных изме­
рений температуры атмосферного шу ма на частоте
6 Ггц во время выпадения осадков в виде дождя были
выполнены расчеты зависимости от длины волны яркост­
ной температуры радиоизлучения атмосферы, содержа­
щей однородный слой атмосферных осадков при h=90°.
Из рис . 4.10 следует, что температура шума при отно­
сительно низкой интенсивности дождя (47 мм• час- 1 )
может быть больше, чем при высокой интенсивности
( 117 мм· час- 1 ). Это явление, по-видимому, объясняется
большей толщиной эквивалентного слоя, занимаемого
осадками в первом случае. Нельзя не отметить, что в ко­
ротковолновой части сантиметрового диапазона шумо­
вая температура радиоизлучения атмосферы, содержа­
щей воду в виде конденсаций, стремится к ее термоди­
намической температуре, независимо от интенсивности
ДОЖДЯ.
Графики, приведенные на рис. 4.9, справедливы при
установившемся дожде. Ряд наблюдателей отмечает.
что яркостная температура атмосферы увеличивается
еще до того, как у поверхности Земли регистрируют вы­
пад ение осадков. Отмечается также, что в некоторых
случаях наблю.цается слабая корреляция между интен-
7~

-
.
;
j
~
Т
"
а
'
о
К
1
0
0
5
0
ч
-
0
2
0
7
0
6
·
l
f
2
(
j
)
·
L
O
ч
-
0
Р
и
с
.
4
.
9
1
"
6
0
?
-
.
в
о
t
J
1
,
г
р
а
д
Т
я
а
,
о
К
4
0
0
2
0
0
1
0
0
6
0
4
-
0
2
0
1
0
_
6
~
'
2
i
д
=
4
-
7
м
м
-
ч
а
с
-
1
-
~
~
l
/
f
f
7
м
м
-
ч
а
с
-
1
-
5
2
,
5
м
м
-
ч
а
с
-
1
~
1
1
5
5
м
м
-
ч
а
с
-
1
~
'
'
"
"
'
'
'
"
"
·
"
'
,
'
\
~
'
\
\
.
\
.
-
~
~
\
'
v
'
'
'
-
~
~
•
2
-
1
/
'
t
1
~
Z
д
=
м
м
-
ч
а
с
_
1
/
~
J
З
,
5
м
м
-
ч
а
с
,
.
-
.
.
.
.
.
'
'
\
~
\
1
'
\
·
'
'
\
1
\
'
\
1
\
'
1
1
"
\
\
[
\
[
\
1
2
3
l
.
f
5
6
8
1
0
?
t
,
,
с
м
Р
и
с
.
4
.
1
0
.
,

100
'; 80
i5
'
:,-
:,,:;
с
.; 20
1-.."'
-
-
-
---
о
00.ч-5
-
-
-...-~
\
Тяа
~
'
1\
~1
11,!
11
1/11\V\
r-1
1•'
N1\
--1-
1Zд
.,,.
/
'_е-
'
.,,,. -
.....,
--
.....
'
00.55
07 .05
01.15 t
Рис. 4.11
сивностыо дождя у поверхности Земли и ш умовой тем ­
перату рой атмосферы . По добный случай отражают гра­
фики ри с. 4.11 '[35], с праве длив ы е при f=б Ггц и h=90°.
4.3 . Поглощение и радиоизлучение ионосферы
Оценим вл ияние радиоизлучения ионосферы на шу­
мов у ю т ем п ера туру при емного устройства. Согласно за·
кону Кирхгофа радиоизJrучение среды с пот е рями про­
порционально уровню поглощения в ней электромагнит­
ной энергии. Поглощение в ионосфере на частотах, зна­
чительно превышающих критическую частоту
eVN
V-
fп=----=9-10-з N,
21tym
(4.15)
определяется в основном поглощени ем в слое - F [15].
В выражении (4 .15) е и т - соответственно заряд
и масса электрона, N - число электронов в 1 см 3 .
В направлении угла высоты h=90° поглощение
электромагнитной энергии в ионосфере на частотах
f»fп опред еляется соотношением
СУ.>
с:о
'(F= 4
,
34fe2
2
rNvdH= 1,16- 10- 2}'-
2 rNvdH, (4.16)
•
1tmc
\
.)
•
6
б
где с- скорость света.
В слое F ионосферы чи сло соударе ний v определяет­
сп соударениями с ионами. Если по ла г ать, что слой F
75

имеет эле·ктронную teмne'patypY Та= 1000° К, N = 10'\
число соударений оказывается примерно равным
v= 45N/т:12 и выражение (4.16) в этом случае мо:жет
быть записано в виде равенства
с.а
уF=0,52J-2 j ;:/2 dH.
оэ
(4.17)
С учетом распределения электронной концентрации
и температуры в слое F выражение (4.17) принимаег
следую щи й вид:
с.а
v = О 52f-2Т-312SNodH
1F
'
эо
'
u
где Т80 -- среднее зна ч ен ие э лектронной температуры
вблизи максимума слоя F .
Считают, что наиболее в•ероятные зна чения электрон­
ной температуры днем Т80 = 2000° К, а вечером и утром
Тэо = 1000° К.
В работе {l~ показано , что
,,
00
\·
2
N5(
16
\
..
N dH= т н2F+кн1F1
-Н1р
и, таким образом,
(4.1 8)
Здесь H1F и H2F - границы нижней · и верхней . часта
слоя F , отсчитываемые от его максимума.
Для ' стандартных значений параметров слоя F
'(No= 106, Тэо= 1000° К, H 1F= 150 км, Н2р= 300 км) коэф·
фициент поглощения на частоте f= 18,6 Мгц равен
' \'F= 1,1 дб . Эта величина подтвержде на эксперименталь­
ными измерениями . Поскольку, согласно выражению
(4.18), логлощение электромагнитной энерги,и в ионо­
сфере обратно пропорционально квадрату частоты, мож­
но утверждать, что на частотах выше 100 Мгц поглоще­
ние и собственное радиоизлучение ионосферы можно не -
принимать во внимание.
76

f'лава 5
Т ЕПЛОВО Е Р АД ИОИЗЛУЧЕНИЕ ЗЕМН О ГО
ПОКРОВА
5. t: Яркостная температура радиоизJiучения
земного покрова
нагретые тела на поверхности Земли, в том числе и
сам земной покров, являю·гся источниками теплово•
го радиоизлучения. У подобных объектов поток их соб­
ственного радиоизлучения распространяется в двух сре­
дах с различными электрическими свойствами. Вследст­
вие этого яркостная температура радиоизлучения почвы,
регистрируемая в атмосфере, зависит от соотношения
электрических параметров атмосферы и излучающей
среды, а также от угла высоты h 1, под которым осу­
ществляется прием излучений.
Рассмотрим тепловое радиоизлучение однородной
среды 2, заполняющей полубесконечное пространство
в области отрицательных значений z (рис. 5.1) и отде ­
ленной от среды 1 плоской граничной поверхностью.
Вследствие различия электрических свойств сред 1 и 2
поток излучения среды 2 лишь частично проню,ает
в среду 1 через границу раздела 2-1. Для определения
потока теплового радиоизлучения среды 2 в среде 1
найдем выражение для составляющей вектора Пойтинга
в направлении оси z в среде 1. Анализ будем проводить
применительно к диапазону сантиметровых и миллимет­
ровых волн.
Как известно, в СВЧ диапазоне практически все ви­
ды земных покровов и неметаллические объекты . харак­
теризуются малым тангенсом угла электрических потерь
(tg о< 1), вследствие чего волновое сопротивление сред
р, как и их относительные диэлектрические· проницае­
мости 1:,1
,
носят вещественный харахтер. / Будем также
п олагать , что магнитные проницаемости сред μ1 = :μ2 . =
= f1.n.
77

nусть направление ра с,пространения поток а тепло­
вого радиоиз лучения среды 2 совпадает ,с плоскостью yoz
(рис. 5.1) и составляет с поверхностью р аздела, .11ежа­
щей в плоскости хоу, угол высоты /1 2. Рассмотрим про­
хождение плоской электромагнитной волны из среды 2
в среду 1 в случае , когда электри ч еский вектор лежит
вдоль оси х. В принятой системе координат составляю-
Среда 1
''
Среда 2 .
• Рис. 5.1
щие векторов Ех и Ну падающей и отраженной волн
в среде 2 и волны, прошедшей в среду 1, будут иметь
вид:
Е•_(А
-ju.,z _ В ju.,z) -j ~,!I
2х-Р2 е
е
е
,
if-
• h (А -ju.,z + В ju.,z) -jp,'f
2у-sш2е
е
е1
,
)
1
1
1
}
(5.])
v1 , v2 - скорости распространения электромагнитной энер­
гиивсредах1и2.
78

В выражениях (5.1 ), (5.2) миожитеJiь e1"'t опущен.
Так как граница раздеJiа 2 - 1 совпадает со • зна-
чением z = О, то в cиJiy граничных усJiовий Е ix =
=Ё2х и Й1у= Н2 у. ДJiя того чтобы e-i~,Y = e-i~,Y, доJiжно
выпоJiняться усJiовие ~1 = ~2 при Jiюбом у. Это возможно
при
когда
Р2 (А - В)= Р1С1,
(А+В)sin/12= Сsinh1.
(5.3)
(5.4)
(5.5)
·выражение (5.3) представляет собой закон CнeJIJIИy­
ca. Умножив и разделив (5.4) на (5.Б), имеем
Р.2 (А2 - В2) sin h2 =р1С2sin /ii,
Р2 А-В
Р1
sinh2 А+в= sinh1 '
(5.6)
(5.7)
И з (5.7) можно найти выражение для коэффициента
отражения
(5.8)
В (5.8) Рпt гор и Рп2 гор - приведенные волновые
сопротивJiения сред 1 и 2 для эJiектромагнитных излу­
чений с горизонтальной поJiяризацией:
Р1
Р2
Рщгоr.= sinh1 ' Рп2rо:!= sinh2 •
(5.9)
На основании соотношений (5.1) и (5 .2) проеiщии
вектора Пойнтинга на ось z для падающего потока тепJ10-
1зого радиои зJiучения в среде 2 и потока, прошедшего
в среду 1, за писываются в виде равенств
1
•
•
1
2•
P2z= 2 Re[Е2х+H'\vl = 2 Р2А2SШh2,
(5. 1О)
7r:J

G!оследнее равенство с учетом (5 .6) приводится J< виду
P21z = i- Р2:(А 2 -:В2) sin-/i2 = -P2 z О-=-~, ;2)=
= P2z (1 -R:irop ).
Векто_р Пойнтинга, как известно, характеризует коли­
чество энергии, проходящей через еди ничную площа дку,
перпендикулярную вектору, в еди ницу времени. Поэтому
по ток энергии теплового радиоизлучения среды 2, про­
никающий в среду 1 через элеме нтарную площадку ЛS
в пл оскости раздела 2- 1 (рис . 5.2), опр едел ится рав е н­
ством
в котором Р21 и Р2 - значения вектора Пойнтинга в на­
правлении распространения потока в средах 1, 2.
Из п остроения .рис. 5.2 следует, что проекции пло­
щадки ЛS в направлении углов высоты h 1 и h2 связаны
с о о тнош ением ,ЛS 1 siп h2= ,ЛS2 sin h 1, вследствие этого
можно записат ь
(5 .11)
Таким образом, при наклонном пад ен ии п оток теп­
лового ра диои.злучения среды 2, про х одящий в среду /
через поверхность раздела 2-1, равен разности между
падающи м пото1<ом излуче11ия и обратно отраженным
потоком .
Можно пока зат ь, что выражение (5.11) справедл11во
и для вертикально поляризованной составляющей теп­
лового радиои злучения , когда коэффициент отражения
от гран и цы раздела 2-1 равен
где
R.
_
Рп2mерт - Рп,.,ерт
21веr~т - Рп211ерт + PntmepT '
(5.12)
(5.13)
Спектральная плотность мощности шу ма п отока теп­
лового ращюизлучения среды 2, ш1дающего на границу
80

,
,у
Рис. 5.2
раздела 2-1 под углом высоты h2, в общем случае опре­
деляется выражением
OQ
p1=k ~T 2(z)e-''x 2 (z)dz,
(5.14)
о
в котором т 2 - термодинамическая температура среды 2,
00
't2= 2cosech2 .\ х2(z)dz
о
-
оптическая глубина среды 2;
• -~Г e'2(Vl+tg2 a2-l) ] 112
х2- л,·l
2
(5. 15)
-
коэффициент затухания электромагнитной энергю:
в среде 2;
л 1 -- длина волны в среде 1.
Длясредсtg02~1
-
1ttg а2 Jf?"; fнеп•м- - 11.
Х2-
Л1
Затухание радиоволн в децибелах на метр
х2 [дб·.Аf- 1j = 8,7х2 fнеп,•м- 11
6.- 1l9Q
(5.17)
8\

Если и злуча ющап среда является однородной и рав­
ном е рно прогрета, а таI<же при -i: 2 » 1, когда в пр еделах
малой толщины слоя dz термодинамическую температу ­
ру среды 2 можно считать величиной постоянной, спект­
ральная плотность шума р 1 =kT2 .
Яркостная температура радиоизлучения среды 2
в среду 1 в подобном случае определится равенством
(5.18)
из которого следует, что Тя 21 является функцией коэф­
фициента отражения эле1промагнитной энергии от гра­
ницы раздела 2-1.
В выражении (5.18) А 21 -- коэффициент излучатель­
ной способыости среды 2 в среду 1.
В том случае, когда для неровностей Ян поверхности
раздела сред выполняется критерий шероховатости Ре­
лея
(5.19)
коэф ф ициент отражения R 21 определяется выражениями
(5.8} и (5.12), которые с учетом (5.9) и (5.13) могу т
быть за пис аны в следующем виде:
R21ье: ·т = _Р_,_sJ~п~h_2_- _ p,_s~Jn_hh, ., '
1
р1siпh1+р2sin 2
R .,=Р,s!nh,-
р, siп /12
21 ro,
р1sinh2+р2sinh,
(5.20)
Если тангенс угла потерь обеих сред мал и среды
являются немагнитными, угол высоты h2 при заданном
значении h 1 может быть вычислен с помощью закона
Снеллиуса ('5.3) че.рез известные волновые сопротивле­
нияр1ир2,т.е.
(5 .21)
1:3 длиноволновой части сантиметрового диа па зона
некоторые виды излучающих сред обладают значитель ­
ным танг е нсом угла электр ически х потерь, нз-за чего
волновое сопротивление имеет комплексный ха рактер.
Как показано - в [47], при h1 =const и данном соотноше­
нии модулей волновых сопротивJJениf! T·J сопротивлений
8i

•
сред 1 и 2 угол высоты h2 в среде с потерями вtеrда
несколько превышает угол высоты в среде без потерь.
Однако для практических расчетов изменением угла
высоты за счет влияния потерь при всех значениях вол­
новых сопротивлений реальных сред можно пренебречь.
С учетом (5.21) выражения для приведенных сопро­
тивлений излучающих сред можно преобразовать к ви­
ду
(5.22)
(5.23)
Теперь коэффициенты отражения (5.20) запишутся
следующим образом:
2•h
V222h}
Р1s1n 1-Р2
Р1- Р2cos 1 1
R2не· т =
-::---------=========,
Pisinh1+р2JfPi- р~cos2h1
}
1
р2sinh, -v·Pi- р~cos2h,
R21ro:, =
-----:-с======
р2sinh,+У р~ - р~cos2h1
(5.24)
Используя выражение для волнового сопротивления
р = V~Lо/в' и учитывая, что в' воздуха практически рав­
на единице, нетрудно (5.24) привести к виду, часто
встречающемуся в литературе:
е'2sinh1- уе'2- cos2 h1
е'2sinh1+Vе'2- cos2h1
sinh1- у.е'2- cos2/11
sin/11+ Уe'2~-_cos2 /11
(5.25)
Выражения (5.25) носят название формул Френеля.
5.2. Электрические свойства земных покровов
Для теоретических расчетов зависимости коэффи­
циента излучательной способности различных земных
покровов от угла высоты в общем случае нужно знать
их комплексные волно'вые сопротивления в рассматри­
ваемом диапазоне частот или относительную диэлектри-
6*
83

J'аблица $.1
...
Внд земной породы
Л1, СМ
•',
tg il,
Литература
Кварцевый песок
3,2
2,25
1,24 - 10-з
\
Гранит.
3,2
4,6
10- 2
[24 ]
Туф
3,2 1,8-4,4
7,2,JQ-З
1
,Трахитовая лава
3,2
2,8
1,3-10-2
llепел вул1{ани11еский
3,2 2, 1-3,3
1,1-10-2
-1,710- 2
}
Сухой .песчаный грунт . . 9
2
1,5 10- 2
[44]
Влажный песчаный грунт 9
24
2,5• 10- 2
Бетон
3,2
6,25
-
}
Стекло
5,5
7, 18
2-lQ-3
[46]
чес кую проницаемость е'2 и тангенс угла электрических
потерь tg 62.
В табл. 5.1 приведены данные лабораторных из­
мерений электрических параметров некоторых земных
пород в диапазоне сантиметровых волн. Разброс значе ­
ний е'2 и tg 62 объясняется в основном различной плот­
ностыо испытуемых образцов, так I<ак п еред измерением
свойств образцов абсорбированная влага удалялась.
Как показано в {16], в СВЧ диапазоне тангенс угла
электрических потерь у земных пород практически не
зависит от отношени.й tg 02/q и (Vе'2-1)/q (q - плот­
ность образца); и с точностью ± 15 % в первсм случае,
и ,±5% во втором, инвариантен плотности породы.
Отмечается также слабая зависимость tg о от л.
Представление о величине относительной диэлектри ­
ческой проницаемости и коэффициента поглощения п ес ­
чаного и глинистого грунтов можно получить из графи•
ков на рис. 5.3 и 5.4 [30]. Графики отражают зависи ­
мость электрических свойств песка и глины от их
абсолютной влажности
_
т"л -mcyx JООО /
,n-
_
_
_
__: __.
О·
тсух
Из графиков следует, что относительная диэлектри­
ческая_ проницаемость и коэффициент поглощения грун ­
та возрас,ают с увеличением влажности примерно
в прямой пропорциональной зависимости. Поглощение
84
:t

..
е'
9
Б
з
о
зб9т,%
а!, ОО·М -1
12
9
6
J
О•369т,%
9
6
з
о
?v,=60 СМ
V
V
/4
~v
.
З69т,%
aJ, ао-м -I
36
27
18
g
о
'Jч=БОсм)
J
/
ol, ,
З69т,%
с:' ?с1=1О см
18
12
6
о
зб9т,%
Песок
се, 06-м
_,
2ч-О
180
120
60
о ~~-~-~......
З69т,%
Рис. _ 5.3
t'
л1=f0 СМ
18
12
6
о
з69т,%
Глина
<2, дб•м- 1
ч-00
300
200
100
о
;t,=10 см
-у'
/// о
3 6-9 т,%
Рис. 5.4
cl
g
6
з
о
'J
б.9 т,о/о
re, об-м-1
1200
900
600
'300
8
ч-
о
з6gт,3⁄4
"
:Е, {J{j.м-'
16 00
12 00 l---+ --+- -1--+ -+--i
8001---+- -+ ->'----+ ~+ -- -<
о~-+--~-~~
З69т,%
85

с ростом частоты возрастает в первом приближет-iиН 110
экспоненциальному закону (рис. 5.5) .
•
Увеличения относительi-юй диэлектрической прони­
цаемости почвы и тангенса электрических потерь с рос­
том ее влажности обусловливают завис имо сть яркостной
температуры излучения земного покрова от метео ро ло ­
гических условий.
il!z, ilб· м-1
1000 $\..
700
500
"
1с.
300
100
70
50
30
10
7
5
\:
'
'\
1'\ 1\
11..'
1\. i\
\',
11..1\
\i\~~
1'
'
1
1
~
~--
.. ..
... .
'\. ~
'\.
"~
~
Песок .
35710
Глина
.
'
'-
/
"'
'
1
,....._
,._
,,
i""
)
'
11.. '- т-iЬ%
'\
'\~5%
1\.. !\
1\.1 -,
J1
. 10%
r-..,,.f%
.,.
30 5070100
Л,см
Рис. 5.5
Пред ставление об электрическ и х св ойствах пресной
и соленой воды дают графики рис. 5.6 -5 .9 [10]. Соле­
ность воды s на рис. 5.8, 5.9 выражена в промилях (%о) .
В диапа.зоне са нти мет ровы х, а тем ·более миллимет ­
ровых волн кри тер ий ш ерохо ват ости Релея выполняетсп
лишь для очень немногих видов по ве р х ностей . И з прак ­
тики радиолокационных измерений известно, что поня­
ти е « ровнаю~ пов е р х ность в сант им етровом диапазоне
волн применимо для спокойной поверхности открытой
воды , асфащ,тированных и бетонированных покрытий и
иных п ок ровов подобного рода. '
86

.-.---~-
.
--
,..__
1
80
-,.,
J::t--t,-
~~
----..;;;;:i,.__
60
~~t--
к,1'- . '/.,:,750 ~
~
~~ ~ у_-е
•1\ -~
r'°',.,
.
..
zo
~l'\t"'~
1\1\
1\
'~
,.____.,.
'-,,
СТрееная Boila
11
)
~
7010 f. гц
Рис. 5.6
tg о"· 10"
1
1111
..:-
Тс=1,~ос
~
5ос
....
-'
/
~
15°G
'
-
z5oc
/ / ,.,,;
.. ....
,\
///_
....
....__
'\\
/// /
75ос
'\.~
~
V/
\
/[/
_...1--"
.........
~v /V
.....
11 1111
1'\
1111 111,
"
,
/', /
',/
/
•
/
1,
Пресная fJo(Ja
-
/'/
-
//
'(f/1/
'1; l/
/
l/
1
1010 f, гц
риi;. 5.7
87

На рис. 5.10 пока за на расчетная з ависимость коэф­
фициента излучательной. способности А 21 от угла высоты
у объектов с ровной граничной поверхностью, обладаю-
70
60
50
-- ....
\
г'--
.... ('.
1'-.
J. --
~
s=5:Yoo ~? -;
-
~).
Си,1еная 8oiJa
20%0
:"f
1·=2:,- 0С
30%0
~м
111111 1
'i-0%o
~~
1
1010
f,гц
Рис. 5.8
• щих
относительной диэлектри-ческой п роницаемостью
е'2 = 2 (сухой песок) и е'2 =80 (вода). Эксперименталь­
ные измерения яркостной температуры п есчаной почвы
(е'2=З) (рис. 5.11, [36]), неровности на поверхности ко -
.
.
\.
С-------
~-
СолР.ная fftJtla
1------
\
1
Т=25°С
"
!\
1
10"
!' ..
1
1
..
11!
1~
'r-. s = JOo/oo
.,,
\,
...
-
....
......
·-;;-
'
20%0
.......
11
'
.......
.,
1" 5%о
.......
li-
.,,,,,
l
_,, l,'
2·/0 3
1
.
10'0 f,гц
,
Рис. 5.9
торой удовлетворяли неравенст ву (5. 19) , подтверждают
характер кривых рис. 5. 10. Измерения в ып олнещ,1 на
f=2,3 Ггц при Т2 =281° К,
85

А21
л-.....~.
1.,..
'
.\
'
7
V
0,8
1 V Az1~r.pт )( 1/
'"-
J
'
.
J
о/ \7V
o,r;
J
1<\; /
I
/\
/ •,'1/
у\
q_,'v
о, 9-
•·
O;Z
/
17 ..
i\
)J:
r,,.
/'1/л
'o\'J/
, .1,,
/I
1 -'//
Az1 rop
~:i.
'.J
7/v
. \/7
'О
/
V
,
(
,..
./
гЗ51020зо5090
h1,град
Рис. 5.10
Таwт,
ок
~
Тант верт
260
/
,...___
/
./
V
220
/ Тант гор
J
/
,
........-
180//
J
1lf0
/
/
100
j
/
60/
О•20
if.O
60
во
h 11 граа
Рис. 5.11
89

С увеличен11ем шероховатости поверхности раздела
1-2 кри в ы е , о тра ж ающи е з ависимость коэффициентов
излучательной способности ~ля горизонтально и верти­
I<алыю полярнзованных составлпющих излучения от
угла высоты, сближаются в области малых углов высо­
ты, при этом кривые А 2 1 верт (li,) и А21гор(h1) смещаются
1
гво
'
~-
""- 11')"V \ 1_ -~
!--
,___
гч-о
гоо
/
\'
r/я в~рт} .
t
\
J\,=i},4 см
т} ТягорJ
'~ ве~п
',\,= З, 2 см
Т• гор
--
"" "'~
/
160 f--
~
/-
12.0
/о
го
50 h,,град
Рис. 5.12
и область их больших з нач ений, что _обусловливает уве­
.п ичение яркостной температуры и ослабление поляриза­
ционны х свойств теплового радиоизлучения объектов.
На рис . 5.12 приведены графики зависимости яркост­
ной температуры т е плового радиои з лучения асфальтиро­
ванного покрытия от угла высоты на волнах 0,4 и 3,2 см -
[5]. Пос1ильку при неи з менном характере -неровностей
неравенство (5.19) на ?ч = 0,4 см проявляется сильнее,
чем на ?ч=З,2 см, сближение кривых Тягор(h 1 ) и ­
Тя верт (h 1) в диапазоне миллиметровых волн оказывает­
ся более выра:н<енным, чем в диапазоне сантиметровых
волн .
С усилением неравенства (5.19) поверхность раздела
сред 2.
-1 приближается по своему характеру к матовой,
что приводит к увеличению коэффициента излучатель­
ной способности составляющей яркостной те~тературы,
90

вызванной отражением теплового радиоизлучения сосед­
ним и элементарными площадками. Коэффициент излу ­
чательной способности достигает наибольшего .з начения,
а яркос 'гная температура радиои злу чения оказывается
равной термодинамической температуре излучающей
1/0
Рис. 5.13
среды в случае, когда граничная повер хн ость принимает
характер поверхности ламбертова излучателя (является
в диапазоне радиочастот абсолютно матовой). Излуче ­
ние ламбертова излучателя , 1<а1< и звест но, является диф ­
фузным.
Пр и диффузном излучении кривые зависим ости ко­
эффициентов излучательной способности для горизон­
тально и вертикально поляризованной составляющих от
угла высоты практически сливаются. Подобный закон
изменения излучательной способности в сантиметровом
и миллиметровом диапазонах волн является характер­
ным для теплового радиоизлучения леса, кустарника и
травы. Как следует из графиков рис. 5.13 [5], построен­
ных по данным экспериментальных измерений, яркост­
ные температуры радиоизл учения травяного покрова
(непрерывные кривые) и леса (пунктирная кривая) не­
значительно отличаются от их термодинамической тем­
лературы и в диапазоне углов высоты 30-90° практиче­
ски не зависят от вида поляризации принимаемого из­
лучения .
91

Глава 6
АНТЕННАЯ ТЕМПЕРАТУРА НАЗЕМНОЙ
СТАНЦИИ
6.1 . Влияние коэффициента рассеивания
на отношение сигнал/шум
Материал, приведенный в предыдущих главах, позво-
ляет произвести оценку температуры шума на вхо­
де приемника наземной станции и наметить пути ее сни­
жения. На основании выражений (1.19) и ( 1.20) темпе­
ратура шума на входе приемного устройства, согласо ­
ванного с антенной, главный лепесток диаграммы кото­
рой направлен в верхнюю полусферу и не совпадает
с направлением на яркие источники радиоизлучения,
определится равенством
Тш 1 = [(1 - О,5~5)Тя ГJl + О,5~5Тя c:r, бон2} 7JФ +
+7ш4J+Тшп•,.
(6.1)
Рациональный выбор электрических параметров и
геометрии фидерной линии, а также разумный 1шбор
, схемы приемника позволяют снизить суммарную темпе­
ратуру шума фидерного тракта ТшФ и приведенную ко
входу приемного устройства температуру ,собственного
шума Тш пр в сантиметровом диапазоне волн до 1О -
15° К. Непрерывное совершенствование техники прием­
ных устройств позволяет рассчитывать на дальнейшее
• снижение уровня этих составляющих шума .
.
Очевидно, что в наземной станции возможности,
представляемые современными устройствами , могут
быть полностью реализованы только в случае, когда ан­
тенная температура, обусловленная приемом излучения
окружающей среды, по меньшей мере соизмерима с сум­
марной температурой шума фидерного тракта и прием­
ника .
92
_,.

1t
Как показано в § 1.2, уровень антенной температуры
n целом и соотношение между ее составляющими опре ­
деляются законом распределения яркостной темпера­
туры радиоизлучения среды и. конфигурацией области -
рассеивания в телесном угле 4:п: стер.
Рассмотрим зависимость соотношения сигнал/шум
на выходе антенны без потерь (на нешумящей нагрузке ,
согласованной с антенной) от величины ее коэффици­
ента рассеивания для некоторых наиболее типичных слу­
чаев распределения яркостной температуры окружаю ­
щей среды. При этом будем полагать, что телесный угол,
под которым в точке приема наблюдается обнаруживае­
мый источник излучения, намного меньше телесного угла
главного лепестка диаграммы направленности. Вначале
оценим отношение сигнал/шум на выходе · антенны при
условии, что яркостная температура окружающей ср_еды
не зависит от угла визирования.
Условия, близкие к рассматриваемым, наблюдаются
,при работе наземных станций в миллиметровом диаш1-
зоне, а также на сантиметровых волнах при наличии
JJнтенсивных осадков в- виде дождя и мокрого снега.
При Тл ( q;, 0) = const антенная температура равна
яркостной температуре, и величина коэффициента рас­
сеивания не влияет на уровень температуры шума, на­
веденного в антенне излучением среды. Постоянство
антенной температуры объясняется тем, что лри измене­
нии величины коэффициента рассеивания приращению
составляющей температуры шума, обусловленной прие­
мом излучения на главный лепесток диаграммы на­
правленности, соответствует равное по величине, но про­
тивоположное по знаку приращение антенной темпера­
туры за счет приема излучения областью рассеивания.
Таким образом, если излучательная способность сре­
ды, окружающей приемную антенну, носит изотропный
характер, мощность шума на ее нагрузке не зависит от
велич11ны коэффициента рассеивания .
Поскольку уровень полезного сигнала, принимаемого
антенной, пропорционален ( l-1 ~8), то увеличение или
уменьшение коэффициента рассеивания .вызывает соот­
ветственно улучшение или ухуд шени е соотношения сиг- ·
нал/шум .
На практике возможен случай, когда яркостная тем­
п ература в области главного лепестка диаграммы на-
93

правл енност и намного выше среднего значенип т ема е­
ратуры в области рассеивания (Тягл ~Тя ер бон). Подоб­
ное соотношение яркостных температур явлпется харак­
терным длп направленных бортовых антенн космиче­
ских аппаратов, ориентированных в направлении Земли,
а также для наземных антенн при совпадении главного
лепестка диаграммы с направлением на яркий точечный
источник помех (например, дискретный источник космн ­
ческого радиоизлучения). При этом отношение сиг­
нал/шум на нагрузке антенны не зависит от величины
коэффициента раосеивания, так как изменение -~s вы­
зывает равные по величине и з наку относительные при­
ращения полезного сигнала и мощносrи шума.
Отношение сигнал/шум на аыходе антенны оказы ­
вается наиболее критичным к величине коэффициента
рассеивания в случае, когда яркостная температура нз­
лучения в области рассеивания намного превышает
яркостную температуру области, на которую 1-1ацелен
главный лепесток диаграммы направленности приемной
антенны, т. е. при Тягл<< Тя ер бон2,
Такое соотношение яркостны х температур является
типичным для наземных комплексов космической линии
связи, радиолокационных станций и станций тропосфер­
ных линий связи, раб:;тающих в диапазоне дециметро­
вых и сантиметроьых волн, когда приемная антенна на­
правлена в верхнюю полусферу. Нетрудйо видеть, что
с уменьшением величины коэффициента рассеивания
улучше ни е отношения сигнал/шум в рассматриваемом
случае происходит как за ,счет уме ньшения мощ ности
шума, обязанного приему областью рассеивания излу­
чения земного покрова из нижней полусферы, так и за
счет роста уровня полезного сигнала.
Если радиотехнические устройства, излучение кого
рых принимается областью рассеиванип, представляют
собой яркие источни1<и и злу чения, эффективной мерой
снижения их мешающего воздействия является примене­
ние антенн с малым коэффициентом рассеивания.
На рис. ·6.1 приведены кр и вые, отражающие зависи -
• масть отношения сигнал/шум (с/ш) на входе приемника
наземного комплекса от величины Тш пр и коэффициента
рассеивания ~s антенны для Тя(ср, 0)=const (пунктир­
ная линия) и Тп гл« Тя ер F,он- При расчете графиков
(л=З сл1, h 1 =90°) отноше1-111с с11гнал/шум принималось
94

равным единице дл,я з начений ~s= 0,01 . Из рнс . 6.1 !ЗНд·
но, что с уменьшением •коэффициента рассеивания на­
земной антенны выигрыш в отношении сигнал/шум на
входе приемника ока зы вается тем заме тнее, чем ниже
температура его собственного шума . Поэтому при кон~
0,8
Иоеальны
nрuе,,.·тни;<
Тш пр= 0°1(
азотом
O,Ч>--~-~r-+-+·++1-+----;.1----+--1r1
0,2
о '-----'- -'- -~--' -~~-- --~~~ _.. _~
0,0 !
0,05 0,1
Рис. 6.1
0,5 (Js
струировании антенны наземного комплекса для работы
с малошумящими при емникам и особое внимание нужно
уделять проблеме снижения уровня - боковых лепест­
ков - уменьшению коэффициента рассеивания
- [47].
6.2. Коэффициент рассеивания параболических
антенн
Из известных типов антенн СВЧ диапазона широкое,
если не наибольшее, распространение в наземны х ком­
плексах получили различные модификации параболиче­
ских антенн. Перед рассмотрением шумовых свойств
параболических антенн необходимо отметить следую­
щее . Ранее было установлено, что область рассеивания
параболической антенны может быть разбита на •ряд
подобластей. В дециметровом и сантиметровом диапа-
95

зонах вол!-1 подобласти, граШ1ЧсiЩriе с главным лепест­
ком диаграммы направленности, у антенны, направлен­
ной в верхнюю полусферу, вносят в антенную темпера ­
туру намного меньший вклад, чем подобласти рассеива ­
ния в нижней полусфере, на которые осуществляется
прием теплового радиоизлучения земн_ого покрова. По­
этому при конструировании антенны для наземного при­
емного комплекса важно не 'голько общее уменьшение
коэффициента рассеивания, но и снижение той его со­
ставляющей, которая характеризует область рассеива­
ния, ориентированную в направлении земного покрова.
Рассмотрим зависимость коэффициента рассеивания
однозеркальной пара,болической антенны от ее парамет­
ров. Вследствие простоты своей конструкции и диапазон­
ности однозеркальные параболические антенны получи 0
ли более широкое распространение, чем параболические
антенны других типов. Значительную роль в этом сыграл
также тот факт, что до применения низкошумящих СВЧ
усилителей уровень шумов на входе приемного устрой­
ства практически полностью определялся его собствен­
ными шумами и основным параметром, обусловливаю­
щим качество антенны, являлось ее усиление . Выбором
условий освещенности зеркала у однозеркальной антен­
ны удавалось получить приемлемое значение коэффи­
циента усиления.
Как следует из работы [1], для прямоугольного и
круглого раскрыва с равномерным распределением лоля
коэффициент рассеивания равен 0,18. В . случае · нуле­
вого освещения края зеркала ра-счетная величина коэф ­
фициента рассеивания уменьшается до 0,023. При рас­
пределении поля, характеризующемся спадом на краях
зеркала, равным 10 дб, коэффициент рассеивания прини­
мает значение 0,04.
Росту коэффициента рассеивания при увеличении
амплитуды поля на краю .зеркала можно дать следую­
щее о'бъяснение. Как известно, диаграмма направленно­
сти антенны и · функция распределения поля в ее рас­
крыве являются сопряженными по Фурье, поэтому
любые резкие перепады амплитуды поля в апертуре вызы­
вают увеличение уровня боковых лепестков и коэффи­
циента рассеивания.
Необходимо, однако, иметь в виду, что хотя при рас­
пределении поля, убывающего к краям раскрыва, уда-
96
•
,,.

ется снизить величину коэффициента р асс е ив ания, при
этом ухудшается исполь зова ни е повер хност и отража­
теля. Посл ед н ее ~,iожет вызвать такое уменьшение ко­
эффициента усиления антенны, кото ро е· приведет .к сни­
жению отношения сигнал/шум. Таким образом, при вы ­
боре уровня облучения края зеркала однозеркальной
параболической а нт енны следу е т добиваться некоторого
оптимального его значения, обеспечи вающего макси­
мально е отношение сигнал / шум.
Оценим отношение сигнал/шум на 1-iешумящей на­
гру з ке одно зеркаль ной параболической а н тенны, а так­
же на входе приемного устройства, работающего с по­
добной антенной, в зав иси мос т и от закона р аспределе ­
ния поля в ее раскрыве. Отношение сигнал/шум на BLI-
xoдe антенны по звол я е т произвести оценку потенциаль­
ных во з можностей р ад иот ех нич еско го устройств а в слу­
чае применения в е го комплексе и деал ьного нешумящего
приемника. Темп ера тура шума, наводимого в антею1 е
излучением окружающ ей среды и фон а с яркостной тем­
пературой Тя Ф , может быть вычислена с помощью вы ­
ражения ( 1.20), которо е в рассматрива е мом слу ч ае пр и ­
нимает вид
=(1 -~J Тяф+О,5~5(Тяф+rясрб о н2)- (6.2)
Мощность ш ума, выделяющаяся на нагрузк е , согла­
сованно й с ан т ен ной, о пр еделится равенством
Рш снт= kЛfТант,
где Лf- по лос<1 пропу скания СВЧ трак т а.
Мощность сигнала, наводимого в антенне
нием п е р едатчика, обеспечивающего в точке
плотно сть потока Р, равна
-
РА - рл.20, ,р
Ре-
пр-
4i;
(6.3)
излуче ­
приема
(6.4)
где Агтр - эффективная площадь при ем ной ан т е нны;
Gгтр- коэффиц11ент у с иленип приемной антенны.
7-1190
97

С учетом ( 1.12) выражение
Рл.2Gлр гл (1 - @5)
Ре=
4n
(6.4) приводится к ви ду
Влр(!-
~s)
Qгл
Здесь Впр=Рл2 .
Таким образом, отношение сигнал/шум на нешумя­
щей нагрузке антенны определится выражением
Ре
(! -@s) Вл11
Рш ант = 9.глkЛf [(! - 0,5~s) Тл ф + О,5μ5Тл ер бон2] (6.5)
При вычислении отношения сигнал/шум на входе
прие м ного устройства необходимо учитывать приведен­
ные к в ходу собственные шумы приемника. В этом слу­
чае, полагая Y] cJJ = 1, можно записать
Вначал е оценим отношение сигнал/шум на нагрузке
параболической антенны бортовой станции космичес1,о­
го аппарата. Яркостная температура фона в пределах
главного лепестка диаграммы направленности антенны
линии ,связи Земля-Космос намного превышает сред­
нее значение температуры в области расс еивания Qбон2,
поэтому второе слагаемое в з наменателе выражения
(6.5) намного меньше первого и отношение
оказывается величиной, слабо и з меняющейся от величи­
ны коэффициента рассеивания. При ~s<0,3 отношение
сигнал/шум ·практически не зависит от величины коэф­
фициента рассеивания. Этот вывод соответствует и зло ­
женному в § 6.1. Из прив еде нного выражени_я следует,
что из- з а слабой зависимости отношения Р е!Рш ант от
• величины ~s при Тягл>> Тя ер бо.н2 улучшение этого отно­
шения может быть ,i;!,остиrнуто путем уменьшения телес­
ного угла главного л е пестка диаграммы направленности,
т. е. путем увеличения коэффициента направленного дей­
ствия бортовой при,::м ной антенны. Полученный вывод
98
.1r

оказывает.ся справедливым и при оценке отношения
сигнал/шум на входе низкошумящего приемного устрой­
ства при условии, что яр.костная темГiература фона на­
много превышает среднее значение яркостной темпера­
туры в области рассеивания и выше температуры соб­
ственных шумов, приведенных ко входу приемного
устройства.
Если приведенная ко входi температура собственных
шумов приемника Тш пр~300° К, формула (6.6) прини-
мает следующий вид:
•
Ре (1-
~s) Bnp
Рш у = gглkдfТш i:p
Из полученного выражения видно, что отношение
сигнал/шум на входе приемного устройства, характери­
зующегося высокой температурой собственного шума,
оказывается пропорциональным ~ = ( 1-i~s) /,Qгл• Для уве­
личения приведенного отношения желательно одновре­
менно уменьшать коэффициент рассеивания антенны
и телесный угол главного лепестка ее диаграммы на­
правленности .
Как уже указывалось, уменьшения . телесного угла
Qгл в однозеркальной параболической антенне обычно
достигают путем выравнивания амплитуды поля в рас­
крыве, однако при этом приходится считаться с увели­
чением коэффициента ·рассеивания. Поэтому для оценки
отношения сигнал/шум необходимо знать, как изменя­
ется коэффициент рассеивания в зависимости от угло-
вых размеров главного лепестка .
.
На рис. 6.2 приведены кривые изменения Р/Рмаис
в области главного лепестка идеального круглого пара­
болического зеркала в зависимости от отношения rp/cpo
- при различных зна чениях kобл (2,rp0 - ширина главного
лепестка диаграммы направленности по нулям при рав­
номерном возбуждении). Коэффициенты kобл и п опре­
деляют закон и скорость и з менения амплитуды возбуж­
дающего поля Бант вдоль радиуса fант от центра
(Бант ма~:с) к краю зеркала:
ЕЕ
[1 /; (2rа,,т ·)2jп
авт= а■тманс .- lоб л
dапт
•
Из (6.7) видно, что kобл=О соответствует равномер­
ному распределению поля в раскрыве, при ,kобл=О,7 и
7*
99

n= 1 спад поля на краю зеркала достигает - 10 дб 11
поле оказынае т ся равным нулю при k06 ., = 1.
После вычисления с помощью графиков рис. 6.2 ве­
личин.ы nриращения телесного угла Qг.,, вызваиного· уве­
л11чещ1ем з11:=~ чення koб::r, воз можно nрн ювестных коэф­
фициентах рассеиван11я оценить относительное измене-
.._Р_
Р,;,мс
""""'li
~~...
о.в
~~~
-
-
\ ,\~1\.
0,6
О,'+
~\ \\\
, П=f!
~\/\ \ )(1,, n =2 kобл=I
!kобл=О.,, ~k\ \ \.=З ..
n=1 kобл=О,7 /
\~
'
kобл= 1 /
\
\.'
0,2
\~ "'
'-
'
'
"'
~ ' -.........
г---..
'-
... ..... ..
-·
"-~
---
--: : r--,.. .;
-.......::~
-
о
0,2
О,'+ 0,6
0,8
1,0
Рис . 6.2
ние коэффициента ~ в з ависимости от характера освещен­
ности з~ркала антенны (табл . 6.1) .
В та·бл . 6.1 Qгло и ·~о - телесный угол главного лепе­
стка и ~ начение коэффициента ~ при равномерном во з ­
буждении поверхности параболоида.
ДанЙJ:,Jе табл . 6.1 показ ывают, .что при высоком уров ­
не температуры собственного шума приемного устрой­
ства необходимо увеличивать КНД антенны. Выигрыш
Табтща 6.1
п
1
kобл
'2 глiОгло
~s
С/Со
\J! / \J!o
':
1
о
1
О, 18
1
1
1
0,7
1,2
0,044
0,8
4,7
1
1.
1,5
0,023
0,65
9,2
\Оа

в отношении сигнал/шум от сужения rлавного лепест1<а,
набл:юдаемый при переходе к равномерному рас;преде ­
лению поля, оказывается выше, чем проигрыш, вЬ1зван-
ный увеличением уровня бо1,овых лепестков.
•
Пер ейдем к рассмотрению отношения сигнал/щум на
нешумящей нагрузке парабодической антенны на~_емной
станции, для которой в диа па зоне сантиметровых и -де­
циметровых волн выполняется неравенство Тягл<К
« Тя ер бокz- При таком отношении яркостных температур
первое слагаемое в выражении (6.2) будет н~много
меньше второго, поэтому
Ре
(l-
~s) Влv _
ll'Bлp
-- --- --
--~-
(6.8)
Рш ант - 0,5~5O1-лkдfТ. ер 601<2 -0,-лkд fт. ер бО1<2
Данные табл. 6.1 поr,азывают, что отношени ·е_'- ЧГ/'Уо,
где 'У= (l-~s)/0,5~s, при n= I с увеличением ko.б Ji ра­
стет. Поэтому в случае низкого уровня яркостной :темпе­
ратуры в о·бласти главного лепестка выгодно у_мен ь­
шать составляющую антенной температуры за : счет
приема излучения областью рассеивания · ценой ухудше­
ния коэффициента усиления антенны. Однако ПPJ:J:\ этом
едва ли имеет смысл vвеличивать скорость спадания
поля в раскрыве параболической .: антенны, т. • е . .. прида­
вать п в выражении (6.7} значение больше единицьr': Из
рис. 6.2 и 6.3 (dант = 1Ол, f,ант = 2,5,л, kовл ~ 1) в_идно, что
увеличение п, вызывая заметное рас:ширение " главного
ле п естка диаграммы н.алравленности, незначительно
сказывается на снижении ·уров~я боковых лепестков и,
1,ак следствие, на величине коэффициента расс,еива­
юiя.
Подобный вывод справ едлив и для соотношения сиг­
нал/шум на входе ни з кошумящего приемного устройст­
ва. В общем случае в выражении (6.8) необходимо учи­
тывать составляющую Тш пр, т . е.
Ре __
(!-
~s) В,р
Рш 'У -Оглkдf (О,5~sТя cl} бОн2 + тш пр) •
Естественно, что уровень оптимального облучения па­
раболического зеркала с увеличением температуры соб­
ственного шума приемного устройства будет претер­
певать изменения. На рис. 6.4 {43] приведены гра­
фики, отражающие расчетную зависимость ОТJ-!ОШения
101

сигнал/шум от уровня освещенности края зеркала при
различных значениях температуры собственных шумов
приемника.
Следует подчеркнуть, что изложенная теория осно ­
вывается на анализе . только амплитудного распределе -
р
Рмакс '
iJб ~
-10 ·'
1
'.
•\
\1,1
-20
-зо '
I
-L/-0':
1.;А. ('.
·"-./
- 50,
\/'\
/
1
/
/
1..-\...
,.~
-бО
о
25·
50
75
100
125
/ 7$0 f,P,гpaiJ
рис. 6.3
щ1я поля в раскрыве антенны и не учитывает такие
явления, как кросс-поляризацию, неточность изготов ­
ления поверхности отражателя, экранировку раскрыва
антенны облучателем и элементами его крепления, а так­
же рассеивание энергии облучающим элементом . По­
следнее вызвано тем, что у однозеркальных параболи­
ческих антенн прием радиоизлучения окружающей среды
осуществляется не толыщ на ,боковые лепестки диаграм­
мы напр.авленности возбужд'енного зеркала, но и на
главный и боковые · лепестки диаграммы облучателя.
Как уже отмечалось, максимальное отношение сиг­
Нi!JI/шум пар·ц·болические щпенны обеспечивают при спа-·
де 'поля на краю зерка ла примерно на ~ 10 дб. Поэтому
однозеркальные параболические антенны всегда прини -.
102
'f

'f.
мают элек т рома гн н тное излучение на главный лепесток
диагр аммы о блучателя из телесного угла, сечение к от о ­
р ого на ри с . 6.5 изображено в виде заштрихованных
секто р ов. У антен н ы, на ц еленной в верхнюю полусферу,
-5r
~
1
0,9
.,-
~ ---..
r--. .. .
r---... .
о.в
0,7
'-
1
"'
\ Tw.nD=30°K i\.
~
!\.
-
~
0,6
0,5
V
1
N.\
......
~
'
lf0°K
f.-. .- -
\
r-- ..
\
0,lf
0,3
---
--
120°К
"'оптимал;;:. \
r--- .. .. ..
\
.....
ное з нач ение
210°К
~
-
----
,,,,,,..
1
-~
300°К ~
0,2
.-- -
·-
т-
,,,,,,..
-
lf00°K
о,1
о
0,7 0,2
0,3 0,4 Е
Емакс
Рис . 6.4
облучатель принимает тепловое радиоизлучение зем ного
-•-
п окрова. Величина составляющей антенной температу­
ры , обусловленная приемом излучения земного покрова
на главный лепесток облучателя, определяется уровне м
облучения края зеркала.
На рис. 6.6 [36] показана экспериментально получен­
ная на f=2,3 гц зависимость антенной температуры
однозеркальной параболической антенны .от угла высоты
при различных уровнях облучения к рая зеркала (s'2 =3,
Т2 = ~87° К ) . Ха р актерным является график для kобл =
= 0,62, когда спад поля на крае зеркала достигает
6,5 · дб. Кривая Таит (h,), соответствующая kобл=О,62,
пройдя через миниму,м при значен·иях углов высоты 20-
30°, вновь возрастает с увеличением h,. Рост антенной
103

О6111Jчате11ь Д uаграм,-ш
а
,;апрадленности I Гuпероолоu
аблуеет,л~ \] Облу,е7л.
Параб-о.,_л_о_uа---Парабм""а ащ,qтт · ~
Пара оолоuа
·
/ 7777)777777/77/7/
7ТП77/7 ✓ 77777777777727 7 7.J? ///////_
.
Земной покрод
а)
б)
в)
Рис. 6.5
температуры в области углов высоты /i 1> 30° объясняет ­
ся увеличением по то ка т е пл ов ого радиоизлучения, при­
нимаемого непосредственно на облучатель.
При koб JI = 0,88 интенсивность облучения края зерка ­
ла ум еньша е тся до 15 дб. В этом случае антенная тем ­
пература , испытав спад в области малых углов высоты,
при значениях /1 1 >30° о ста ет ся практически неизменной.
Тант,
ок
ZO~~-~-~~-~~-~-~~
о
го
t;O
60
Рис. 6.6 ·
Подобное постоянство антенной температуры также
обусловлено приемом теплового радиоизлучения не п о­
средственно на облу,rатель. При отсутствии приема на
облучатель антенны при зн ачениях h 1 >30° антенная
т е мпература и зме нялась бы в соответствии с графиком
рис. 4.9 по закону cosec h1.
-
С целью уменьшения потока _теnлового излучения
Зем.ли, принимаемого непосредственно . r,ra . облучатель,
В последнее время стали применять - Кdротк_офоl<уснь1е
антенны. Так, например, у аюенны с faнi./daiiт=0,ZЗ уда~
лось получи т ь коэффициент рассеиванюr · ~s=О,15 [40]. •
104
t

Погрешность изготов~ения поверхности отражателя
вызывает уменьшение коэффициента усиления за счет
увеличения уровня боковых лепестков, что неизбежно
связано с ростом коэффициента рассеивания. Изменение
1<оэффициента усиления за счет отклонения профиля от­
ражателя QT идеальной параболической поверхн~сти
Ge
7Г
0,9t--+ -- + -:i--------l
о
0,02
Рис . 6.7
у больших зе ркал носит, как правило, случайный харак­
тер и может быть оценено с помощью выражения
JЗ котором а - среднеквадратичное значение отклонения
поверхности отражателя от расчетной; Ga - коэфt.ри-
циент усиления антенны с деформированным отражате­
лем.
На рис. 6.7 [25] приведен график относительного из­
менения коэффициента усиления антенны Ga!G от вели
чины ,а/'А.
Как пока зывают исследования, уровень боковых
лепестков деформированного отражателя увеличивается
в основном в области «света» (см. рис. 1.2 ), тогда как
поле рассеивания от элементов крепления облучателя
антенны и самого облучателя концентрируется в даль­
них боковых лепестках диаграммы, т. е. в области
«тени». Мощность, рассr,иваемая элементами крепления
облучателя, зависит от диаметра тяг и их положения на
зеркале. Даже в случае применения тонких тяг, когда
диаметр опоры do = 0,01 dант, поле рассеивания от них
105

увеличивает коэффициент рассеивания на
Приращение ~s -з а счет рассеивания телом
сбставляет 0,005-0,02.
0,05 - 0,08 .
облучателя
В · однозеркальных осесимметричных пара,болических
антеннах с боль шим раскрывом серьезной проблемой
является снижение уровня потерь и уменьшение темпе­
ратуры шума волноводного тракта, соединяющего облу­
чатель с входом приемного устройства. Особенно велики
эти потер и в длинноф окусны х ан теннах. Чтобы исклю­
чить rютер и в фи.дере~ ·входные каскады СВЧ усилителей
иногда размещают н е поср едственно у облучателя, т . е.
вблизи фокуса антенны. Одн ако при этом необходимо
считаться с некоторым увеличением ~s за счет рассеива­
ния э нергии элемен там и конструкции СВЧ усилителя.
Вслед ствие недо статков, присущих однозеркальным
параболическим антеннам, для работы с малошумящими
приемными устройствами в последнее время предпочи ­
тают использовать многозеркальные и, в частности ,
двухзеркальные антенны. У последних удается получить
более высокие, чем у однозеркалышх антенн, коэффи­
циенты использов а н~я поверхности и усиления при
низком уровне коэффициента рассеивания. Схема двух­
з еркальной антенны приведена на рис . 6.5,6. Обычно
в двухзеркальной антенне с осевой симметрией большое
зе ркало выполняют в виде параболоида вращения, ма­
лое зеркало - гиперболоида вращения. У двухзеркаль ­
ной антенны (рис . 6.5,6) наnравлени·я главных лепестков
диаFрамм направленности облучателя и большоr·о
зеркала совпадают. Поэтому у двухзеркально.й антенны,
направленной в верхнюю полусферу, на главный и бли­
жайшие к нему лепестки прием излучения осуществля­
ется из «холодной» части пространства.
В а:ж ным конструктивным достоинством двухзеркаль·
но·й антенны является возможность размещать входные
элементы : приемного у стройства непосредственно у облу 0
чателя, что п~зволяет до минимума сократить длину
волноводного тракта .
Амцлитудное распределение поля в раскрыве боль­
шого зеркала двухзеркальной антенны .опр.еделяется
характером дттаграм.мы направленности облучателя и
формой •профиля малого зеркала. Поэтому требуемое
распределение поля в раскрыве большого зеркала до.сти~
rа,е!ГСЯ как и:зме I.Iением пара метро$ облучающего .· эде•
106

1t
мента, так и выбором геьметрии малого зеркала. В ча~
стности, при распределении поля облучения большого
зе ркала, близком к прямоугольН(')МУ, удается получить
низкий уровень (-20 дб) освещения края малого зерка­
ла. Это обеспечивает коэффициент использов.ания антен­
ны, равный 0,6-0,7 при малом коэффициенте рассеива-
ния [26].
-
Ра зновидностью параболических антенн являются
рупорно-параболические антенны. В антеннах рупорно­
па раболического типа (рис. 6.5,в) рутiор сливается с па;
раболическим зеркалом в единую металлическую _кон­
струкцию, экранирующую от внешней среды как рупор­
ный облучатель, так и большую часть края зеркала
антенны. Это снижает уровень поля рассеивания за счет
излучения, обусловленного дифракционными явлениями
на ' краю зеркала, и сводит -к минимуму возможность
приема излучений внешней среды на главный и боковые
лепестки диаграммы направленности рупорного облуча­
теля. ·
•
·
•
•
•
•
Другим не менее важным преимуществом рупорно­
па раболической антенны является то, что ее облучаю- _
щий элемент оказывается вынесенным из раскрыва. Это
позволяет достичь высокого коэффициента исrtользова­
ния площади раскрыва антенны (0,8-0,9) и способст ­
вует уменьшению уровня дальних боковых лепестков.
Как показывают экспериментальные измерения, у антенн
рупорно-параболического типа коэффициент рассеива-
ния измеряется несколькими сотыми.
•
В последнее время была разработана рупорно-двух·
зеркальная па-раболическая антенна, которая, обладая
электрическими параметрами, свойственными .рупорно­
параболической антенне, имеет меньшие геометрические
размеры. Нова·я антенна, названная KSK, представляет
собой сегментно~параболическую антенну ,с гиперболи­
ческим вспомогательным облучателем [42].
6.3 . Антенная температура наземной
станции
I3 общем виде антенная температура МО)Кет бьm, за­
писана в виде следующего выражения:
п
Тант=(l _:_~8)Тягл+ ~ ~s7ясрбон-i,
i=I
101

где
п
которое справедливо в предположении, что яр1<остная
температура в предела х главного лепестка диаграммы
напраnленности является величиной постоянной. Как
уже указывалось, область рассеивания параболической
антенны с удовлетворительной для практики точностью
может быть разбита на две подобласти: на подобласть,
примыкающую к главному лепестку диаграммы направ­
ленности, и подобласть, охватывающую остальные боко­
вые и задние лепестки диаграммы. Поскольку в подоб­
ном случае для коэффициентов рассеивания справедливо
равенство '~s1 = ~s2 = 0,51~s, выражение для антенной тем­
пературы следует записать в следующем виде:
Тант=(l -~5)Тягл+О,5~5 (Тяеr бо111+ТяепбоF2)- (6.9)
Среднее значение яркостной температуры Тя ер бонt
остронаправленной параболической антенны, нацелен­
ной в верхнюю полусферу, в области ,Qбон~ в большинст­
ве случаев мало отличается от значения Тягл-
Среднее значение яркостной температуры Тя ер бон2
в телесном угле 1Q5 0н2 складывается из среднего значения
яркостной температуры радиоизлучения земного покро­
ва ТясрЗ' принимаемого областью рассеивания из ниж­
ней полусферы, средних значений яркостной температу­
ры теплового р1;щиоизлучения атмосферы Тя ер а и косми­
ческого радиоизлучения Тя ер н, принимаемого из верхней
полусферы.
Телесный угол, занимаемый главным лепестком
диаграммы направленности Qгл и областью рассеивани11
Q 60н 1 у остронаправленных антенн, составляет несколько
процентов от телесного угла Qбон 2 (уже у антенны
с dант=lОл отношение (,Qгл+QбОFl)/Qбон2=0,04). По­
этому средние значения яркостных температур излуче­
ний, принимаемых областью рассеивания.; ,Qбо112 назем­
ной антенны, могут быть записаны в следующем . виде:
о
Тясрз= 5.Тяз (1-R ~Jcoshdh,
- 1t/2
(6.1 О)
108
1t

,r./2
.
Тнера=JТнаCOSh dh,
о
-./2
Тнсг,м= J TнмCoshdh,
п
(6 .11)
справедливыми в предположении изотропного распреде­
ления боковых лепестков и равенства их амплитуд.
Приведенные в предыдущих главах формулы позво­
ляют произвести оценку ожидаемых средних значений
• яркостных температур Тн ер з, Тн ер а, Тн ер 1(•
}
Яркостная · температура радиоизлученип атмосф~ры
может быть вычислена с помощью выражений (4.8) и
(4.9) . Вследствие малости Va в диапазоне сантиметровых
и дециметровых волн выражение для яркостной темпiра­
туры атмосферы, свободной от гидрометеоров, З!-1f1ЧИ­
тельно упрощается и принимает вид Тн а= (Таа-32) Х
Х (>X1ol1 +x20l2). Теперь выражение (6.11) можно запи­
сать в виде равенства
~2
.
Тлера= S(Тао- 32) (x10l1+x20l2) COS hd/i.
о
В общем случае · интегрирование нужно производить от
О до 90°. Однако, . как по1<азано в [23], если поверхность
Земли считать плоской, ошибка в определении Тн ер а
вследствие неучета сферичности атмосферы оказывается
пренебрежимо малой при интегрировании в пределах от
1 до 90°. В этом случае
Тлера=4(Тао- 32) (x1ol1 + X2ol2).
Расчеты показывают, что для стандартной атмосфе­
ры среднее значение яркостной температуры в коротко­
волновой части сантиметрового диапазона равно при­
мерно 20° К, на ,л=3 см Тн ер а= 15° к, в ДJIИHHOBOJIHOBOЙ
части сантиметрового диапазона Тя ер а-:--' 8° К.
Из анализа изофот космического радиоизлучения и
кривых рис. 3.2 следует, что в сантиметровом диапазоне
и коротковолновой части дециметрового диапазона
Тяера>>Тяср~;, и последним можно пренебречь. В диапа­
зоне волн 30-100 см среднее значеfше яркостной темпе­
ратуры космического радиоизлучения изменяется при-
109

мерноот10до100<>К,наволнахот1до3м- впреде­
лах от 100 до 1000°.К.
При оценке среднего значения яркостной температу­
ры радиои з лучения зем ного покрова в дециметровом и
сантиметровом диапазонах волJi зем ная поверхность, ли­
шенная растите·льности, может рассматриваться как
гладкая, что позволяет при вычислении интеграла (6.10)
воспользоваться для записи коэффициентов отражения
формулами Френеля (5.25). В работе [11] приведены вы­
ражения для средних значений коэффициентов излуча­
тельной способности А 21 для вертикально и горизонталь­
но поляри зова нны х составляющих теплового излучения
зе много покрова, принимаемого из телесного угла
2n стер, а именно:
2е'2 [(е'2)2 + \] k,
[(е'2)2 -1]2
4(e'2)4 k3
+ 4(e' 2)2 k4
[(е'2)2 - \]2 (е'2 + \)
[(е'2)2-' 1]2 •
Аср}3ертн= ~~:::~~~2 \(ё\) 312 - _(е'~~1)312]-
-1Б-(-е'_2_4~1)-2 f4 (€'2)5/2 - (6+4€'2) (ё\-1//2J-
16
в· выраiкении (6.12):
V(e'2)2-I -в'2 Vе'2 (е'2 +1) +е'2 1}•
y(e'2)2-l +e'2Ve'2(e' 2 +1) -е'2
k 2=2VE' 2 -1-2V~+
е'2 lnl
уе'2+1
110
ХУе'2(е'2+ 1) + е'2 1•
-Ve'2 (€'2 + 1) -е'2
(6.12)
(6. 13)

1С':>
1t
/~з=-{ •'2: 1 +v~1111-v~ + 1 1}
е2
2
уе'2+1- 1
'
k4=
- ,1_1111-V~+11-2 . ••
V•2+I
Jfe' 2 +I-I
Значения Аср гор 21 и Ас р ве~:т 21 приведены для в' 2 -=/= ~1.
При оценке среднего значения яркостной температу­
ры земного покрова необ ходимо учитывать ее зав и си ­
мость от влажности. Как следует из табл. 5.1, относи­
тельная д и электрическая проницаемость изменяется от
tg 6=2 у сухой почвы до tg 6=24 у влажной. Расчеты,
выполненные с помощью выражений (6.12) и (6 .13)
. (т аб л . 6.2), показывают, что среднее значение яркостной
температуры зе много покрова в период выпадения осад­
ков в виде дождя может уме ньшаться до 40% .
Таблица б.2
Вид земного покрова
•',
Аср rop 21
Аср верт 21
1
Сухая no,rвa
4
0,6
0,8
Влажная почва·
20
0,34
0,6
Вода
80
0,2
0,5
В в ыр ажении (6 .10) не учтена составляющая радио­
излучения атмосферы и космического радиои злуче ния,
отраженная от Земли и принимаемая областью рассеи­
вания . Мо :ж но пока за ть, что в сантиметровом и де циме­
тровом диапаgонах этой величиной можно пренебречь не
только в случае отражения от почвы, но даже при от­
ражении - от воды.
Известно, что простр анство, окружающее антенну,
условно разбивают на бли.жнюю • (френелеву) и даль ­
нюю ( фраунгоферову) зоны . Ближняя зона характе ри зу ­
ется пространственными осцилляциями поля, возбужден ­
ного антенной (в режиме п ередачи), в то время как
в дальней зоне они исчезают, и распределение поля из­
лучения антенны полность ю характеризуется ее диа­
граммой напр авленности.
111

Из физических nредставлений является очевидным,
что антенная и яркостная температуры источников из­
лучения, расположенных в ближней зоне антенны, ·
связаны сложной зависимостью и отклик антенны будет
определяться не только уровнем яркостной температуры,
1-!О и тем, где расположен источник излучения: в дифрак­
ционном максимуме или минимуме. Вычисление антен­
ной температуры значительно упрощается в случае, ког­
да в сечении волнового пучка антенны яркостная темпе­
ратура источников имеет неизменную величину. Земной
покров может рассматриваться в качестве источника,
яркостная температура которого слабо изменяется от
угла высоты. Вычисления, выполненные в [22], показы­
вают, что в том случае, когда поверхность земного
покрова, характеризующаяся 1:/ 2 =4, находится в ближ­
ней зоне антенны, средние значения яркостной темпера­
туры для вертикально и горизонтально поляризован­
ных составляющих излучения оказываются соответстве11-
но равными О,65Т3 и О,7Т3 . Эти данные всего на 10-
15 % отличаются от значений, приведенных в табл. 6.2.
С переходом в 1<оротковолновую часть сантиметро­
вого диапазона, а также во всех случаях, когда земля
покрыта травой и кустарником, отражательные форму­
лы Френеля -становятся неприменимыми, так как при
этом излучательные свойства земного покрова прибли­
жаются к излучательным свойствам . абсолютно черно­
го тела и среднее значение яркостной температуры
заключено в пределах (0,7-1) Т3•
.
На основании приведенных рассуждений выражение
(6.2) для антенной температуры за счет приема излу-
. чений
окружающей среды на главный и ,боковые лепест­
ки · диаграммы направленности антенны, установленной ·
на земной поверхности, может быть записано в следую­
щем виде :
Таит= (1 --0,5~5 ) Тягл+ 0,5~5 (Тя ер з +
+ Тя ера+ Тяср н),
(6.14)
На рис. 6.8 приведены графики, отражающие расчет­
ную зависимость антенной температуры от угла высоты
у параболической антенны с коэффициентом рассеива­
ния Ps=0,3, вычисленные с помощью выражения (6.14)
для длин волн 2,3 и 10 см и 1 .м. При расчете предпо­
лагалось. Рао=7,5 г-.м-3 , Тао=ЗОО0 К., е'2=4.
112
1

f'·
Следует .отме'1 ить, что зна ч ение 1<оэ ффици ен та рас­
с~ ивания Bs=0,3 для параболиче ско й антенны, при кон­
струировании . которой не принимаются сре циальны е
меры для уменьшения уровня боковы х лепестков, явля'
ется достаточн о низким .
Тант ,
ок
IZO
,оо
tJ{j
tIO
ч-о
го
\
\
\ ----~
-
--
·-- -·-
--·
--
• ---
\
1-1 -·
---·
'
--
--
\
\
~\
%\
,,
.
\ t\. 'r,..~
"\'-'
А ..,. '>
о
-i
~-,.,. \
\
-
~
~~~'\ \
...,"~•\
.,
~,~ -
r\.
"
'~"
~-
~1
.....: : :: :
г
t;.б10•го
Рис. 6.8
--
'
"·
1'i
1:::::,_
.LJ
q{} бО 90
11 1 ,град
_.,,
Из . анализа графиков ри с. 6.8 можiю сделать заклю-
чение, что диапазон волн 3-30 or является оптималь­
ным . по . уровню температуры шума, обусловленного
приемом радиоизлучения сред ы , окружающей антенну
наземной ,станции. В диап аз он е волн длиннее 30 см рост
антенной температуры в ы зван увеличением интенсивно­
сти . космического радиоизлучения, а в диапазоне волн
короче 3 см - увеличением интенсивности теплоrюго ра - .
диоизлучения атмосферы.
•
Важно подчеркнуть, что в диапазоне волн 'А< 10 ел,~
максимальное значение температуры антенны, главный
лепесток которой направлен u верхнюю полу с феру, не
МОА<ет пр евысить значе н ия 300° К, исключая случаи,
-1 190
113

когда главный лепесток н а п равлен на Сол нц е ил и дру­
гой дискретный источник космического радиьизлучения.
На метровых волнах при тех же условиях антен_ная тем­
пература может принимать значение, намного пре в ы­
ш ающее 300° К. Диапазон волн Зс-с-: ЗQ см, кроме того,
характеризуется малым затуханием сигнала при его
7а нт , г--г._г-.---,--т-~-..---,,
ок
2
о..__.._........_..J.........J.-'---'---1.--'
zo
lf.D
6D
80
п,, гpaiJ
Ри·с. 6.9
прохождении через атмосферу, свободную от гидроме­
теоров .
И з при веде нного анали з а следует, что уменьшение
антенной тем п е ратуры м о жет быть достигнуто либо сни­
жением величины коэффициента рассеивания, либо сни­
жением интенсивности из лучения среды, окружающей
антенну.
Интенсивность излучения из нижней полусферы у на­
земной антенны в диапазоне волн л<50 см может быть
снижена п уте м металли з аци и з емной поверхности у ее
основания. В случае ме талли з ации поток излучения из
телесного у гла, под которым наблюдается металличе­
ский э кран и з точки установки отражателя антенны,
б удет обусловлен собственным тепловым радиоизлуче­
ни е м металлич е ской поверхности, измеряемым долями
градуса Кельвина и излучением, отраженным из верх­
ней полусферы. Наряду с этим следует учитывать со­
ставляющую, вы з ванн у ю дифракци_онными явлениями на
края х металлического э крана, :еы з ывающими частичное
переи з лучение потока теплового радиои з лучения земного
1.14

покрова. Считают, что яркостная температура металли­
ческого листа за счет переизлучения потока из нижней
полусферы составляет 20-30° К.
Рис. · 6.9 {40] иллюстрирует результаты эксперимен­
тальных измерений на f = 960 Мгц антенной температуры
до металлизации земной поверхности (непрерывная кри­
вая) и после того, как у основания антенны (~s=0,15)
была уложена экранирующая металлическая сетка пло­
щадью 9 м2.
Следует отметнть, что металлизация ~е мной поверх­
ности наряду с уменьшением потока излучения из ниж·
ней полусферы позволяет ,снизить флюктуации антен­
ной температуры, вызванные непостоянством яркостной
температуры земного покрова.
Металлизация в метровом диапазоне волн н е б_удет
вызывать снижения антенной температуры, так как
интенсивность отраженного от металлического экрана
излучения_ из верхней полусферы в этом случае оказы­
вается соизмеримой, а подчас и превышающей интенсив­
ность теплового радиоизлучения земного покрова, па­
ступающего в случае отсутствия металлизации из ниж­
ней полусферы .
8*

Гла.ва 7
ВЛИЯНИЕ ГИДРОМЕТЕОРОВ, ОСЕДАЮЩИХ
НА ПОВЕРХНОСТИ ПАРАБОЛИЧЕСКОГО ЗЕРКАЛА,
НА ТЕМПЕРАТУРУ ШУМА ПРИЕМНОГО
УСТРОЙСТВА
gгл . 4 было показано, что выпадение метеоосадков
вы з ывает снижение потенциала линии радиосвязи
СВЧ диапазона. Это снижение обусловлено как погло­
ще.нием электромагнитной энергии, так и увеличением .
антенной температуры, вызванным ростом потока . теп ­
Jювого радиоизлучения атмосферы, насыщенной осад­
I<амн . Если параболическая антенна приемного комплек­
са не защищена обтекателем и находится в зоне выпа­
дения осадков, то отношение полезного сигнала к шуму
на входе приемника, кроме того, зависит от параметров
слоя вещества, образующегося на поверхности зеркала .
Формирование на поверх 11 ости зеркаль н ой анте н ны
слоя снега, льда или воды, электрические сrзойстrза ко­
торых сущестu е 111ю отличаются от сrзойстп отражателя,
вызывает осJ1абле11н е уровня сигнала на входе приемни ­
ка за сч ет снижения коэффициента отражения от подоб­
ного двухслойного образования. С другой стороны, обра ­
зование полупрозрачного слоя на поверхности парабо­
лической антенны сопровождается увеличением приве­
денной ко входу приемиого устройства температуры
шума, rзызванного собстrзенны м тепловым радиоизлуче -
нием слоя снега, льда или воды.
•
Определим , приращение температуры шума приемно ­
го устройства, параболическая антенна которого нахо­
дится rз зоне выпадения осадков , когда на ее поверхности
образуется инородный слой вещества. При многократ­
ных отражения х потока собственного теплового радио ­
излучения полупрозрачной среды 2 (рис. 7. l) от границ
раздела .2-1 и 2-3 яркостная температура слон веще-
116

ства, лежащего на металлической поверхности, может
быть представлена в виде следу ющи х слагаемых:
Т2(1-е-'')(1 - R:1) (!+R~3e-''),
1
Т2(1 -е-·'') (! - R~ 1) (! +R~3 е-'') R~1 R~3 е-2''1
~ (7.1)
T2(1 -e- '')(1 - R~1)(1-f-R~3 e- ·')Ri,R~3 e-·
4• •,,
1
1
)
где 1'2 - термодинамич еск ая темпера т у р а полупрозрач­
ного слоя ве щества; -r2 = 2x2l2 cosec /1 2 - оптическая
Рис. 7.1
толщина слоя 2; х 2 - - коэффициент поглощения электро­
магнитной э н е ргии в полупро з рачной среде 2; - !2 - тол­
. щнна полупро з р ачного слоя 2; h2 -у гол высоты, под
которым п оток тсплоrюrо радноизлучснип среды 2 па­
р.ает на поnерхност1, ее ра~дела с граю1,шыми средами
1 и З; R2 1, R . 23 - модули коэффициентов отражения элек­
тромагнитной энергии от границ раздела 2- 1 и 2-3,
R•Rjcp"R.Rj<p,,
(7 2)
21=
21е
,
2з= 2зе
•
•
Ре зул ьтир ую щ е е з начение яркостной температуры
полупрозрачного слоя вещества равно сум м е слагаем ы х
(7.1) :
(7 .3)
117

Как и суммарная яркостная температура, р езул ьти­
рующее поле теплового радиоизлучения пол уп ро з р а ч но й
с р еды в раскрыве облучателя параболической а нтенны
представляет собой суперпозиц и ю п олей, сформ ир овав­
шихся в результате многократны х отражений потока
излучения среды 2 от границ раздела 2-3 и 2-1. При
этом время за паздывания излучен ия в парциальном лу­
че, имеющем п отражений в слое 2, относительно излу­
чения, вышедшего в среду 1 п осле п-1 отражений,
определяется равенством
в к о тором v2-- с1шрость распространения эле ктромаг­
нитной энергии в с р еде 2.
Тепловое ра диоизлу ч ен и е нагреты х тел обычно рас­
сматривают как случайный процесс с равномерным
спект ром 0 0, т . е. как белый шум . Последний характе ­
ризуется тем, что м гно вен ны е зна чения напряженностей
электрическо г о н магнитно го полей в любые сколь угод­
но бли зкие моменты времени являются практически не­
зависимыми (н екоррелированн ыми) в ел ичинами .
Высокочастотный тракт при емно го ус тройства, обла­
дая селективным и свойствами, пр е обра зует спектраль­
ную плотность принимаемого шумового радиои з лучения
по закону Gвых (f) = W2(f) 0 0. Здесь \17 (f) - моду.пь ком ­
плек с ного коэффиц иента п е редачи СВЧ тракта прием­
ник а. В р езультате подо б ной спектральной о·бработки
принятого теплового радиосигнала между мгновенными
з нач е ния ми шумового напряж е ния и(t) и u(t+,:) на вы ­
ходе приемного устройства устанавливается определен­
ная свя з ь, вследстви е ч е го корреляционная функция
R(-с)=и(t)и(t+-с)=
00
= 00 5w2 (f) cos 2"'f-cdf
·о
оказывается величиной , отличной от нуля .
Если рассматривать СВЧ тракт приемника как иде­
альный полосовой фильтр, с коэффициентом передачи
W(f) = 1 в полосе пропускания ,Л.f = fманс:..._fмин и ра-вцым
нулю вне полосы, для случайного процесса на выходе
118
i

·-
приемного устройства можно указать период времени
С<)
SR('t)d't
1
'Со = --R -(-0)-- - лГ'
-со
в течение которого мгнов€нные значения напряжения
шумов на выходе СВЧ усилителя или усилителя проме ­
жуточной · частоты оказываются зависимыми величина­
ми. При t3 <.._Z ·т0 в СВЧ тракте и тракте промежуточной
частоты при емного устройства имеет место интерферен­
u.ия шумовых напряж ений, каждое из которых обуслов­
лено приемом излучений 1, 2, ..., п парциальных лучей .
Можно пока з ать, что в том случае, когда к. п. д. ан­
тенно-фидерного тракта равен единице, коэффициент
рассеивания рупорного облучателя Bs= О, а неровности
на границах раздела сред 2-1 и 2-3 удовлетворяют
условию
(7.4)
приведенная ко входу приемника спектральная плот­
ность шума, обусловленного радиоизлучением полупро­
зрачной среды 2, в полосе пропускания Л,f изменяется
по закону
Gtз21 = !гТ tз21 =
kT2 (1 -е-'') (! -R~1)(1 + R~3 е-'')
1 +R~ 1 R~ 3 е-2'' + 2R21R2з е-',Х
(7.5) .
В выражения х (7.4) и (7.5) л2 -длина волны в среде 2.
Из выражения (7 .5) для спектральной плотности шу­
ма видно, что G1з21 может быть выражена через приве­
денную ко входу при емного устройства температуру шу­
ма 71321 , которую . на зывают · приведенной спектральной ·
температурой шума приемного устройства. Ветру дно ви-
119

деть, что фазы ср21 и ,rр,2з коэффициентов отражения R21
и R23 определяют величин у фазового сдвига огибающей
спектральной температуры шума в полосе пропуска ния
Л.f приемного устройства. В СВЧ диапазоне фа зов ый
сдвиг qJ121 и qJ 2з для всех реальных сред , включая соле­
ную воду, является пренебрежимо малой величиной.
Выражение (7.5) показывает, что приведенная к о
вх о ду спектральная температура шума в полосе пр,шус­
ка ния при емного устройства при iзЛf > л: является пе­
риодической функцией ч астоты . Поэтому для определе­
ния прив еден н ой ко входу приемника тем п ерату ры шу~1а
в общем случае необходимо проинтегр11ровать приве­
ден н ую спектральную температуру шума в полосе :rро­
пускания, т . е.
lма1<с
ТЕ321 = 1r J. T1321cif.
fм ин
В случае Лf4;:.fo Uo - р або чая частота при0емника),
когда 'fзЛf < л: , распределение приведеннои спек­
тральной температуры ш ума в п олосе пропускания при­
е мника оказывается близким к равномерному при
l2 > л2 . Равно ме рным будет также распределение Т1з2 1 i,i
при широкой полосе проп уска ния приемника (например,
когда ,Лrf= (0,3+0,4)f), если толщина слоя 12 соизмери-
ма с л2. При выполнении этих условий
•
Т2(!~е-"•)(! - -R~1)(! + R~3е-"•)
Tt321 =Тtз21=
4тсl sinh •
1+R2R2 -2,,+9RR -,,
2
2
.
21 2зе
-
21 2,е
cos
Л2
(7 .6)
В рассматриваемом случае, когда сре,п,а 3 - металл,
выражени е (7.6) можно за писать в сл еду ющем виде:
Т2(1-е-2"') (i'- R~1)
Тrз21 =
2
2
4тсl2sinh2•
I+R21 e- ••+2R21 e-•2 cos
л
2
(7.7)
Из выражений (7 .6 ) и (7 .7) следует, что приведенная
ко входу приемного устройства т е мпература шума
ТЕ321 является осциллирующей функцией толщины по-
12J

t
..
лупрозрачного слоя l 2 и углы высоты /12. Учитывал тот
ф акт, что при мал'ой толщине слоя 2 измене н ие угла вы­
соты h2 не вызывает существенного приращения фазы
осцилляции Т 1: 321 , последнюю п ри l2, соизмеримой с л2,
можно считать величиной , зависящей: только от тол щины
полупрозрач1-юг9 слоя.
Тязz1, R}z1
,,.l:321 ,
'
"К
\
l l/-0
180
120
о ----- ~__ ,_-
----'
-----' ----.. L. .---. 1.. -.- -.. ... J
7
2
З
5
lz,MN
Рис. 7.2
Выражение (7.7) позволяет оценить уровень прира­
щения приведе н ной ко входу приемника температуры
шума, обусловленной приемом теплового радиоизлуче­
ния плос;,опараллельного слоя метеоосадков (снега,
льда и воды), формирующегося на металлической по­
верхности зеркала.
На рис. 7.2 приведен расчетный график зависимости
Tr 321 приемного устройства с fo== 10 Гщ, ,Л,f=5 Мгц от
•
· 11°30'
-толщины слоя воды (р2=49 е1
,
Т2=ЗОО0 К) на по-
верхности металла при прием е теплового радиоизлуче­
ния под углом высоты 90°. На том же рисунке приведе­
ны графики изменения яркостной температуры и квад­
рата модуля коэффициента отражения электромагнит­
ной энергии от металлической поверхности, покрыгой
слоем воды. Вычисление модуля коэффициента отраже-
1-,ия было выполнено с помощью формулы [2]
9- 1190
121

.
(7 .8)
Как следует из рис. 7.2, ТI 32 1 (! 2) испытывает осцил­
ляции относительно Тп 321 (l 2), амплитуда •которых быстро
убывает с ро стом оптич е ской толщины слоя вощ,1. Не­
трудно видеть, что интерференционные явления в СВЧ
или промежуточном тракте приемного устройства при ­
водят к том у, что уж е при обра з овании на поверхности
зеркала тонкой пленки воды (t2 ,;;;;
~
2)
наблюдается
заметное увеличение приведенной ко входу приемника
температуры шума . Это приращение температуры Т Ез21
при некоторых условиях может намного превысить ·
яркостную температуру радиоизлучения толстого слоя
воды U2>л2) .
Естеств е нно, что толщина слоя воды, формирующе­
гося на поверхности зеркала в результате выпадения
дождя, неодинакова в различных его точках. Усреднен­
ное значение приведенной ко входу приемного устройст­
ва температуры шума 7\ 321 в подобном случае 1vюжет ·
быть вычислено путем интегрирования, а именно:
-
1r
TI321 = т_{rз21 dl.
о
На рис . 7.3 приведен график 7\321 , построенный в пред- ._
положении, что возможность формирования слоя воды дан-
ной толщины в пределах интегрирования равновероятна. Из
графика видно, что в области значений l 2 < ~2
прираще- ,
ние температуры шума 7\ 321 заметно превышает усреднен-
ную яркостную температуру Тп 321 того же слоя воды .
Подобное превышение объясняется быс:грым затуханием ос-
цилляции приведенной ко входу температуры, в силу че-
го амплитуда первой положительной гiолуволны заиет -
но больше амплитуды следующей отрицательной полу­
волны.
122

....
Эксп ериментальные измерения на f =9 Ггц при Лt=
= 1 800 Мгц, h1 = 75° подтверждают выявленную закона ..
мерность и з менения составляющей шума приемного
устройства, обусловленной приемом теплового ради ·Jи з ­
лучения плоскопараллельного прозрачного слоя :вещест ­
ва в з ависимости от его толщины [47]. На рис . 7.4 при-
7я:т, т~~1, 0К
180
Рис. 7.3
ведена осциллограмма выходного напряж е ния радио­
метрической станции, записанная в процессе увеличения
толщины слоя воды на металлической пов е р х ност и . Н е-
lан,, •к
l ч-0
120
100
80
ZOL__ _____ __. .., __
__
_
о
3,ч-2
l,мм
rис. 7.4
сколько меньшее зна чение в л1акси.vrуме первой осцил­
ляции относительно расчетныо значения (см . рис. 7.2)
можно объяснить влия н ием неровностей на границе раз­
дела воды с металлическсй поверхностью .
9*
123

Задачу снижения температуры шума на входе при­
емного устройства за счет собственного излучения слоя
воды на поверхности параб6лической антенны в извест­
ной мере удается решить путем применения специальных
дренажных устройств, а также в случае использования
перфорированного отражателя. Заключение приемной ·
антенн ы в обтекатель, покрытый водоотталкивающими
веществами, позволяет умень шить влияние водяной
пленки на отношение сигнал/шум. Однако при наличии
обтекателя имеет место некоторое ухудшение отношения
сигнала к шуму, вызванное ослаблением потока элек ­
тромагнитной энергии полезного сигнала и ростом тем­
пературы шума на входе приемника. Эти вопросы де­
тально рас сматриваются в гл. 8.

Глава 8
ВЛИЯНИЕ ОБТЕКАТЕЛЯ АНТЕННЫ
НА ТЕМПЕРАТУРУ ШУМА ПРИЕМНОГО
УСТРОЙСТВА
совр еме нные наземные станции космических линий
связи - это сложные технические · комплексы, важ­
ное место в которых занимает антенное устройство. •
Антенны наземных станций связи с космическими
аппаратами дол:жн ы обладать:
-
высокой точностью сопровождения · космических
аппаратов в пределах изменения угла высоты 0-90° и
азимута 0-360°,
-
высоким коэффициентом усиления,
-
низким уровнем потерь электромагнитной энергии
в антенно-фидерном тракте,
-
низкой антенной температурой,
-
слабой зависимостью электрических пар_амет ров
от внешних условий.
Требован ия высокой точности сопровождения и при ­
емлемого отношения сигнала к шуму на входе приемного
устройства обусловливают применение в на зе мных ком­
плексах антенн с предельно большой апертурой.
В табл. 8.1 при.ведены данные о некоторых антеннах на ­
земных станций связи с ИСЗ «Реле», «Синком» и «Те­
лестар». Из таблицы следует, что диаметры наземных
антенн достигают 30 м, а · вес их подвижной части изме­
ряется десятками тонн . Важно отметить, что при столь
большом весе подвижной части система приводов антен­
ны должна обеспечивать высокие угловые скорости со­
провождения с точностью, достигающей долей угловой
минуты.
Сложность конструкции антенны и жесткие требова­
нип, предъявляемые к системе ее приводов, в известной
мере определнют тот факт, что в общей стоимости на-
125

-
1
-
:
)
Т
а
б
л
и
ц
а
8
.
z
-
о
,
'
,
:
Р
а
б
о
ч
а
я
Д
и
а
-
С
к
о
р
о
с
т
и
y
r
-
~
~
о
•
ч
а
с
т
о
-
м
е
т
р
л
е
в
о
г
о
с
о
п
р
о
-
u
~
Ш
у
м
о
в
а
я
т
е
м
п
е
-
Е
и
д
о
б
т
е
-
"
'
С
и
с
т
е
м
а
т
а
,
Т
н
п
:
а
н
т
е
н
1
-
t
ы
а
н
т
е
н
-
в
о
ж
д
е
н
и
я
,
.
,
,
;
:
,
,
р
а
т
у
р
а
В
е
с
,
т
1
<
а
т
е
.
1
1
я
П
р
и
м
е
ч
а
н
r
н
,
.
Г
е
ц
и
ы
у
е
л
.
г
р
а
д
.
Х
~
J
х
с
е
к
-
J
~
~
о
о
f
-
-
"
1
.
С
и
н
к
о
м
"
,
С
Ш
А
7
,
3
J
О
д
н
о
з
е
р
к
а
л
ь
-
9
'
Т
ш
n
p
=
2
0
0
°
К
~
3
4
-
-
-
-
•
.
н
а
я
•
Т
е
л
е
с
т
а
р
"
,
А
н
г
л
и
я
6
О
д
н
о
з
е
р
к
а
л
ь
н
а
я
2
6
1
-
2
1
Т
ш
у
=
1
0
0
°
К
8
7
0
-
'
·
•
Т
е
л
е
с
т
а
р
"
,
Ф
Р
Г
6
Д
в
у
х
з
е
р
к
а
л
ь
-
2
5
-
-
Т
ш
у
=
5
!
0
К
3
Н
а
д
у
в
-
С
т
о
и
-
н
а
я
н
о
й
о
б
-
м
а
с
т
ь
а
н
т
е
к
а
т
е
л
ь
т
е
н
н
ы
6
А
t
Л
Н
д
о
л
л
а
р
а
в
.
Р
е
л
е
"
,
Я
п
о
н
и
я
4
,
1
7
Д
в
у
х
з
е
р
к
а
л
ь
н
а
я
3
0
-
0
,
0
6
Т
ш
n
p
=
6
8
,
2
°
К
-
-
•
Т
е
л
е
с
т
а
р
"
,
С
Ш
А
6
Р
у
п
о
р
н
о
-
п
а
р
а
-
·
2
0
,
5
1
,
1
3
-
1
,
4
0
,
3
Т
ш
у
=
5
1
°
К
3
8
0
Н
а
д
у
в
-
В
е
с
о
б
т
е
б
о
л
и
ч
е
с
к
а
я
н
о
й
о
б
т
е
-
к
а
т
е
л
я
к
а
т
е
л
ь
1
6
т
~
r
,
/
f
!
1
8
1
\

земного комплекса значительную долю составляет стон-­
масть антенного· устройства (по данным зарубеж1-1ой пе­
чати, - до 80 и более процентов),
Чтобы исключить воздействие ветровых нагрузок, .
солнечной радиации, метеоосадков на конструкцию на­
земной антенны, последнюю целесообраЗ J.;! О заключать
Cpeda З
Приемна11
антенна
>:?77 ///77777777777777//// / 7 /
CpeiJa ч
Рис, 8,1
в обтекатель. Обтекатель обеспечивает не только ста­
бильность электрических параметров антенн, но и по­
зволяет снизить wебования к системе приводов.
Наличие перед антенной полупрозрачного для рабо­
чей волны обтекателя вызывает ослабление СВЧ энер­
гии, принимаемой от космического аппарата, и увеличи­
вает температуру приведенного ко входу приемника шу­
ма как за счет собственного теплового радиоизлучения
обтекателя, так и вследствие приема отраженного от об­
текателя излучения земного покрова. Определим при­
ращение температуры шума приемника наземного ком­
плекса, вызванное присутствием обтекател51 , Д.[Iя
общности решения подобной задачи будем полагать, что
среда 1 внутри обтекателя и среда 3 вне его - непогло­
μ~.ающю~ (рис , 8.1) и имеют ра з личные электрические
свойства . Яркостная температу ра отраженного от обте­
кателя теплового радиоизлучения з емного покров а м о-
127

жет ,быть представпена в Jзиде следующих слагаемых:
2
)
Tff4R2, ,
1
т (1 R2)2 R2 -2,,
П4-
21
23е
'
т (1 R2)2R4R2 -4,, ~
•~4•
-~
.2 1.
• ~з.2:е. .
_'1
(8.1)
Исполь з уя (8.1), нетрудно за пис ать результирующую
яркостную тем п ературу:
00
·т-ТR2+Т(1R2)R2 -2
·•'1 (R R -·,)~п --
•
л421- л4 21
л4-
·
21 23е 1.J
21 2зе
·-
n=o
1Т [R2 (1 R2R2 е-2•,)(1 R2)2R2 е-2••]
1.Я4.21-2123
-
21
23
· (8.2)
В выражениях (8.1), (8 .2) Тл1- яркостная темпера­
тур а радиои злу чения земно го покрова; IR. 21 и R2з _: _ мо­
дули коэф фициентов отр аже ния электромагнитной энер­
гии от границ раздела среды 2 со средами 1 и 3;
(8 .3)
-
оптическая толщина обтек ателя ; х2 -- коэффициент
поглощения электромагюiтной . энергии в обтекателе;
l2 - толщина обтекателя ; h2 - угол высоты, под кото ­
рым поток теплового и з л уче ния падает на поверхности
раздела сред 2-1 и 2-3 .
Поскьльку tg 62 обтекателя выбирается, как правило,
намного меньше единицы, то из (5 . 16) следует, что
; 'ii~(-v;,;-
x --~,----•
2-
л1
(8.4)
•Наряду с отраженным потоком теплового радиоиз­
лучения среды 4 в приемную антенну посту пает поток
собственного ра диоизлучения обтекателя. Яркостнан
температура радиои зл учения обтекателя, обладающего
термодинамической температурой Т2, может быть вычи-
128
.j.

слена с помощью выражения (7.3), принимающего
в рассматриваемом случае следующий вид:
(8.5)
Если полагать, что перед антенной расположен обте­
катель в виде плоскопараллельного образования,
а, к . п. д. антенно -фидерного тракта равен единице, то
приведенные спектральные температуры шума, обуслов­
ленные приемом - потока теплового радиоизлучения, па­
дающего на антенну от обтекателя, ,будут изменяться
по закону
Т,,-(1- е- '')(1- R~1)(1+R~3 е-"2)
1+ R~1R~3 е-2•2 ± 2R21R2з е-•,х
(8.6)
(8.7)
4nl2sin/12
Знак плюс перед слагаемыми 2R 21 R 2 ; е- ·, cos
Л2
в выражениях (8.6) и (8.7) имеет место при соотноше­
нии приведенных волновых сопротивлений сред 1, 2 и 3, •
удовлетворяющих неравенству
(8.8)
. Случа ю
(8.9)
соответствует знак минус .
В гл. 7 было показано, что при узкой полосе пропу­
скания СВЧ тракта распределение приведенной спек­
тральной температуры шума в полосе пропускания СНЧ
тракта при е мнпка близко к равномерному при l2 >л2 .
129

Равномерным будет также распределение Т121 и Т1421 и
при широкой полосе пропускания п ри е мни ка, если т ол­
щина слоя !2 соизмерима · или меньше длины волны л2,
распространяющейся в среде 2. В п о до бны х случаях
Т,21 =Т121,
Tr.42 1 =Т1421•
(8.1О)
(8.11 )
Поэтому выражения (8.6), (8.7) п озволя ют оценить прира
щение температуры шума приемного; устройства , обуслов
1E"z, ' '•z1, тEZIt 0К
бО
о ie:__.....__
_,.."----'- ---'-- --" - -"""":'""~~
t
2•
З
ц... В
о,5л 2
1л2
Рис. 8.2.
ленное как при ем ом собственного теплового радиоизлучения
обтекателя антенны Т~2 1
,
так и приемом отраженного излу­
чения з ем ного покрова Тн2 i в зависимости от угла высоты
h2, толщины слоя l 2 и электриче ских свойств материала
обтекат еля .
На рис. 8.2 приведены результаты расчетов величины
приращения темп ературы шума Tr. 42 1 и Т121 на л 1 = 7,2 см
приЛf~fo, р1=Рз=377ом,h1= 90° в зависимости от
толщины обтекателя, обладающего волновым сопротивле­
нием
r2 ': =21sei0' 25
• ом (в12·=з, tga 2·=0,015)_
И з рису нка видно, что составляющая температуры шу­
ма у стройства , об усл овл е нн а я при е мом собственного
т е плового р ад иои злу чени я обтекателя, раст ет с увеличе-
130
j-..,.

Шiем его толщины. При этом под воздействием интер­
ференцио н ных явлений Tr, 21 испытывает осцилляции от-
носительно Тя 21-
Если для приведенных волновых сопротивлений сред
1, 2 и 3 выполняется условие (8.9), как в случае, пред­
ставленном на рис. 8.2, Т~21 принимает максимальные
41tl 'sin'h
значения при q =
2л.2 • 2 = (2n - 1)7t, а минимальные-
п ри q=2n7t. Составляющая температуры шума Т 1: 421 при вы­
полнении неравенства (8. 9) в противоположность Т121 макси­
мальные значения принимает при q = 2n1C. Значению
q = (2n - 1)тт соответствуют минимальные уровни Тr, 421
.
Условия существования минимумов и максимумов у со­
ставляющих температуры шума 1 1421 и Ти~ меняются на
обратные,. если п риведенные сопротивления сред удовлетво­
ряют не равенству (8.8). В подобном случае графики Tr, 42 r(l 2)
и Tr.2 1 (! 2 ) будут иметь фазы осцилляции, противоположные
фазе осцилляций этих функций на рис. 8.2 .
Заметим, что с увеличением толщины обтекателя ам­
плитуда осцилляции составляющей температуры шума Ти~
растет, а Tr, 421 уменьшается. Если уменьшение амплитуды
осцилляций Tr, 421 с ростом !2 происходит монотонно, то ам­
плитуда осцилляций Тr, 21 возрастает лишь до вполне опре­
деленного значения толщины обтекателя, определяемого по­
лосой пропускания Лf СВЧ тракта приемного устройства.
V
Можно показать, что при значениях l 2 ? 2 лf ~ 1 ампли-
s1п 12
туда осцилляций Tr, 21 начинает уменьшаться .
При использовании в наземной станции широкополО"сного
приемного устройства характер изменения кривых Т1421 ( l 2) и
Tr.2 1 (l 2) сохранится. В отличие от графиков, приведенньiх
на рис. 8.2, в подобном случае будет наблюдаться более
медленный рост амплитуды осцилляции температуры шума
Т121 и более быстрое уменьшение амплитуды осцилляции
температуры шума Tr.421
.
Однако даже для М=
= (Q,3.., . .Q,4)fo графики рис. 8.2 . оказываются справедли­
выми для первых двух периодов осцилляций .
Из приведенных выше результатов можно сделать
-1
вывод, что обтекатель в виде однослойного образования
дает наименьшее приращение шума на входе при е много
131

устройства при толщине /2, много меньшей длины вол­
ны л2 , а также при i2, соизмеримой с 0,5 :Л2. Нетрудно
видеть, что в по следнем случае минимальное з нач е ние
принима ет составляющая температуры шума T r 42 1,
а уровень состав ляющей Ти 1 еще н евел ик.
Рис. 8.3
Экспериментальные изм е рения подтверждают выяв ­
ленную закономерность и зме нения составляющей ш у ыа
пр 11 ем ного устройства, обусловленной приемом теплово­
го радиои злучения плоскопараллельного полупрозрачно -
1·0 слоя вещества в зав исимости от его толщины и соот­
нош ения волновых сопротивлений сред 1, 2, 3.
В работе [31] пр иведены данные об эле ктрических
свойства х облучателя рупор но-параболической а нтенны,
установленной в Андовере (США) и обеспечивающей
связь с ИСЗ « Телестар » (рис . 8.3) . Для обтекателя ан ­
тенны в Андовере был разработан специальный мате­
риал -- полистироловая фибра, обладающий большей
прочностью и теплостойкостью. Его относительная ди­
электрическая прониц аемость е1 2 = 3, тангенс угла элек­
трических пот ерь tg 62 =0 ,015. Располагая этими дан-
132
1

ными, а т,Шже зная tоJ!щину обтекателя U2= 1,74 л,1л,1),
с по мощью выражений (8.3), (8.4) нетрудно вычислить
коэ ффициент затухания электромагнитной энергии на
частоте ,f=4, 17 Ггч (л2 =7,2 с.м) и с помощью (8.6),
'Гt,zt, T;:,fZ1, 0 К
,••·· ·
..
200
100
80
[\
'
'
....
60
1/-0
30
\~
20
10
з
б
1/-
з
z
'
\
~,
'-\.
~~.,
.........
,
°ГJ:z1 верт
--
. ,;,
T1:z1 г ор
/
V
~!'-.
'
~...; ., .
" '1-...
'
TElfZ1 rop-
'-
-..
.. ....: -
,
/
т
~
-,
'
//
1
0,8
, Т1: ,,21 верт ,
0,6
0,1/-
0
20
"
1
1/
\1l
\
/
-·
Оотекатель
cs: ~-..:: ::).,pыil
1
-
---
7'
,,
7
,1
-
- _.---
./
/ Обтекатель
1/ CljXOiJ
60
Рис. 8.4
(8.7) зависимость приращения температуры шума при­
ем ног о устройства за счет теплового радиоизлучения
обтекателя от угла высоты h 1. Данные расчетов приве­
дены в виде графиков рис . 8.4 .
Из работы [31] и рис. 8.3 следует, что угол высоты,
под которым поток теплового радиоизлучения обтека­
теля падает на рупорно-параболическую антенну, изме­
няется примерно от 48 до 82°. Учитывая слабую зависи­
мость Ти 1 от h1 в указанном диапазоне углов высоты и
малый уровень потерь в антенно - фидерном тракте стан­
ции в Андовере, следует ожидать, что приращение шу-
133

Таблица 8.2
Состояние обтека-
1
Угол высоты /
Tr 21,
1
. Tr 421,
теля
h1, ерад
·к
·к
Сухой
7,5
3
1,4
15
3
4,1
30
3
6
90
3
7,4
Мокрый
7,5
12
3,5
15
12
10,2
30
12
15
90
12
18,5
мовой температуры за счет собственного излучения .
обтекателя составит около 3° К. Результаты теоретиче­
ских расчетов ожидаемого приращения шумовой тещ1 е ­
ратуры устройства соответствуют данным эксперимен ­
тальных измерений, приведенным в табл . 8.2 [31 ].
Тангенс угла электрических потерь у мокрого обте­
кателя станции Андовер возрастает с О,Оlб до 0,059,
одновременно с 3· до 4,41 воз р астает его относительная
диэлектрическая. проницаемость . Это определяет увели­
чение оптической толщины обтекателя в 4,5 раза и при ­
мерно во столько же раз увеличение температуры
шума Ти, · Согласно данньfм натурных измерений тем­
_ п е р·атура шума приемного устройства в Андовере после
увлажнения обтекателя возрастает с 3 до 12° К.
На р·ис. 8.4 приведены также графики, от р ажающие
данные расчетов составляющей температуры шума
приемного устройства, обусловленной приемом отра ­
женного от обтекателя теплового радиоизлучения зем­
ного покрова Тrm. При расчетах учитывалось, что
источник теплового радиоизлучения (земной покров)
находится в ближней зоне антенны.
Расчет графиков Тr. 421 (h 1) для сухого обтекателя был
выполнен с помощью выражений (8. 7), (8 . 11). При расчете
зависимости Тц2 , (h 2) для влажного обтекателя предполага-
лось, что на его поверхности образуется тонкая пленка
водяного покрова, вследствие чего обтекатель рассма­
тривался в виде двухслойного об р азования. Как
известно [2], если в • подстилающем слое двухслойной
среды укладывается целое число · волн, а также прн
134

lз«r''лз (,лз -· длина
волны в среде 3), то слой 3 не влияет
на уровень сигнала, отраженного от двухслойной среды,
и входной импеданс двухслойного образования опреде­
ляется импедансом среды 2.
Графики Т1421 (h 1), приведенные на рис. ~. 8.4, позволяют
оценить маисимальный уровень приращения темпера­
туры шума приемно!'о устройства, когда рупорно-пара­
болическая антенна направлена в зенит. Нетрудно
видеть, что с уменьшением угла высотьr рупорно - пара­
болической антенны поток отраженного излучения зем­
ной поверхности будет убывать.
Эту з акономерность, как и значения ожидаемой величи­
ны Тr 421 , подтверждают данные экспериментальных изме ­
рений, приведенные в табл. 8.2 . Следует отметить, что в
отличие от Тц21 (h,) уровень температуры шума приемного
t-
устройства Тr 21 не зависит от угла высоты .
ry, 0к
зоо
гоо
100
80
60
чо
30
о
-
\
""""1;
\
~
V
./
1'\.
.. ... .... ..
r--..
20
/'
Мокрый снег
-
-
---
"r-....
-
/
! ..... /
Сильный
i'Jожёlь
-
до)l(дЬ
слабь'~- -. -
Ясно
1
·r
ч-0
60
Рис . 8.5
Некоторое отличие результатов расчетов и экспери­
ментальных измерений можно, по-видимому , объяснить
тем, что при вычислении Tr 421
не учитывалось уве-
личение яркостной температуры Тн 421, вызванное мно­
гократными отражениями излучения земного покрова от
обтек;э.те.1щ и конструкции антенного устройства .
135

Как показывают расчеты и экспериментальные
измерения, обтекатель вызывает увеличение температу­
ры шума приемного устройства, с которым нельзя не
считаться в случае применения в наземном комплексе
низкошумящих устройств. Рис. 8.5 отражает результаты
измерений температуры шума приемного устройства на
f =4, 17 Ггц в Андовере как в · случае безоблачного неба,
так и при осадках в виде слабого дождя, сильного
дождя и мокрого снега. На графиках отмечается замет ­
ное увеличение температуры шума приемного устрой­
ства, когда антенна направлена в зенит. Повышение
температуры шума в подобном случае объясняется скоп­
лением снега и дождевой воды на вершине обтекателн.
__...,_._

Глава 9
АНТЕННАЯ ТЕМПЕРАТУРА БОРТОВОЙ
СТАНЦИИ КОСМИЧЕСКОЙ ЛИНИИ
связи
Приемную антенну космической станции, выведенной
на орбиту, окружает среда, радиояркостная тем­
пература которой в большей части телес'ного угла
4n стер характеризуется несколькими градусами Кель­
вина на сантиметровых волнах и десятками градусов
в длинноволновой части диапазона дециметровых волн.
Однако в направлении на Солнце, Луну и другие диск­
ретные источники космического радиои злучения ярко ­
стная температура оказывается равной нескольким
сотням и даже тысячам градусов Кельвина. Землю
также рассматривают как источник естественных шу­
мовых радиои злуче ний с усредненной в телесном угле
Qз радио яркостной температурой,:,
Тяс г з= f [Tяз(l .:.._R2)e-2Tacosh+Tяa]dh. (9 . 1)
23
Пусть бортовая приемная антенна с телесным углом
{lг.тт, соизмеримым с Qз, ориентирована так, что прини-
,.,
мает излучение, электрический вектор которого лежит
в плоскости падения. След от сечения плоскости паде­
ния и поверхности Земли изобразим на плоской проек­
ции земной полусферы (рис. 9.1) в виде прямой
АА. Элементарные участки на поверхности Земли,
наблюдаемые с борта космической станции под одина­
ковым углом высоты, лежат, как известно, на окруж-
* Здесь не учитываются ,помехи,
обусловлениые излучением
радиотехнических устройств, расположенных на зем-ной поверхно­
сти.
10 - 1190
137

ности равных высот, ()бозначенной на рис . 9.1 в виде
пунктирной линии. Стрелками, касательными и перпен­
дикулярными к окружности равных высот, обозначе-
flА
ны составляющие гори-
Рис. 9.1
зонтально и вертикально
поляризованного излуче­
ния элементарных пло­
ских участков 1, 2, ..., 8
покрова Земли в предпо­
ложении, что земной сфе­
роид имеет ровную по­
верхность .
Найдем закон измене­
ния поляризации тепло­
вого радиоизлучения эле­
ментарных участков по­
верхности Земли, пред­
ставленной в виде равно­
мерно нагретого сферои­
да с ровной поверхностью.
Яркостная температура
элементарного участка 2
пропорциональна суммарному коэффициенту излучатель­
ной способности, определяемому выражением [32]
1-Ri~(х) = (l -R~верт) cos2 х+(l - /~~,·ор) sinХ,
(9.2)
-
где х - угол между плоскостью падения и направлени-
ем радиуса-вектора из центра диска на рассматривае-
-._;,
мый элементарный участок.
Для участка б, расположенного на окружности рав-
ных высот симметрично участку 2, угол х отличается
·
.,_
на ±n/2 от значения этого угла для участка 2, поэтому
яркостная температура излучения участка 6 пропорцио-
нальна коэффициенту излучательной способности (9 .2),
представленному в следующем виде:
138

Среднее суммар,iое зtiачение яркостной температу­
ры участков 2 и 6 пропорционально полусумме выраже­
ний (9.2) и (9.3):
Каждой элементарной площадке, лежащей на ок­
ружности равных высот, соответствует симметричная
ей относительно центра земного диска площадка с из­
лучением одинаковой яркости и одинаковой степенью
ортогональной поляризации. Поэтому ин-r;егральное ра­
диоизлучение Земли, рассматриваемой в виде равномер­
но нагретого сфероида с ровной поверхностью, неполя­
ризовано. Поскольку для поверхности суши и водной
поверхности в диапазоне сантиметровых и более корот­
ких волн критерий шероховатости Релея практически
никогда не вьшолняется, тепловое радиоизлучение ре ­
альной земной поверхности в пределах телесного угла
Qгл<Qз следует также рассматривать как неполяризо­
ванное.
При оценке усредненной яркостной температуры
теплового радиоизлучения Земли следует исходить из
двух крайних случаев: когда земная полусфера, обра­
щенная к космическому кораблю, целиком занята су­
шей или полностью покрыта водой. Такое представление
сп р аведливо не только для определения вида земного
покро в а в подспутниковой зоне, но допустимо и при
определении эффективной температуры радиоизлучения
Земли в точке, удаленной от нее на большие расстоя­
ния. Как известно, 71 % площади земного шара покрыт
водой, а 29%-приходится на сушу. Суша на поверх-
1rости Земли распределена неравномерно, так, например ,
в южном полушарии суша занимает '19% полусферы,
тогда как в северном - 39 % . Вследствие неравномер­
ного распределения суши и воды под некоторыми ра­
курсами, даже на больших удалениях от Земли, полу­
сфера, обращенная к космической станции, Ml жет
быть практически вся занята сушей или водой (рис. 9.2
и 9.3) . Приведенное на рис. 9.2, 9.3 распределение суши
и воды характерно при наблюдении с борта космическо­
го аппарата, удаленного от Земли на расстояние около
50 ООО км.
10*
139

На ос1-юванин данных табл. 6.2 и выражения (9.4)
можно полагать, что нижний предел яркостной темпе­
ратуры радиоизлучения поверхности Земли, покрытой
сушей (е'2=4), Тлсрз=О,7Т3, покрытой водой (е' 2 =80),
Тпер з =O,35ТЗ·
При усреднении яркостной температуры земного
покрова и радиоизлучения атмосферы Земли в преде­
лах главного лепестка бортовой антенны максимальной
можно считать температуру, равную термодинамиче­
ской температуре атмосферы, т. е. примерно равную
270" К.
Температура шума, поступающего на вход бортово­
го приемного устройства из антенны, существенно за­
висит от характера ее диаграммы направленности. На
борту космических ста н ций находят применение как
•.
слабонаправленные, так и остронаправленные антенны.
Выбор типа с1нтенны определяется многими фактора-
ми, в том числе степенью стабилизации осей косми ч е -
Рис. 9.2
140

~
скоrо а11параtа, высотой его орбиты, а также энергеtй­
ческим потенциалом космической линии связи . На
нестабилизированны х космичесюrх аппарата х , переме­
щающихся по _ околоземной орбите на малой высоте,
применяются бортовые антенны с диаграммами направ­
ленности, близкими по характеру к изотропным .
В качестве слабонаправленных бортовых систем в ос-
1-ювном используются штыревые, спиральные и щеле­
вые антенны. У антенн подобного рода добиваются
получения изотропной диаграммы направленности
в большей части телесного угла 4л: стер.
Примером изотропной диагР,аммы направленности
может служить диаграмма приемной и передающей
бортовых антенн (f =4 и 6 Ггц) искусственного спут­
ника Земли «Телестар» (рис. 9.4), выполненных в виде
кольцевой щели на сферической поверхности корпуса
спутника 1[31]..
-
Отличие диаграммы направленности приемной и
передающей бортовых антенн от изотропной обуслов-
180 °
165°
экватор
6
\<Q
'<J!<зd}>
рис. 9.3
141

ливает изменение уровня сигнала на входе приемных
устройств как наземной станции, так и ИСЗ при вра­
щении последнего вокруг своих осей.
На рис . 9.5 [21] приведена осциллограмма радио­
сигналов первой советской космической ракеты. Как
Рис. 9.4
видно из осциллограммы,
замирания сигналов, вы­
званные
неравномерно­
стью диаграммы направ­
ленности бортовой пере ­
дающей антенны и враще­
нием космичеоиго аппа­
рата, носили периодиче­
ский характер. Посколь­
ку передающая антенна
на космической ракете
имела тороидальную диа­
грамму направленности,
замира ния сигнала повто ­
рялись дважды за период
вращения.
Применение слабона-
правленных
бортовых
антенн хотя и существенно снижает изменение амплитуды
сигнала за счет неравномерности диаграммы направлен­
ности, однако не исключает замираний за счет поляри­
зационных явлений. Последние объясняются тем, что
~-~
f=20 Мгц
~:.
.:_
•
·:
•
111
~~~
~ <\)
::i:~
'
q;
ОЗ.ч-2
о:нз
о 3. ч-'f
ОЗ. ч-5 • 03. ч-6
о:н-7
t
рис. 9.5
в процессе вращения космической станции происходит
поворот плоскости поляризации волны, падающей на
приемную антенну наземного комплекса. Если в на­
земной антенне отсутствуют устройства, обеспечиваю ­
щие слежение за плоскостью поляризации падающей
волны, сигнал на входе приемника периодически зами­
рает по вполне определенному для каждого космическо­
го аппарата закону.
142
.,.,-
,.,

На рис. 9.6 [33] приведены осциллограммы сигналuв
космической станции, запущенной в СССР 4. Ю. 59.
Запись сигналов производилась одновременно с выхо­
дов двух приемных устройств с антеннами, осуществля­
ющими прием составляющих поля с вертикальной и
горизонтальной поляризациями. Вследствие вращения
плоскости поляризации, вызванного вращением косми­
ческой станции, напряжение на выходе каждого из
каналов оказалось промодулированным по амплитуде.
Глубина модуляции на рис. 9.6 составляет 0,8-0,9,
а огибающие сигналов с горизонтальной и вертикаль­
ной поляризациями, как и следовало ожидать, сдвину­
ты по фазе примерыо на 90°.
На стабилизированном ИСЗ возможно применение
бортовых направленны х антенн. Угол раскрыва Qгл
диаграммы направленности бортовой направленной ан­
теннr,1 не должен быть меньше телесного угла Q 3, под
которым Земля наблюдается с борта космического ап­
парата. ТоJ1ько в этом случае продолжительность сеан­
са связи наземной станции с ИСЗ не будет сокращать­
ся за счет коне 1 шых размеров главного лепестка диаг­
раммы направленности бортовой антенны. Вследствие
этого ширина диаграммы направленности у искусствен­
ных спутников · Земли, выведенных на стационарную
орбиту (высота орбиты около 36 ООО км), не должна
быть меньше 20° . Подобную диаграмму имеет, например,
антенна, установленная на спутниках «Синком-1» и
«Усовершенствованный Сннком» . Антенна последнего
представляет собой решетку из 16 элементов, располо­
женных по окружности с радиусом, равным длине вол­
ны (f= 1814 и 1816 Мгц) . Коэффициент усиления антен­
ны ИСЗ «Синком» достигает значения 16 дб.
Остронапра вленные антенны применяются на меж­
планетны х космических станциях, а также на искусст­
венных спутниках Земли, имеющих большую высоту
апогея·. Параболические остроi1аправленные зеркальные
антенны, в частности, были установлены на первом со­
ветском связном спутнике «Молния», имевшем апогей
39 957 км. Апертуру бортовой параболической антенны
выбирают такой, чтобы угловые размеры главного лепе­
стка обеспечивали надежную связь наземного комплекса
с космическим аппаратом от восхода до захода послед­
него над радиогоризонтом. Только в том случае, когда
143

144

Rгл>Qз, продолжительность сеанса связи не будет со­
кращаться за счет вращения Земли.
Для идеализированной ненаправленной антенны
оценка уровня антенной температуры в диапазоне час­
тот больше ЮО Мгц может быть произведена с по ­
мощью выражения
Т =Тнсрн(41t-I:О д ,1)-+-_1_ '1Т Q . (9.5).
ант
.
41t
,
41t i.J дн дн,
в котором Тл ер н - усредненное значение яркостной
температуры космического излучения, наблюдаемого
в виде фона; Rди и Тди- телесный угол и усредненная
по диску яркостная температура радиоизлучения ди­
скретных космических источников, в том числе ·Солнца,
Луны и Земли.
Солнце с поверхности Земли наблюдается под те­
лесным углом ·Q 1c=6,8 • 10- 5 стер .
При удалении
космической станции на расстояние в несколько милли­
онов километров телесный угол 1Rc можно считать
неизменным. Однако при полетах на · больших удале­
ниях от Земли следует учитывать изменение телесного
угла светила. Так, например, среднее значение телес­
ного угла Е2с вблизи планеты Венера увеличивается до
3,2 • I0-4 стер, вблизи планеты Марс - уменьшается до
2,6 • Ю-5 стер.
.
Луна, как и Солнце, с поверхности Земли наблюда­
ется под телесным углом Q1л = 6,8 • 10-5 стер. С удале­
нием космического корабля от Земли и Луны телесный
угол Qл будет убывать.
Телесный угол, под которым Земля наблюдается
с борта космической станции, удаленной на расстояние
D<БО ООО км, определяется уравнением
03=47tsin1(0,5arcsin D~R. ) ,
где Rз - радиус земного шара .
(9.6)
На удалениях D >Б О ООО км телесный угол Qз мо­
жет быть поде.читан с помощью более простого выра-
жения
(9.7)
145
•

И с поль з овани е дв ух выраж е нпй при вычислении
телесного угла Q 3 объясняется сферической формой
Земли .
Телесный угол, под которым видна Земля с борта •
космического аппарата, равна 2л: стер на старте и убы ­
вает при удалении станции от З е мли согласно выраже-
1шям (9.6) И (9.7).
.
На участке траеюории ' (рис. 9.7,а), где телесный
угол Qгл главного леп е стка диаграммы направленности
может быть меньше Q 3, антенная температура бортово­
го комплек,са за счет приема и з лучения среды, окружа­
ющей космический объект, определяется равенством
т =(1-О5R)т +оБR[(Q.
-Q(01<1 -Qгл ) х
ант
,
~•s
нз
,
1-' s
41t
Х (Тнз- Тн ел н)+Тн·ерн] •
(9.8)
После того как космическая станция удалится на
расстояние, при котором Q 3 становится соизмеримым
с Qгл (рис. 9.7,6), для антенной температуры справед­
ливо выражение
При дальнейшем удаJ1ении космического объекта от
Земли наступает условие, когда Qгл>Q 3 (рис. 9.7,в).
В этом случае антенная температура может быть най­
дена из уравнения
+~SТН.еJ:' н(1- ~~л),
которое при ,Qгл » 1Q 3 приводится к виду
Тант=Тяер 1,.
(9.1О)
(9.11)
Из анализа выражений (9 .7)-(9.10) следует, что
при удалении космического корабля от Земли, начиная
с момента, когда Qгл становится равным Q 3 , антенная
температура уменьша_ется, устремляясь к значению
146

Тя е р н· Таким образом, на больших удалениях от Земли
темп е ратура ш ума на выходе бортовой антенны за счет
прием а СВЧ излучений окружающей среды приннмает
минимальное значение.
Ограничение в весе и габаритах вынуждают в на­
стоя щ ее время использовать на борту космических а ппа ­
р а тов в основном при ем ны е устройства на полупровод­
никовы х эле м ен та х. Коэффициент шума современных
полупроводниковых
супергетеродинных
приемников
в д иапа зоне частот выше 100 Мгц составляет примерно
10 дб (наприм е р, при ем ник ИСЗ «Улучшенный СинкоiV[»
имел коэффициент шума 9 дб). При таком коэффици-
енте шума максимальная температура бортовой остро- _r
направленной антенны с Qгл с:=: Q 3 примерно в 10 раз •
ниже прив еденн ой ко вхо ду температу ры собственного
ш у ма при ем ного устройства.
Всл едствие высокой т е мпературы собственного шума -,-
пол у проводниковых приемных устройств максимальное
отношение сигнал/шум Н9- выходе бортового приемника
имеет м е сто при максимальном значении коэффициента
усиле ния бортовой антенны. Поскольку яркостная тем­
перату ра излучения в обла сти главного лепестка борто-
вой антенны во много раз больше среднего з начения
яркостной температуры в области ее рассеивания, отно ­
шение сигнал/шум на выходе антенны не з ависит от ве ­
личины коэффициента рассеивания . Однако у бортовой
антенны желательно иметь минимальную величину ~s,
чтобы обеспечить более высокий коэффициент усиления.
Указанная з акономерность изме нения яркостной темпе ­
ратуры среды, окружа ющей бортовую приемную антен-.
ну, и слабая за висимость температуры теплового радио ­
и злу ч е ния Земли от частоты приводит к тому, ЧТ()
естеств е нны е радиополя не накладывают существенных
ограничений на выбор длины волны, используемой для J),.._
передачи информации с Земли на борт космического
аппарата.
•

♦1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
-4
12.
~ 13.
14.
15.
16.
ЛИТЕРАТУРА
Айз е н б ер г Г. 3. Анте нн ы у.л ыра!<оротких волн. Связьиздаr ,
1957 .
Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. Изд-во АН
СССР, 1957.
Кузьмин А. Д., Соломонович А. Е. Радиоастрономиче-
1с!<ие методы измерений параметро в антенн. И зд -В() «Советское
радио», 1964.
•
Ц ей тли н Н. М. Примен ение методов радиоастрономии в. ан­
тенной техн1-1·ке. Изд-во «Советское радио», 1966.
Ни к о лае в А. Г. , Перце в С. В. Радиотеплолокация. Изд-во
«Советское радио», 1964.
С и гм е н А. Мазеры. Изд-во «Мир», 1966.
Ха рве й А. Ф. Техника сверхвысоких частот, т.' 1. Изд -во
«Советское радио», -1965.
Ефим о в И. Е. Радиочастотные ли.нии передачи . И зд-во «Со­
ветское радио», 1964.
I-1 и к о ль с кий В . В. Теория электромагнитного поля. Изд-во
«Высшая школа », 11964 .
Х и п п ел ь Д. Р. и др. Диэлектрики и их применение . Изд-во
иностранной литера т уры, 1959 .
Троиц кий В . С., Ц ей тли н Н . М. Ради~астрономичес1<Ие
методы абсолютных измерений интенсивнtJс теи сигналов, ка ­
либро·вки антенны и радиотеле с копов на сантиметровых волнах.
«Известия вузов», Радиофизика, 196 1, No 3.
К а пл а н С. А. Элементарная радиоастрономия. Изд-во «Нау•
ка» , 1966.
Та рт а к о в с кий Л. Б. Бо-ковое излучение идеального пара­
болоида с круглым раскрывом. «Рад иоте х ника и электроника»,
1959, No 6.
Алфеев В. Н., Малолепший Г. А. К вопросу о чувстви­
тельнос ти ·приемных устр ойств с малошумящими усил ит елям и.
Труды ЦНИИС, 1961, вып . 1 (187).
Бенедикт о в Е. А., Митя к о в I-1. А. О поглощении косми­
ческого радиоизлучения в ионосфере. « И звестия вузов», Радио­
ф11зика, 196'1 , No 1.
)!(евакин С.А., Т·роицкий В. С. Поглощение ~антиметро­
в ы х вол11 в слоисто й атмосфере. « Радиотел,шка и электрон ика »,
1959, No 1.
149

17.Дмитрие11ко Д.А.,К:ро'тиков В.Д.идр.Поглощенне
радиоизлучении 1-1il вот-1е 70, 16 с.м в атмосфере. «Известии ву­
зов», Радиофизика , 1964, No 5.
18. Троиц кий В . С. Флюктуации в нагр уженной линии . ЖТФ,
1955. т. XXV, вып. 8.
19.Шишкарева В. В., Сестрорецкий Б. _В. Некоторые
новые идеи в технике вол.наводных трактов. Сб. статей «Со­
временные •проблемы антенн:J-воюювоюr"ой техн ики». Изд-во
«Наука», 1967.
20. Ст ар од у б ц ев Д. М. Собственные шумы линии передачи с
потерями. Труды ГИФТИ и радиофи з . ф-та ГГУ, сер . 1физи­
ческая, 1%7, т. 35 .
21.К:отельников В. А., Дубровин В. М. и др. Прием и
исследова-ние особенностей радиосигналов советских космических
ракет. «Искусственные спутники Земли», ,1963 , вы п. J7.
,
22.Разин В. А., Цейглин Н. М. К: вопросу об измерении
·радиоизлучения а'Гмосферы и поверхности Зе •11ли. «Известии
ву зо•в», Ради оф изика, 1962, No 1.
23.•Цейтлин
Н. М. Радиоастрономические методы исследовании
антенн. «Радиотехника и электроника», 1965, No 8.
24. К: рот и к о в В. Д. Некоторые характеристики земных пород
и их сравнение с характеристиками поверхностного слоя Луны.
«Известия вузов», Радиофизика, 1962, No 6.
25.Бахрах Л. Д., Могиль.ни·кова К И. Некоторые вопро­
сы проектирования больших зеркальных радиотелес1юпов. «Из­
вестия вузов», Радиофизика, 1964, No 4.
26.ЛасточкинВ.П.,СтаIIкЕ"ВичК:.С.,СтрежневаК:.М.
Измерение поглощения радиоволн в ат-мо-сфере на длине волны
л=3,2 сл1 . «Известия вузов», Радиофизика, 1964, No 5.
27.К:амеиская С. А., Станкевич К:. С. Измерение погло­
щения радиоволн в атмосфе'ре , -на высоте 3200 м иад уровнем
моря .на длине волны 1,6 см. «Известия вузов», Радиофизш<а,
1964, No 6.
~8 . Ласточкин В. П., Ст ан к ев и ч К:. С. Измерение погло­
щения в атмосфере в дециметровом диапазоне радиоволн.
« И звестия вузов» , Радиофиз,ша , 1963 , No 6.
29. Жевакин С. А., Н_ау,мов А. П. О коэффициенте поглоще­
ния электромагн,итных волн вод51ными парами в диапазоне
10 .мк - 2 см . «Известия вузов», Радиофизика, 1963, No 4.
30.Лещинский Ю. И.,АнанскихВ.М., Лебедева Г. Н.
Электрические параметры песка и· глины в диа пазоне сантимет­
ровых и децИ'метровых радиоволн. Труды МФТИ, вып. 10. Обо-
ронгиз , 1962.
_
31. «С ис тема связи через искус-ственны й с пу тник Земли « Т елесrар» .
Изд-во «Мир», 1965.
32. Троиц кий В. С. К: теории радиоизлуче~-1ия Луны . Астроно­
мический жу·рнал, 1954, т. XXX I, No 6.
33. Бен,едикто_в Е. А,, Гетманцев Г. Г., Гин;;бург В. Л.
Ра диоас трономичес-кие исследования с помощью искусственных
спут-ников и космических ракет . « Иску сс гв е1шые >с-путники
Земли», 1961, вып. 7.
34.Еr1еr G.,
S с h о Lt f е 1 d Jvl. Помехи ю11-1ипм косми•1еской
с·вязи, создаваемые Солнцем. Nac l1ri chte11 Z.,
1966, No 11.
150.

35. Ноgg D. С., Sе111р1аk R.. А Влинние дож1,я и водяных
nаров на ш ум ы неба в сантнметрОf!ОМ диапазоне волн. Bell
S ustem. Tech . J . , 196 1, v. 40 , sept. (см. перевод: «Вопросы радио­
ло·кационной техники», 1962, No 12) .
36. Giddis АIЬеrt R. Влияние естественных шумов на ха­
рактери стик и антенных систем. !ЕЕЕ Trans. Сот. апd EJectro11,
1964, No 71.
37.Кее11ап R. К., МаппЕ'х Н. Р. Системы связидля космн­
ческнх кораблей. Space Aeron2t1t" 1962, v. 38 , No 6.
38. Ноgg О. С., Sе111рIаk R. А. Оценка температуры атмос­
ферных шум_ ов в -сверхвысокочастотном диапазоне во время
дождя. Ргос. I EEE, 11963, v . '51, No 3.
39. М е z g е г Р. G. Определение параметров бол•,шого 11а·ра·
болического зерка ла в микроволновой области •с помощью ра­
д иоастрономических средств . Telefunkeп-Zeituпg, il'959, Н. 124.
40.РаLIli11g-Тоt11 !. !.К., S!1аkеs11аft !. R., WеlеЬi11•
s ki R. Применение параболического рефле:<rора с мащ,1м фо·
кусным расстоянием . в качестве антенной системы 1с малы~iи
шумами. Ргос. IRE, 1960, v. 50, No 12.
41. G го m О. L. Естественное тепловое излучение •в ди_аnазо.не
1-10 Ггц . Ргос. !ЕЕ, '1964 , No 5.
42. Jоnеs S. IZ., К е11еhегК. S.А. Новая малошумящая антенна
с большим усиле ни ем . IEEE Inte rri. Сопv. Rec., 1963, v. 11, Р . 1.
43. L е v i 11 g s t о 11 М. Влия-ние параметров антенны на отно­
шение сигнал/шум и на вел;~ч1-1н,у антенной тем,пературы. IRE
Tra11s., 1961, SET -7 , No 3.
44.Fогd L. N.,
О I i v е г R. Экслерименталыные измерен,ия ко­
эффициентов отражения и логлоuiения электромагни тной энер ­
гии на л=9 см. Ргос. Phys. Soc. , 1946, У. III, . N'o 327.
45. То с q u е с У. Теоретическое и сследование ограничений, о-бус­
ловливающих характеристики холодных антенн с большим ко­
эффициентом усиления. 1'4-th !11t e гn a t. Astro11aнt. Congr. Paгis,
1963, v. :2, Париж - Варшава, 1965.
46. Б р. а н д т , А . . А . . Исследоsание диэлектриков .на сверхвысоких
частотах. Физl\1атгиз, 1963.
47. Туч к о ·в Л. Т. Влияние естественных шумовых изл"учений
на работ у радиоканалов. Изд. ЛВИК:А им. А. Ф . Можайского,
1966.
.
•
48 . Степ а не н к о В. Д . Радиолокация в метеорологии. Гидро­
метеорологическое изд-во, 1966.
49 . П ервый полет к .Венере. «Правда», 11964, No 57.

С1
1/
/
/
1
'.
,, t(}L
/l L'l,,
ОГЛАВЛЕНИЕ '
Предислови е
3
Глава 1. Основные ,понятия
5
1.1. Ха рактер,истики шумового ра д иоизлуч е ния
5
1.2. Коэффициент ,рас,сеивания ант енны
9
1.3 . Суммарная темrпература шума на .входе прием-
ного у,стройства
15
Глава 2. Шумы антенно-фидерного тракта
.
17
2.1 . -Температура
шума согласованной .mинии передачи 17
2.2. Зависимость коэффициента з атухания от пара-
мет,ров фидерного тракта
•
21
2.3 . Темпера тура шума нес_огласованной J11инии пере-
33
дачи .
33
2.4 . Т емпе ратура шума собственного излучен ия ан-
тенны
43
Глава 3. Космическое радиоизлучение
46
Глава 4. Поглощение и радиоизлучение атмосферы Земли
55
4.1 . Поглощение и радиоJ1злучение атмосферы, сво-
бодной от r,идрометеоров
55
4.2. Поглощение и радиоизлучение гидро мете оров
атмосферы
.
.
.
70
4.3 . Поглощени•е и радиоизлучение ионосферы
75
Глава 5. Тепло.вое радиоизлучение земн.оr,о покро,ва
77
5.1 . Яркостная температура радиои з\/!учения зем но-
гопокрова . . .
.
.
.
77
5.2. Электрические свойства зем,ных покровов
83
Глава 6. Антенная · температура наземной станции
92
6.1 . В лия ни е коэффициента расс еив,ания на отноше-
ние сигнал/шум ' .
92
6.2 . Коэффициент рассеиван,ия параболич ес1ш х а нт ен н 95
6.3 . Антенная температура наземной станции
107
Глава 7. Влияние rидрометеоров, оседающих на поверхности
параболического зеркала, на температуру шума при-
емного устройства
116
Глава 8. Влияние обтекателя антен,ны на температуру шума _
приемного устройства
125
Глава 9. Антен.ная температура бортовой станции космической
линии связи
137
Литература
149
152