Шумовые характеристики АФАР с пространственным возбуждением

Поставим задачу: определить при работе в приемном режиме отношение мощностей сигнала и шума (отношение сигнал/шум) на выходе приемного рупора

Предположим, что решетка на рис. 31 является эквидистантной, ее элементы располагаются по строкам и столбцам, и каждый элемент нумеруется индексами n и m. При оценке суммарной мощности шума малошумящие усилители АФАР можно рассматривать как некогерентные СВЧ генераторы с выходной мощностью, равной мощности их собственного шума P 0. Для приемного рупора эти генераторы являются независимыми и принимаемую мощность от каждого из них можно рассматривать без учета наличия других.

Определим мощность шума в выходном тракте приемного рупора АФАР, принятую от её nm -го антенного элемента. Пусть r nm — расстояние между nm -ым излучателем Ib и приемным рупором, a nm и b nm — углы, задающие направление от nm -го излучателя на рупор, J nm и j nm — углы, задающие направление от рупора на nm -ый излучатель (рис. 31).

Рис. 31. Схема АФАР на прием
Введем диаграмму направленности по полю f (a nm, b nm) nm -го излучателя Ib при возбуждении его мощностью выходного шума своего МШУ. Полагаем, что АФАР содержит достаточно большое число элементов, чтобы можно было пренебречь краевыми эффектами и считать диаграммы направленности подавляющего количества излучателей Ib одинаковыми. Нормируем диаграмму направленности так, чтобы

| f (a nm, b nm)|2= g 0(a nm, b nm),

где g 0(a nm, b nm) — коэффициент усиления излучателя.

Если g (q nm, j nm) — коэффициент усиления приемного рупора, то мощность шума Pnm, принятая рупором от nm -го излучателя Ib, будет:

Pnm = , (1.1)

где l — длина волны излучения.

Суммируя Pnm, получим выражение для полной мощности шумов P  на выходе приемного рупора в виде:

P S = P 0 h, (1.2)

где

h = . (1.3)

Покажем, что коэффициент

h < 1. (1.4)

Для этого дадим другую физическую интерпретацию выражениям (1.1) и (1.2). Предположим, что к приемному рупору АФАР подключен согласованный с фидерным трактом в её рабочей полосе генератор G с мощностью P 0, и вместо малошумящих усилителей в антенных элементах установлены согласованные нагрузки H. Тогда придем к схеме антенной решетки, представленной на рис. 32, с антенными элементами, работающими в приемном режиме по отношению к излучающему рупору.

Рис. 32. Схема АФАР на передачу

Мощность, принятая nm -ым антенным элементом, будет равна (1.1), где g 0(a nm, b nm) теперь является коэффициентом усиления излучателя Ib в приемном режиме его работы. Суммарная мощность P S, принятая совокупностью всех антенных элементов, будет описываться выражениями (1.2) и (1.3). Из схемы рис. 32 следует, что P S — это только часть мощности P 0, излученной генератором; часть мощности генератора «переливается» через края апертуры решетки, а часть отражается от входных элементов.

Таким образом, мы доказали справедливость оценки (1.4). При этом мощность шума на выходе АФАР равна мощности шума на выходе одного из антенных элементов, умноженной на коэффициент ослабления.