воздействиям (влага, низкая температура), механическим нагрузкам (многократные «выдвижения» и «складывания»), динамическому воздействию ветра и потока встречного воздуха при движении автомобиля. Немаловажное значение имеет и то, что штыревая .антенна, выдвинутая в рабочее положение, часто является объектом случайной или умышленной поломки.

Дополнительным неудобством при эксплуатации пассивной антенны является и необходимость выполнения специальной ручной операции для приведения ее в рабочее состояние (выдвижение телескопических штырей), которая не может быть выполнена в движущемся автомобиле. Применение механического привода для автоматизации процесса выдвижения телескопических штырей хотя и устраняет этот недостаток, но одновременно приводит к значительному усложнению (и удорожанию) антенны, что в конечном итоге также снижает ее надежность.

Перечисленные конструктивно-эксплуатационные - недостатки традиционных пассивных антенных систем обусловили главное направление работ по их модификации - создание конструкции, антенны с малогабаритным и надежным приемным элементом, не требующим изменения взаимного положения его деталей в процессе эко плуатации.

Переход на малогабаритные приемные элементы поставил перед разработчиками проблему компенсации падения эффективности антенны из-за снижения ее действующей высоты (усугубляемой в случае использования антенн, устанавливаемых внутри салона автомобиля, экранирующим действием кузова), так как это приводит к падению уровня сигнала, нодводимого к входу приемника, и как следствие к ухудшению его реальной чувствительности (из-за уменьшения соотношения сигнал/шум на входе первого усилительного каскада) и максимальной чувствительности (если коэффициент усиления приемного тракта остается неизменным).

Задача компенсации потерь в передаче сигнала, наведенного в малогабаритном приемном элементе антенны, привела к идее использования антенного усилителя, конструктивно объединенного с этим приемным элементом, т. е. к идее реализации активной автомобильной антенны. Однако объединение малогабаритного приемного элемента с усилителем в лучшем случае позволяет лишь скомпенсировать потери в усилении (т. е. «восстановить» максимальную чувствительность приемника), ухудшение же реальной чувствительности (из-за падения соотношения сигнал/шум) в этом случае сохраняется.

Решение этой основной яроблемы, возникающей при создании активной антенны для диапазонов AM (0,15 - 12 МГц), оказалось возможным, во-первых, из-за наличия в пассивной антенной системе соединительного кабеля и, во-вторых, вследствие особенностей условий работы антенны, обусловленных в первую очередь высоким уровнем помех в месте ее установки.

При создании активной антенны с малогабаритным приемным элементом для диапазона УКВ улучшение соотношения сигнал/шум может быть достигнуто в результате обеспечения режима согласования по шумам.

В связи с тем что теоретические принципы реализации активных антенн для диапазонов AM (ДВ, СВ, KB) и ЧМ принципиально» различны, далее они рассматриваются раздельно.

Принципы реализации активных антенн в диапазонах ДВ„ СВ, КВ. При устранении соединительного кабеля между пассивным приемным элементом и входным каскадом приемника можно получить значительный выигрыш в передаче сигнала, наведенного в приемном элементе антенной системы. Действительно, как следует из анализа эквивалентной схемы пассивной антенной системы (см. рис. 2.7), ее коэффициент передачи по полю

Кас=ивх/Е=ИдСа/(Са+Спар),(2.11)

где Ubx - напряжение, действующее на входе приемника; Е - напряженность поля сигнала в месте расположения антенны. При типичных значениях 11д=0,5-0,6 м (h,=1A/2, 1A. - геометрическая длина приемного элемента пассивной антенной системы), Слт=г .= 10-н12 пФ, Спар=50-н75 пФ (см. табл. 2.1) Кас составляет 0,05 - 0,1.

-©-*

Рис. 2.14. Подключение приемного элемента активной антенны к входу усилительного каскада

Рис. 2.15. Схема, поясняющая влияние внешних помех и шумов активного элемента на параметр» активной антенны в диапазонах ДВ, СВ, KB

В активной антенне приемный элемент подключается непосредственно к входу первого усилительного каскада (рис. 2.14), т. е„ теоретически устраняются обе составляющие СПар - емкость соединительного кабеля и емкость корпуса. В этом случае KAC определяется соотношением эквивалентной емкости приемного элемента Сп.э и составляющих входного сопротивления усилительного каскада Свх и R,. Если выполняется условие Rвх>1/(wСвх), то коэффициент передачи от приемного элемента на вход усилителя активной антенны

.п.эСп.в/(Сп.в+Свх).

В малогабаритных приемных элементах, выполненных, например» в виде укороченного штыря (1п.в=0,4-0,5 м) или корпуса зеркала заднего вида (эквивалентного короткому штырю длиной 10 - 15 см с верхней емкостной нагрузкой), Спэ = 5-7 пФ, а действующая высота h п.э=0,1-0,2 м.

Для выполнения условия Rвх>1/(wСВX) во входном каскаде влектронного блока активной антенны обычно используется высокочастотный полевой транзистор, у которого Свх-6 пФ. При таких значениях Спэ, 1д и Свх коэффициент передачи Кпэ=0,05-0,1, т. е. имеет те же значения, что и КАС пассивных антенных систем. Из равенства коэффициентов передачи по полю, очевидно, следует, что яри использовании в активной антенне малогабаритного приемного элемента, подключенного непосредственно (без использования соеди-жительного кабеля) к входу первого усилительного каскада электронного блока активной антенны, можно сохранить соотношение сигнал/шум и как следствие реальную чувствительность приемника яа уровне значений, достигаемых с пассивными антенными системами.

Другим фактором, ослабляющим зависимость соотношения сиг-нал/шум на входе автомобильного приемника от геометрических размеров приемного элемента антенны, является высокий уровень внешних помех в месте расположения антенны. С учетом реальных условий эксплуатации эквивалентная схема антенны, подключенной ж входу усилительного каскада, имеет вид, показанный на рис. 2.15, т. е. дополнена источником шума в виде генератора напряжения Евх.ш11д, где Евнп - напряженность поля помех, поступающих из окружающего пространства (помехи от системы электрооборудования, другие индустриальные и атмосферные помехи), и эквивалентным генератором напряжения шумов, активного элемента UmM первого усилительного каскада активной антенны. Принятые приемным элементом шумовые сигналы создают на выходе антенны (точки 1, 1 на рис. 2.15) напряжение

ивн.цн.цд.п.эД1 + Свх/Сп.э).(2.12)

Квадрат суммарного шумового напряжения, действующего на входе активного элемента (точки 2, 2 на рис. 2.15), U2 =U2 +U2

ш.сум вн.ш ш.э-

Соответственно отношение сигнал/шум на входе активного элемента

UcЕ

U4i.nyJ" ЕтжУ~+ (Ущ.эви.ш) (23)

В гл. 8 (см. табл. 8.2) показано, что напряженность поля спектральных составляющих помех от системы электрооборудования автомобиля во всем диапазоне частот, выделенных для AM веща-ния, составляет 200 - 400 мкВ/м, т. е. даже без учета других индустриальных

и атмосферных помех уровень внешних шумов UBHm= 10-20 мкВ (при 1ид.п.э=0,1 м, Сп.8=5 пФ, Свх=6 пФ) и, следовательно, значительно превышает значение Um.a, которое в современных малошумящих транзисторах составляет 0,5 мкВ и менее.

При выполнении условия ивнш > Um,3 выражение (2.3) принимает вид ис/ишсум=Е/Евнш, т. е. значение ис/ипсум не зависит от действующей высоты приемного элемента. Это позволяет сделать вывод о том, что теоретически геометрические размеры приемного яенента активной антенны могут уменьшаться без ухудшения соотношения сигнал/шум на входе первого активного элемента до тех пор, пока выполняется условие ивнш>ишэ.

Принципы реализации активных антенн в диапазоне УКВ. Поскольку на частотах радиовещательного УКВ диапазона внешние шумы сравнительно малы, а шумы, вносимые усилительными элементами, возрастают, то основным способом улучшения отношения сигнал/шум при реализации, активной антенны для диапазона УКВ с малогабаритным приемным элементом является согласование по шумам.

Отношение сигнал/шум радиоприемного устройства определяется в основном шумами первого усилительного каскада (транзистора УВЧ блока УКВ), которые в свою очередь эависяг от способа согласования выходных сопротивлений антенной системы 2ЭК11 и транзистора Zbx.tp первого усилительного каскада. В пассивных антенных системах входные цепи проектируются с таким расчетом, чтобы пересчитанное на вход первого транзистора сопротивление антенной системы ZaKa было равно его входному сопротивлению Zex,tp, т. е. обеспечивалось бы наибольшее усиление сигнала. Такой режим согласования называется согласованием по мощности. В то же время известно, что для каждого транзистора существует оптимальное сопротивление (точнее, некоторый диапазон сопротивлений) источника Zjjct.oui, при котором достигается наибольшее соотношение сигнал/шум. Режим согласования, при котором на вход транзистора первого усилительного каскада пересчитывается Zucr.onr, называется режимом согласования по шумам. Таким образом, условия получения согласования по шумам и мощности различаются.

Как показывает анализ, в пассивной антенной системе согласования по шумам можно достичь лишь в очень узкой полосе частот (вследствие очень сильной зависимости ее &ехв от частоты, обусловленной, как было показано, наличием соединительного кабеля). В то же время в активной антенне при устранении соединительного кабеля (а также и емкости корпуса) ZmB приемного элемента меняется в значительно меньших пределах и режим согласования по шумам можно обеспечить в достаточно широкой полосе, что позволяет улучшить соотношение сигнал/шум на 6 - 12 дБ посрав-. нению с пассивной антенной, т. е. скомпенсировать его ухудшение из-за падения 1ид.п.э при использовании в активной антенне малогабаритного приемного элемента.

Приемные элементы активных антенн и методы определения их эквивалентных параметров. Как уже отмечалось, главными требованиями, предъявляемыми к приемным элементам автомобильных антенн, являются: малые габариты, надежность, фиксированное положение механических узлов в процессе эксплуатации. Важно также обеспечить сармонию между приемным элементом активной антенны и внешним виДом автомобиля, или сделать антенну «не похожей на антенну», что может быть, например, достигнуто при объединении ее приемного элемента с каким-либо узлом автомобиля. С точки зрения простоты, конструкции активной антенны и возможности выполнения её в минимальном объеме оптимален вариант исполнения, в котором приемный элемент является общим при приеме в диапазонах AM и ЧМ.

Перечисленным требованиям частично или полностью удовлет» воряют приемные элементы, примененные в разработках отечественных и зарубежных активных антенн и выполненные в виде: укороченного штыря длиной 30 - 40 см (рис. 2.16,а) (для повышения надежности и снижения вероятности случайной или умышленной поломки обычно предусматривается съемное крепление штыря), детали корпуса зеркала заднего вида, установленного на изолирующем основании внутри салона автомобиля или на боковом крыле (рис. 2.16,6, в), проводников, закрепленных на лобовом стекле (рис. 2.16,г).