Апертурные антенны. Частотный диапазон использования. Конструкция зеркальных антенн.
Высокую направленность излучения можно получить, используя т. н. апертурные антенны. Их особенностью является то, что они имеют излучающую поверхность (раскрыв), называемую апертурой. К таким антеннам относятся параболические, рупорные, зеркальные и другие типы.
Так как для эффективного излучения размеры апертуры антенн должны быть соизмеримы с длиной волны, то эти антенны имеют приемлемые размеры в СВЧ диапазоне.
Линзы, у которых электромагнитное поле в ее раскрыве формируется в результате отражения электромагнитной волны, излучаемой облучателем, от металлической поверхности специального рефлектора (зеркала), называются зеркальными. Форма линзы в виде параболоида вращения, усеченного параболоида, параболического цилиндра или цилиндра специальной формы создает требуемую диаграмму направленности антенны.
Зеркальные используются в качестве средне- и высоконаправленных антенн в диапазонах миллиметровых, сантиметровых, дециметровых волн и в отдельных случаях в диапазоне метровых волн.
Простейшей зеркальной антенной является однозеркальная, которая состоит из двух основных элементов: облучателя и рефлектора (отражателя). В качестве облучателя используется какая-либо слабонаправленная антенна (открытый конец прямоугольного или круглого волноводов, рупорные, вибраторные, щелевые антенны, антенны бегущей волны). Рефлектор представляет собой металлическое зеркало плоской или вогнутой формы.
Зеркальные антенны классифицируются по количеству зеркал (могут быть одно-, двухзеркальными или с большим числом зеркал), а также по форме профиля отражателя. Наиболее часто используется однозеркальная антенна с отражателем в виде параболоида полного профиля.
При параболической форме зеркала лучи после отражения становятся параллельными оси Z, т.е. зеркало фокусирует излучение облучателя. В результате увеличивается коэффициент направленного действия, причем он пропорционален площади раскрыва зеркала S.
ДН облучателя имеет максимум, ориентированный на вершину зеркала, поэтому в центре раскрыва поле, отраженное от зеркала, максимально и равно Emax , в других точках раскрыва поле имеет значение Е(x)<Emax.
Происходит фокусировка излучения облучателя в узкий луч, ширина которого уменьшается с ростом диаметра зеркала.
Звуки речи и их характеристики. Свойства органа слуха.
Звуки речи представляют собой сложные колебания с большим числом гармонических составляющих, имеющих различные амплитуды и фазы (случайный процесс). Частота этих составляющих находится в диапазоне от 80 до 12000 Гц. Каждый звук характеризуется частотой и амплитудой основного тона, а также тембром.
Исследования показывают, что большинство звуков имеют одну или две форманты, расположенные в области 200-8600 Гц. Однако подавляющая часть формант приходится на полосу частот 300-3000 Гц. Максимум мощности наблюдается вблизи частоты 4 кГц.
Длительность звуков речевого сигнала составляет от десятков до сотен мс (для гласных – 210мс, согласных - 95). Мгновенный уровень речевого сигнала изменяется в диапазоне 35-40 дБ. При этом уровень согласных в среднем на 20 дБ ниже уровня гласных.
Средняя мощность при нормальном разговоре с учетом пауз составляет 10 мкВт, наименьшая мощность при тихом разговоре (шёпот) - 0,01 мкВт, возможные пиковые значения (при крике) могут достигать 5000 мкВт.
Величина, характеризующая пределы изменения мощности речи, называется динамическим диапазоном громкости речи D:
D = 10lg (Wз max / Wз min),
который составляет 57 дБ.
Для хорошей передачи речи требуется динамический диапазон ≈ 40 дБ, а для удовлетворительной ≈ 30 дБ.
Слух:
Человек воспринимает звуковые колебания в диапазоне 20 – 20000 Гц. Порог слышимости Р ≈ 2∙10-5
Значение звукового давления Р ≈ 200 Па = 140 дБ, при котором ощущается боль, называют порогом болевого ощущения. 20 мкПа = 0дБ – порог слышимости. 20 мПа = 60 дБ – речь.
Область звуковых колебаний между порогами слышимости и болевого ощущения называется областью слухового восприятия. Пороги слухового восприятия учитываются при конструировании телефонов и громкоговорителей для создания оптимальных условий приема речи.