Лекции по дисциплине "Антенно-фидерные устройства СВЧ диапазона", страница 3

-  диаграмма направленности;

-  коэффициент усиления.

Диаграмму направленности обычно изображают в декартовых координатах, откладывая по оси абсцисс угловую координату. При этом для определения формы ДН часто достаточно изобразить её в двух ортогональных плоскостях, например в азимутальной и угломестной. Для элементарного электрического излучателя, считая ось Z вертикальной, имеем ненаправленную ДН в азимутальной плоскости:

и ДН в виде sinθ в угломестной плоскости:

ДН более сложных антенн имеет форму главного лепестка с несколькими боковыми лепестками.

На практике редко задаётся сама форма ДН, а чаще всего – ширина ДН по половинному уровню мощности излучения (по аналогии с анализом элементарного электрического излучателя, который мы провели в режиме излучения, будем рассматривать антенны как излучающие, ничуть не нарушая общность, в силу принципа взаимности). Половинный уровень мощности – это 0.707 по полю.

Кроме этого, важным параметром антенны является уровень боковых лепестков ДН относительно главного максимума.

Часто ДН изображают в логарифмическом масштабе, особенно удобно такое представление при низком УБЛ.

2. Излучение электромагнитных волн

Возможность излучения и распространения электромагнитных волн в пространстве без проводов вытекает непосредственно из положения Максвелла, согласно которому электрический ток может циркулировать в пространстве в виде токов смещения, порождая вихревое магнитное поле. Это нашло выражение в первом уравнении Максвелла:

rot H = j + dD/dt

Своим предположением, основанным на опытах Фарадея, Максвелл как бы приписал свободному пространству и диэлектрику свойство проводника – но проводника специфического тока – тока смещения. Токам смещения присуще распространяться в свободном пространстве так же, как токам проводимости присуще свойство распространяться по проводам.

Рассмотрим в качестве примера источника токов смещения колебательный контур, питаемый источником переменной ЭДС.

Между обкладками конденсатора контура возникает переменное электрическое поле, которому соответствует ток смещения, равный в любой точке между обкладками ε_а dЕ/dt. Так как пространство, окружающее конденсатор, обладает способностью проводить токи смещения, то естественно, что ток смещения, возникающий между обкладками, ответвляется в него подобно току проводимости в проводящей среде. Часть ответвляющегося тока смещения остаётся связанной с конденсатором, циркулируя в контуре и превращаясь в обычный ток в проводах на участке между конденсатором и катушкой индуктивности. Но часть токов проводимости при изменении полярности зарядов на конденсаторе отрывается от своего источника и уходит в свободное пространство.

Свободно распространяющиеся токи смещения, которым соответствует переменное электрическое поле, порождают переменное магнитное поле и представляют собой, таким образом, излучённую радиоволну.

Связанным токам смещения, т.е. связанному электрическому полю, соответствует связанная (реактивная) энергия. Свободным токам смещения соответствует излучённая электромагнитная энергия.

Практически в качестве излучателей целесообразно применять такие устройства, в которых связанная (реактивная) часть электромагнитной энергии минимальна. Связанная электромагнитная энергия не используется в радиолинии, а только способствует омическим потерям в проводниках и диэлектриках антенны.

Более эффективно будет происходить излучение в открытом колебательном контуре, к которому можно перейти от замкнутого, раздвигая пластины конденсатора и одновременно увеличивая их размеры (для сохранения неизменной собственной частоты контура).

Антенна, полученная в результате такого перехода, называется симметричным вибратором (диполем).