Лекции по дисциплине "Антенно-фидерные устройства СВЧ диапазона", страница 4

С такими излучателями проводил опыты по излучению Герц, другим вариантом был излучатель, у которого пластины были заменены шарами.

Картина полей вокруг источников определяется как токами, так и зарядами, между которыми существует известная связь.

Такова физическая картина полученного нами ранее формального решения задачи излучения для элементарного электрического диполя.

Считая диполь коротким, мы положили амплитуду тока на нём постоянной по всей длине.

При проектировании излучателя конечной протяжённости необходимо решить 2 задачи электродинамики – внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя задача – установление законов распределения зарядов и токов на излучателе.

Внешняя задача – определение поля излучения.

Лекция IV.

На прошлом занятии мы решили внешнюю задачу электродинамики для симметричного вибратора в свободном пространстве и построили ДН для вибраторов различной длины.

Анализируя эти ДН, мы выявили ряд закономерностей, в т.ч. установили, что короткий вибратор имеет ДН такую же, как диполь Герца (хотя распределение тока у него – треугольное!  = l - |x| ), ширина его ДН = 90˚, т.е. в два раза меньше, чем по нулевому уровню (180˚). При увеличении длины вибратора его ДН сужается:

Как вы помните, вплоть до l = 0.5λ ДН вибратора – однолепестковая («тор»). При l>0.5λ появляется два боковых (воронкообразных) лепестка, уровень их растёт по мере дальнейшего увеличения l, и при . l = λ главный лепесток полностью исчезает.

Это происходит при любом l = Nλ, когда количество положительных участков тока = количеству отрицательных, в результате чего они полностью компенсируют друг друга при излучении в нормальном направлении.

При l = Nλ/2 ДН вибратора имеет N воронкообразных луча.

Очевидно, что при изменении длины вибратора изменяется и интенсивность его излучения в главном направлении (в нормальной плоскости). Для оценки этого эффекта используются такие характеристики излучателя, как:

-  действующая длина вибратора

-  его сопротивление излучения и

-  КНД.

1. Действующая длина.

При неравномерном возбуждении различных участков вибратора они излучают, очевидно, с различной интенсивностью (для элементарного отрезка – диполя Герца! -Е ~ I), в частности, участки вблизи концов вибратора, где I = 0, вообще не излучают. В результате напряжённость электрического поля вибратора в главном направлении меньше, чем если бы он был возбуждён равномерно по всей длине. Иначе говоря, ту же амплитуду поля можно получить с более короткого вибратора с равномерным распределением тока. Длина этого эквивалентного излучателя и называется действующей длиной вибратора.

Определение:

Действующая длина L_д вибратора – это длина антенны с равномерным распределением тока (диполя Герца), создающей в главном направлении такое же поле, как данный вибратор при одинаковых токах I_а на входных зажимах излучателей.

Найдём

Диполь Герца излучает в главном направлении поле Е = 30 k I_а L_д./r             (*)

Вибратор c длиной плеч l:

 

I_max – амплитуда тока

I_а

Мы установили ранее, что амплитуда тока изменяется по закону синуса, следовательно, I_а = I(0) = I_max sin kl.

Для нахождения напряжённости поля в главном направлении (θ = 90˚) мы должны сложить поля всех элементарных диполей по длине вибратора синфазно (расстояния до точки наблюдения в дальней зоне все одинаковы на нормали), т.е.