Основные электрические параметры антенн. Эффективная площадь антенны А, страница 13

Знание распределения заряда вдоль вибратора представляет интерес еще и потому, что величине поверхностной плотности заряда пропорциональна нормальная к проводу составляющая напряженности электрического поля. При больших значениях напряженности поля у поверхности провода наступает явление газового разряда в воздухе вблизи провода. Потери, возникающие при этом, а также перераспределение токов в антенне нарушают ее нормальную работу и являются недопустимыми.

ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ СИММЕТРИЧНОГО ВИБРАТОРА

Теоретическое исследование вопроса о направленном действии симметричного вибратора обычно проводят в предположении синусоидального распределения тока на вибраторе. Как показывает опыт, ДН тонких вибраторов, рассчитанные при указанном предположении, мало отличаются от измеренных. Для расчета ДН симметричного вибратора длиной  (рис.5) с синусоидальным распределением тока разобьем его на большое число элементарных электрических диполей длиною  (рис.5). Каждый из них создает в дальней зоне поле, характеризуемое соотношением

где     .

Суммарное поле, возбуждаемое симметричным вибратором, может быть найдено как результат сложения полей диполей, в виде

Подставляя в последнюю формулу вместо  выражение (5) и проведя несложные преобразования, получим

Соответственно диаграмма направленности симметричного вибратора определится выражением

где      - угол, отсчитываемый от оси вибратора.

В частном случае, когда вибратор является полуволновым,

На рис.6 изображены диаграммы направленности симметричных вибраторов с разным соотношением , рассчитанные по формуле (9). Они представляют собой диаграммы направленности в плоскости, проходящей через ось вибратора.

Из рисунка видно, что пока длина вибратора  не превосходит длины волны  (или, точнее, ) максимум излучения получается в направлениях, перпендикулярных оси вибратора. При  в диаграммах отсутствуют боковые лепестки. Когда  становится большим, чем , в диаграмме появляются боковые лепестки, а уже при  максимум излучения перемещается в сторону и получается под углом , примерно равным 40°. При значительном увеличении отношения  максимум диаграммы прижимается к оси провода.

Утолщение вибраторов приводит к тому, что вместо нулей в ДН получаются минимумы излучения, а боковые лепестки становятся менее заметными. При этом чем вибраторы толще, тем менее глубоки минимумы. Действительные ДН начинают заметно отличаться от рассчитанных при .

ДЕЙСТВУЮЩАЯ ДЛИНА СИММЕТРИЧНОГО ВИБРАТОРА/

Определим действующую длину симметричного вибратора для любых направлений в экваториальной плоскости, т.е. в плоскости, перпендикулярной оси вибратора и проходящей через его середину. В этой плоскости на больших расстояниях поля, возбуждаемые всеми элементами вибратора, будут совпадать по фазе.

Для определения действующей длины вибратора воспользуемся выражением

где  - ток в сечении вибратора, применительно к которому вычисляется действующая длина. Подставив в это выражение формулы (5) для тока , на вибраторе и произведя интегрирование, получим, что действующая длина, отнесенная к току  в точках питания, равна

Учитывая, что получим

Если относить действующую длину к току в пучности  получим, что

В частном случае, когда вибратор является полуволновым

Для коротких вибраторов (), произведя замену , получим

т.е. действующая длина короткого вибратора равна половине его геометрической длины.

При определении действующей длины симметричного вибратора, отнесенной к току в точках питания, было использовано приближенное выражение (5) для распределения тока. В этом случае для длин вибраторов , близких к  может принимать очень большие значения (вплоть до бесконечности при ). Такой результат объясняется тем, что при  ток в точках питания, рассчитанный при помощи соотношения (5), оказывается равным нулю. Для указанных размеров вибратора формулой (13) пользоваться нельзя. Необходимо либо определять действующую длину, отнесенную к току в пучности при помощи формулы (14), либо вывести другие выражения для , в которых используются более точные формулы для тока на вибраторе.