Диаграмма направленности СЭВ. Коэффициент направленного действия и действующая длина. Фаза напряженности поля

2.2. Диаграмма направленности СЭВ,

Коэффициент направленного действия и действующая длина

Для расчета ДН используем общую методику расчета поля излучения антенн, изложенную в 1.2. Считаем, что распределение тока

описывается приближенной формулой (2.3). Суммарная напряженность электрического поля, создаваемая всеми элементами, на которые можно мысленно разбить вибратор, в сферической системе координат, показанной на рис. 2.4, опредслясгся формулой типа (1.26) с пределами интегрирования от —l (нижний конец вибратора) до +l (верхний конец). Используя меРис. 2.4 тод интегрирования «по частям» [14] окончательно получаем

z?jo       cos(k/ cos О) — сое;     (2.7) Eo=i         sin0      exp(—i Кт).

                    2nrsinkl                  sin2

В формуле (2.7) преднамеренно не сокращен множитель sin0. Обратим внимание на то, что в любой точке дальней зоны поле вибратора имеет линейную поляризацию. Из (2.7) следует, что амплитудная ДН симметричного электрического вибратора

.f(0, (Р) = sin0(2.8)

причем первый сомножитель в правой части (2.8) описывает ДН элемента тока (ЭЭВ), второй — множитель системы. Анализ (2.8) показывает, что амплитудная ДН не зависит от азимутального угла (Р, что вполне естественно в силу полной симметрии задачи относительно этого угла. Следовательно, ДН симметричного вибратора в его экваториальной плоскости (О = л/2, плоскость Н), как и в случае ЭЭВ, представляст в полярной системе координат окружность. Вид амплитудной ДН в плоскости, проходящей через ось вибратора (плоскость Е), для тонких вибраторов зависит только от отношения l/i. При любой длине плеча СЭВ, как и ЭЭВ, не излучает вдоль своей оси. При длине плеча 0,71 максимум излучения СЭВ ориентирован перпендикулярно его оси, т.е. в направлении е = п!2. Для таких вибраторов ле, (Р) — — coskl' и нормированная амплитудная ДН после сокращения множителя sin0 может быть представлена в виде

Рис. 2.5

ДН легко объясняется распределением тока, характерным для вибратора с = Х, а именно наличием на каждом плече двух противофазных участков равной длины, излучения которых в направлении В = ТЕП, где разность хода отсутствует, компенсируют друг друга. На практике вибраторы с длиной плеча > не используются.

Фаза напряженности поля, создаваВ СООТВСТСТВИИ С (2.7) Не За— Рис. 2.6. висит от угла О, точнее, меняется на обратную при переходе амплитудной ДН

через нуль. Таким образом, в соответствии с определением, данным в S „З, СЭВ обладает фазовым центром (совпадающим с центром вибратора) и излучает чисто сферическую волну.

Коэффициент направленного действия СЭВ можно определить, используя выражение для амплитудной ДН (2.9), по формуле (1.4()). Вычисление интеграла в (l АО) обычно производится численным методом; конечный результат зависимости КНД в направлении нормали к оси вибратора от длины плеча [ приведен на рис. 2.6. Как видно, максимум КНД, равный 3,36, имеет место при l/i = 0,625. При больших значениях П КНД падает, поскольку, как уже отмечалось, уменьшается интенсивность излучения в направлении О = л/2 и возрастает уровень боковых лепестков. Омические потери в вибраторных антеннах, как правило, весьма малы, поэтому можно считать, что коэффициент усиления С; = 1).

Иногда для проволочных антенн, к числу которых принадлежит и СЭВ, вводят еще один параметр — действующую длину. Применительно к СЭВ под Дейспшующей длиной [д понимают полную длину воображаемого вибратора с равномерным распределением тока, равньтм току 4 на входе СЭВ, создающим в направлении максимума излучения поле, амплитуда которого равна амплитуде поля СЭВ в главном направлении. Обычно понятие действующей длины вводят для вибраторов с длиной плеча S 0, П; главным направлением в данном случае является направление 0 = п/2. Для СЭВ амплитуда поля в этом направлении определяется с помощью (2.7) соотношением

 601i0 1(1 — cosk/).     (2.10) rsin К!

Для воображаемого вибратора в этом же направлении амплитуду поля легко вычислить, используя формулу (1.1) для ЭЭВ:

(2.11)

Приравнивая (2.10) и (2.11), находим

1 —cosk/

(2, 12) л sink/

Формально соотношение (2.12) можно получить также, приравняв площадь под ивой тока I(z) в плечах СЭВ, описываемой (2.3), и площадь тока] воображаемого вибратора длиной с равномерным распределением тока.