Особенности распространения радиоволн. Основные определения и электрические параметры антенн, страница 15

S_{эфф (l/2)} = 1.64l²/4π ~0,131l².                                  (24)

Можно представить, что полуволновой вибратор извлекает из падающей на него плоской волны всю мощность электромагнитного излучения, переносимого участком фронта этой волны с площадью, равной S_{эфф (l/2)}.

На рис.12 заштрихованная область S_{эфф (l/2)} имеет форму прямоугольника. Согласно (19) S_{эфф (l/2)}  = 0,131l². Одна сторона этого прямоугольника равна l/2. Другая a = 0,131l² (2/l) » 0,26l. Более правильно поверхность S_эфф представлять в; виде эллипса, большая ось которого параллельна оси вибратора и несколько превышает его длину.

Очевидно, что для увеличения направленности антенны (для увеличения ее КНД), надо увеличивать ее S_эфф. Построения на рис. 13 помогают понять, как это можно сделать с использованием двух симметричных вибраторов. Антенна, выполненная из двух симметричных вибраторов, может иметь S_эфф £ 2S_{эфф (l/2)}.  При этом она может быть построена по схемам рис. 13,а или б. В первом случае вибраторы расставлены в плоскости поляризации Н, а во втором — в плоскости поляризации Е. Схемы антенн, показанные на рис. 13, позволяют сделать следующие выводы. Существуют оптимальные расстояния между излучателями (которые являются составными элементами антенны). Они дают возможность получить максимально возможное для этой антенны S_эфф при минимальных размерах самой антенны. Действительно, разносить вибраторы по рис. 13,а на расстояния, меньшие 0,26l, нецелесообразно, так как при этом S_эфф < 2S_эфф(l/2), и, следовательно, не будет достигнута максимально возможная для данной антенной системы степень направленности. Разносить же вибраторы на расстояния, большие 0,26l, тоже нецелесообразно, так  как  при этом  S_эфф =2S_эфф(l/2), будет  получено  при  размерах  данной  антенной системы, превышающих оптимальные, что утяжелит ее, затруднит эксплуатацию и увеличит стоимость. То же самое можно повторить и по поводу расстановки вибраторов по рис. 13,б.

Оптимальная   расстановка   излучателей   в   антенне   оказывается   различной для  плоскостей  Е и  Н.  Это  связано с их диаграммами направленности в этих плоскостях поляризации. Чем меньше ширина диаграммы направленности излучателя в заданной плоскости поляризации, тем длиннее в этом направлении будет сторона эффективной поверхности антенны. Если характеристика направленности антенны осесимметрична, то ее эффективная поверхность имеет форму круга, площадь которого согласно (17) определяется КНД антенны.

На рис. 14 показана фронтальная проекция известной зигзагообразной антенны с плоским рефлектором, вписанная в ее эффективную поверхность. На l_max максимальной рабочей длине волны антенна имеет КНД = 10 и осесимметричную характеристику направленности.

Диаметр круга, площадь которого равна S_{эфф(зиг)}, равен примерно l_max. Значение КИП для этой антенны на l_max составляет:

КИП = S_{эфф(зиг)} /S_{геом(зиг)} » 2,5.

С изменением рабочей частоты, как правило, изменяется форма характеристики направленности любой антенны и значение ее КНД и, как следствие этого, изменение площади и формы S_эфф антенны.

Наряду с выражением (17) для определения КНД антенны существует полуэмпирическая формула

КНД  =  36000/q°_0,5,j°_0,5,                                          (25)

где q°_0,5, j°_0,5— углы раскрыва  в градусах диаграмм направленности  антенны, снятых в главных плоскостях поляризации.

Приравнивая (22) и (25), можем получить

4π S_эфф /l² = 36000/q°_0,5,j°_0,5  или  (S_эфф /l²) q°_0,5,j°_0,5  =  2870  =  const.     (26)

Соотношение (26) показывает связь S, выраженной в относительных единицах (отнесенная к длине волны l²), с шириной главного лепестка диаграммы направленности антенны, выраженной в угловых градусах; связывает форму S_эфф с формой сечения этого лепестка; позволяет определить, что для антенны с единичной эффективной площадью S_эфф = l² ширина диаграммы направленности антенны равна примерно 1 рад. (q°_0,5 = j°_0,5  = 54°); показывает, что для достижения узконаправленного излучения (например, q°_0,5 = j°_0,5  = 1°) сторона S_эфф должна быть значительной (a = 54l).