Ответы на экзаменационные вопросы № 22-42 по дисциплине "Антенно-фидерные устройства" (Элементарный электрический излучатель. Антенны метровых и дециметровых волн)

22. Эл.  электрический излучатель

амплитуда тока по антенне распределена неравномерно. Это следует из того, что проволочная антенна представляет собой систему, подобную длинной линии в режиме хх. Проводник конечной длины всегда можно представить совокупностью отрезков бесконечно малой длины у которых амплитуда и фаза практически не изменяется. Тогда результирующее поле проводника с током можно представить как сумму полей, создаваемых отдельными отрезками проводника. Проводник с бесконечно малой (по сравнению с l) длиной и постоянной амплитудой тока называется элементарным электрическим излучателем (рис. 11.1). Для постоянства амплитуды тока по всей длине проводника необходимо, чтобы все колеблющиеся во времени заряды были сосредоточены на концах проводника. Излучатель был реализован Герцем в виде симметричного вибратора длиной << длины волны, с металлическими шарами, установленными на его концах. Обладая большой электрической емкостью, эти шары способствовали накоплению зарядов на концах вибратора, что выравнивало ток по его длине.

Поле излучения, диаграмма направленности диполя Герца амплитуда тока в вибраторе,   - угол обхода вибратора по окружн.  l    - длина диполя,  r   - расстояние до т.наблюдения.

 характеризует фазу поля на расстоянии r, ДН .

23. Симметричный вибратор

проводник конечной длины, в разрез которого подключается источник переменного тока высокой частоты с одинаковыми плечами.

Внутренняя задача: цель определение законов распределения тока и напряжения по ДН. Внешняя задача: цель определение ДН по известным законам распределения  тока и напряжения.Решение: разбить антенну на более простые. Найти суперпозицию полей разбитой антенны.

распределения тока и прим. Длин.линии

Решения дифференциальных уравнений для длинной линии имеют вид:                                                                            где k - волновое число, W_а – волновое сопротивление линии, у -  расстояние от конца линии.постоянная распространения ,где a - коэффициент затухания, =0, тк l<0.5дл.волны.

Тогда для вибратора:

где - волновое сопротивление вибратора.

Учитывая, что  , а , в режиме хх, ток на концах вибратора равен нулю. Поэтому   - ток и напряжение в пучности. Из полученных формул следует, что ток и напряжение в вибраторе сдвинуты по фазе относительно друг друга в пространстве на 90° (в формулах  и ) и на 90° во времени (наличие j).Ток на концах=0 и меняет знак на концах.

24. Определение напряженности поля в зоне излучения

поле в произвольной точке пространства является суперпозицией полей элементарных излучателей, на которые условно разбивается вибратор. поле, создаваемое каждым элементарным излучателем, известно. Остается только сложить эти поля с учетом их фаз и амплитуд. Выделим на вибраторе два бесконечно малых отрезка dy симметрично относительно середины вибратора, которым вследствие их малости можно придать свойства элементарного электрического излучателя (постоянство амплитуды и фазы по всей их длине) (рис. 12.4). Полагая, что точка наблюдения находится на расстоянии много большем длины волны, радиусы векторы от элементарных участков вибратора r₁ и r₂ образуют совместно с центральным радиусом - вектором r₀ практически систему параллельных линий. Как следует из рис. 12.4, , а  . Амплитуда тока в элементарных излучателях                                  результирующее поле двух излучателей определится как:.  .                    . 

Нормированная ДН   

В качестве примера рассмотрим диаграмму направленности вибратора различной длины(будет в форме 8, чем больше отношение, тем уже ДН).

1.  l/l<<1 (короткий вибратор), .

Функции cos  разложим в ряд по правилу:

.Таким образом, диаграмма направленности короткого вибратора такая же, как и у диполя Герца:.

2.   (полуволновый),

..

3.   (волновый вибратор), .

4.  , 

.cos1.5п=0

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

(ДН) зависит от .

У коротких вибраторов ДН практически совпадает с ДН диполя Герца.

                     075                                    =

С увеличением  ширина главного лепестка ДН уменьшается.

При  начинает уменьшаться интенсивность главного лепестка и появляются дополнительные (боковые) лепестки.

Уровень боковых лепестков увеличивается при дальнейшем увеличении , и при  главный лепесток исчезает.

При любой длине вибратора излучение вдоль его оси отсутствует.

25. Сопротивление излучения с в

характеризует излучающую способность последнего и определяется через его мощность излучения: , (12.12) где   - амплитуда тока, - сопротивление излучения, отнесенное к пучности