2.2. Элементарные источники излучения

Всякая сложная антенна может рассматриваться, как совокупность сосредото­ченных источников тока (диполей Герца), либо системой непрерывных токов в области раскрыва антенны, которое обычно предполагается известным. Излучаемое этой системой поле в заданной точке пространства (в дальней зоне) есть суперпозиция полей от каждого источника. Например, симметричный вибратор (рис. 1) можно представить в виде суммы диполей в соответствии со схемой рис. 2.1. При увеличении количества и соответственно уменьшении их размеров (l ступенчатая функция распределения тока вибратора переходит в плавную, соответствующую действительному распределению этого тока.

Поле, создаваемое элемен­тарными источниками рассмотрим в дальней зоне (l ; r l). Для упрощения будем пренебрегать эффек­том взаимодействия сосредото­ченных источников тока.

Известны четыре простейших элементарных источника излучения, которые имеют одинаковые диаграммы направленности: элементарный электрический вибратор (диполь Герца); элементарный магнитный вибратор; элементарная электрическая рамка и элементарная магнитная рамка.

Рассмотрим также элемент Гюйгенса, который содержит элементарные электрический и магнитный вибраторы, расположенные в одной точке пространства перпендикулярно друг другу.

Элементарный электрический вибратор (диполь Герца). Под элементарным вибратором понимают короткий проводник (l c переменным током I, амплитуда и фаза которого по длине вибратора распределены равномерно.

Приведем выражение для поля электрического вибратора в прямоугольной системе XYZ координат и вписанной в нее полярной системой координатами r, α, θ, где r — радиус-вектор, α — азимутальный угол, расположенный в плоскости XOY, θ — полярный угол, отсчитываемый от оси Z, S— область источников (рис. 2.3).

Для пространственного представления диаграммы направленности ее целесообразно представить в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: меридиональной (ZOY) и экваториальной (XOY).

а). В меридиональной плоскости будем иметь:

Рис. 2.3

В приведенных соотношениях , — длина волны; r — рас­стояние до точки, в которой определяется поле; l — длина электрического вибратора; I_m — амплитуда тока.

В приведенных соотношениях , — длина волны; r — рас­стояние до точки, в которой определяется поле; l — длина электрического вибратора; I_m — амплитуда тока.

Нормируем диаграмму направленности элементарного вибратора, разделив на амплитудный множитель. При этом выражение для диаграммы направленности упроститься и примет вид:

б). Диаграммы направленности в экваториальной плоскости

;

Нормированные диаграммы направленности:

; 1

Сопротивление излучения

Диаграмма направленности электрического вибратора представлена на Рис. 2.4. Направление максимального излучения соответствует ; при = 0 (или π), т.е. вдоль оси вибратор не излучает.

Необходимо отметить, что диаграммы направленности электрического вибратора и магнитной рамки полностью совпадают, поэтому магнитную рамку более подробно рассматривать не будем.

Элементарная электрическая рамка эквивалентна магнитному вибратору, поэтому их диаграммы направленности также совпадают. Запишем выражение для поля электрической рамки, размещенной в плоскости ХОY площадью S с равномерным распределением тока и амп­литудой I_m.

а). В меридиональной плоскости будем иметь:

Нормированные диаграммы направленности:

б). Диаграммы направленности в экваториальной плоскости

Сопротивление излучения

Амплитуда тока в рамке связана с фиктивным током ( ) эквивалентного магнитного вибратора длиной l следующим образом

где µ₀ — абсолютное значение магнитной проницаемости среды.

Диаграмма направленности элементарной электрической рамки представлена на рис. 2.5.

Элементарный магнитный вибратор можно представить в видеэлементарного щелевого излучателя с длиной l и шириной d; d l и l , который размещен вдоль оси Z

Сопротивление излучения

Здесь U_m— амплитуда напряжения, возбуждающего щель (равно­мерного вдоль щели).

Элемент Гюйгенса. Электрический вибратор расположен по оси X — l_Э, а магнитный - по оси Y — l_Y; при этом выполняется условие l_Э и l_м . Диаграмма направленности строится методом суперпозиции (суммирования) излучений от каждого из вибраторов, которые соответственно равны:

Здесь W₀— волновое сопротивление среды распространения волны, Для однородной среды W = W₀ и соотношения упрощаются.

Суммарный вектор электрического поля в рассматриваемой точ­ке пространства равен геометрической сумме векторов и

Нормированная диаграмма направленности для элемента Гюй­генса