5.2 Випромінювання радіохвиль

При вивченні властивостей вільного ЕМП (тема "Електромагнітні хвилі") було з'ясовано, що воно існує тільки в русі за рахунок взаємного перетворення електричного поля, що змінюється, на магнітне і навпаки. Процес утворення такого поля називається випромінюванням. Розглянемо процес випромінювання на прикладі простого випромінювача – диполя (вібратора) Герца, що є двома металевими кульками сполученими провідником, в якому відбувається вимушені незгасаючі коливання. Зв'язок вібратора з ГВЧ не зображений.

Рис. 5.9 Диполь Герца

Для наочності, структуру електричного поля в різні моменти часу зображуватимемо за допомогою е.с.л. (рис. 5.10).

З початком заряду диполя на його верхній половині скупчуються позитивні, а на нижній – негативні заряди. У просторі що оточує диполь, утворюється електричне поле, силові лінії якого своїми кінцями спираються на заряди.

По мірі накопичення зарядів електричне поле заповнює все більший простір і за чверть періоду віддаляється від диполя на відстань рівну . У горизонтальній площині виникають м.с.л. у вигляді концентричних кіл, не показані на малюнку.

Напротязі другої чверті періоду, диполь розряджається, протилежні заряди, а з ними і кінці е.с.л. рухаються до середини диполя. Найближчі до диполя е.с.л, стягуючись, наближаються до диполя і зникають в нім (рис. 5.10 б).

Рис. 5.10 Випромінювання електромагнітного поля диполем Герца

Видалені е.с.л. підтримувані магнітним полем, що змінюється, продовжують рухатися від диполя. Їх кінці замикаються. Утворюється вихрове електричне поле. Це поле вже не пов'язане із зарядам, воно вільне (рис. 5.10 в).

У течії третьої і четвертої чвертей періоду описаний процес протікання у зворотному напрямі, причому знову виникаючі э.с.л, попереднього напівциклу (рис. 5.10.г і д).

Таким чином, в процесі електромагнітних коливань в диполі, в навколишньому просторі виникає два поля:

– поле індукції. Це поле пов'язаний із струмом і напругою в диполі. Воно пульсує то віддаляючись то наближаючись до нього. Це поле стоячої хвилі. Його електрична і магнітна складові зрушені по фазі на , що відповідає реактивному характеру процесу. Напруженість поля індукції зменшується різко – пропорційно квадрату відстані від диполя. Тому воно переважає у ближній зоні – зоні індукції.

– поле випромінювання. Це поле не пов'язане з диполем. Воно утворене замкнутими, віддаляючимися від диполя е.с.л. і м.с.л. і є біжучою радіохвилею. Його складові співпадають по фазі, що відповідає активним (незворотнім) втратам енергії. Напруженість цього поля відповідно до формули ідеальної радіопередачі, зменшується плавно – пропорційно першому ступеню відстані. Тому зона випромінювання тягнеться на величезні відстані.

5.3 Симетричний вібратор

Утворення півхвильового вібратора.

Симетричний півхвильовий вібратор можна отримати з чвертьхвильової РЗЛ, розгорнувши її дроти в одну лінію (5.11).

Рис. 5.11 Отримання симетричного вібратора з розімкненої лінії

При цьому виявиться, що струми в дротах, що мають в РЗЛ зустрічні напрями, протікають в один бік.

Електричне і магнітне поле вібратора охоплюють значний простір (рис.5.12), що сприяє ефективному випромінюванню.

Рис. 5.12 Електричне і магнітне поле півхвильового вібратора

Опір випромінювання.

Вхідний опір півхвильового вібратора (як і чвертьхвильової РЗЛ) активний, оскільки має місце послідовний резонанс – рівність енергій електричного і магнітного полів: Опір втрат, як і для РЗЛ можна приблизно розрахувати по формулі: . Тут – постійна загасання РЗЛ

Коефіцієнт 0,5 виник оскільки антена удвічі довше початкової РЗЛ. Аналіз процесу випромінювання дозволяє отримати формулу для розрахунку опору випромінювання: , де: – довжина хвилі; – діюча висота (довжина) антени.

ДС вібратора.

ДС в горизонтальній площині (площини Н). Віддалений вертикальний вібратор на всіх напрямках горизонтальній площині випромінює рівномірно і в усіх рівновіддалених від нього точках забезпечує однакову напруженість поля. Тому ДС має форму кола (рис. 5.13). Це пояснюється тим, що умови випромінювання в усіх напрямках горизонтальної площини однакові.

Рівняння такої ДС: .

Рис. 5.13 Діаграм спрямованості вертикального вібратора в горизонтальній площині

ДС у вертикальній площині (площини Е). Випромінювання відбувається в напрямах перпендикулярних напряму струму.

Рис. 5.14. Функції розподілу струму (суцільні криві) і заряду (пунктирні криві) уздовж тонкого симетричного вібратора різної довжини

Рис. 5.15. Діаграми спрямованості симетричного електричного вібратора в площині Е

КСД симетричного вібратора:

Діюча висота реальної антени , дорівнює висоті уявної ідеальної антени-диполя Герца, по усій довжині якої струм розподілений рівномірно і дорівнює струму в пучности реальної антени, якщо потужності, що випромінюється обома антенами рівна. Для півхвильового вібратора

Вхідний опір симетричного вібратора – комплексний

залежить від його хвилевого опору

де радіус провідника вібратора, а також від співвідношення довжини вібратора і довжини хвилі живлячого струму.

На підставі аналізу процесу випромінювання

Рис. 5.16 Активний (а) і реактивний (б) опір симетричного вібратора