книги из ГПНТБ / Основы радиотехники и радиолокации учеб. пособие

P i ненапр.

P i напр.

ңе только направленные свойства её, но и уменьшение излу­ чения из-за потерь энергии в антенне.

§3.3. Полуволновой вибратор

А.Конструкция и принцип действия полуволнового

вибратора

Простейшей антенной является полуволновой вибратор (диполь). Он служит основным элементом многих антенн ультракоротковолнового диапазона волн. Полуволновой виб­ ратор получают из четвертьволновой разомкнутой линии раз­ ведением её проводов в противоположные стороны (рис. 3 .5а). Длина такого вибратора равна половине длины волны гене­ ратора. Полуволновой вибратор является симметричным, так как обе его половины симметричны относительно гене­ ратора.

Распределение амплитуд тока и напряжения вдоль чет­ вертьволновой разомкнутой линии позволяет видеть распре­ деление амплитуд тока и напряжения вдоль полуволнового

П 2

Б. Входное сопротивление вибратора

Сопротивление, которое оказывает вибратор питающему

Рис. 3. 6. К принципу определения входного сопротивления вибратора.

Входное сопротивление симметричного полуволнового виб­ ратора, питаемого в середине,

Z BX = (73,2 + j42,5) ом.

Из этого выражения видим, что входное сопротивление вибратора имеет активную и реактивную составляющие, при­ чем последняя имеет индуктивный характер. Это объясняет­ ся тем, что при развертывании четвертьволновой разомкну­ той линии в вибратор распределенная индуктивность растет, а распределенная ёмкость уменьшается. Реактивная состав­ ляющая входного сопротивления вибратора нежелательна, так как она уменьшает КБВ и мощность излучения. Для лик­ видации реактивной составляющей укорачивают вибратор. При этом распределенная индуктивность уменьшается в оольшей мере, чем распределенная ёмкость. Укороченный вибратор имеет входное сопротивление, чисто активное по ха­ рактеру и равное 73,2 ома. Зная входное сопротивление и ток

114

на входе вибратора, можно определить мощность, подводи­ мую от генератора к антенне:

Р а = I V R BX •

Здесь Іп — действующее значение токов в пучности, так как на входе рассматриваемого нами вибратора име­ ется пучность тока.

Эта мощность расходуется на излучение (в виде мощности

Мощность излучения является одним из параметров ан­ тенны. Её определяют:

сопротивление, на котором выделялась бы такая же мощ­ ность, какая реально излучается в пространство.

В. Диаграмма направленности вибратора

Направленное действие вибратора показывают с помо­ щью диаграмм направленности. Они наглядно показывают изменение напряженности поля излучаемых волн в зависи­ мости от направления. Эти диаграммы изображают обычно в двух плоскостях. Одна из них, в которой лежит сам виб­ ратор, называется м е р и д и о н а л ь н о й . Например, для вертикального расположения вибратора такой плоскостью будет любая вертикальная плоскость, проходящая через

пространстве вокруг вибратора для фиксированного момента времени (рис. 3. 8). Если вибратор расположен вертикаль­ но, то силовые линии его электрического поля находятся в меридиональных плоскостях, а силовые линии магнитного поля имеют форму окружностей и расположены в эквато­ риальных плоскостях. Следовательно, распространяющиеся

115

Рис. 3. 7. Меридиональная (а) и экваториальная (б) пло­ скости.

от вибратора электромагнитные волны всегда имеют опре­ деленную поляризацию, то есть их электрические и магнит­ ные силовые линии находятся в некоторых определенных плоскостях. Если волны распространяются без преломле­ ний и отражений, то на значительном удалении от вибрато­ ра электрические силовые линии направлены параллельно вибратору, а магнитные — перпендикулярно ему.

Силобые линии электрического поля

Силобые линии пагнитного

поля

Рис. 3. 8. Распределение электромагнитного поля в простран­ стве вокруг вибратора.

не

Поляризацию волн принято определять по направлению электрического поля. Если вибратор расположен верти­ кально, то волна имеет вертикальную поляризацию, так как электрические силовые линии направлены в вертикаль­ ной плоскости. Если же вибратор расположен -горизонталь­ но, то излучаемые им волны имеют горизонтальную поляри­ зацию (электрические силовые линии расположены в гори­ зонтальной плоскости).

В любой точке пространства векторы напряженности электрического поля Е и магнитного поля Н взаимно пер­ пендикулярны и находятся в плоскости, касательной к сфере.

Применение правила буравчика показывает, что вектор Умова-Пойнтинга направлен по радиусу сферы. Следова­ тельно, вибратор излучает электромагнитную энергию, кото­ рая распространяется по радиусам, исходящим из центра сферы.

Зная характер ‘распределения электромагнитного поля, можно построить диаграммы направленности в двух плос­ костях: перпендикулярной оси вибратора и проходящей че­ рез ось вибратора.

В плоскости, перпендикулярной оси вибратора и прохо­ дящей через его середину, напряженность поля во всех на­ правлениях постоянна и максимальна. Поэтому диаграмма направленности вибратора в этой плоскости представляет собой круг (рис. 3. 9а).

По мере удаления от центра вибратора напряженность поля Н уменьшится и на -конце его она будет равной нулю, так как ток здесь равен нулю. Следовательно, в направле­ нии -оси вибратор электромагнитную энергию не излучает. Отсюда видно, что в плоскости, проходящей через ось, виб­ ратор излучает энергию в различные стороны неодинаково. Диаграмма направленности в плоскости вибратора поэтому имеет вид восьмёрки (рис. 3. 96).

2.В плоскости, проходящей через ось, вибратор харак­ теризуется направленным излучением. Коэффициент

117

Рис. 3. 9. Характеристика направленности вибратора: а — в пло­ скости, перпендикулярной оси вибратора; б — в направлении оси вибратора; в — пространственная характеристика направ­ ленности.

к.н. д. = 1,64.

3.Диаграмма направленности вибратора в пространстве

имеет вид тороида, а угол раствора её велик (Ѳ «80°).

4. Для наилучшей связи вибраторы приемной и пере­ дающей антенн должны быть параллельны друг другу. Из-за слабо выраженной направленности оди­ ночный вибратор не нашел широкого применения в РТУ .

§ 3.4. Направленное действие системы двух вибраторов

Пусть антенна состоит из двух параллельных, вибрато­ ров, расположенных на расстоянии Х/4 друг от друга. Виб­

118

ратор 2 при этом получает питание с опережением по фазе на 90° относительно вибратора 1 (рис. 3. 10).

Рис. 3. 10. Диаграмма направленности двух виб­ раторов, расположенных на расстоянии.

ратора 1. Но так как эта волна излучается вибратором, в

вибратора 1 отстает по фазе на 90° относительно волны виб­ ратора 2 и дополнительно проходит путь Х/4.

Таким образом, она отстает по фазе на 180° от волны, излучаемой вибратором 2. В результате обе волны взаимно уничтожаются, то есть излучение в этом направлении не наблюдается (Еюш = 0 ). По направлению OB и О Г волны от вибраторов сдвинуты по фазе на 90°, и суммарная на­ пряженность поля получается равной 1,4 Еь

Диаграмма направленности двух таких вибраторов представляет собой кривую, называемую к а р д и о и д о й . Она наглядно показывает, что имеется только один макси­ мум излучения в том направлении, в котором расположен вибратор с током, отстающим по фазе (для сравнения на рисунке показана штрихом характеристика направленности •одиночного вибратора). При этом вибратор 2 как будто от­

119