книги из ГПНТБ / Молодов Б.И. Антенны (учебное пособие)

Рис. 2-3. Диаграмма направленности в плоскости, перпендикулярной рамке

Если ф—0, т. е. направление распространения волны совпа­ дает с плоскостью рамки и электрический вектор параллелен плоскости рамки, то э.д.с. максимальна:

Определим теперь некоторые параметры рамки, используя связь между параметрами антенны при передаче и приеме.

40

тем, чтобы можно было поворачивать ее'в требуемом направлении.

41

рехода к коаксиальному фидеру. При наличии экрана э.д.с., наво­ димая электрическим полем, не воздействует на вход приемника, так как возникает только на внешней стороне экрана. В то же время э.д.с., наводимая в рамке магнитным полем, по-прежнему существует и оказывается приложенной к внешнему и внутренне­ му проводникам коаксиального фидера, идущего к приемнику.

В радиовещательных приемниках применяются рамки, наса­ женные на стержни из материала с повышенной магнитной прони­ цаемостью (рис. 2-6, а). Такие антенны называют магнитными антеннами [Л.2].

Рис. 2-6. Магнитная антенна:

а —рамка с магнитным стержнем, / — витки рамки, 2— магнитный стержень; о — линии магнитного поля вне и внутри стержня

Применение стержня позволяет, не изменяя действующей дли­ ны рамки, а следовательно, и силы приема, во много раз уменьшить размеры сечения рамки.

Действительно, из выражения (2.2) видно, что э.д.с. рамки возрастает с ростом магнитной проницаемости н среды, в которой расположена рамка.

Возрастание э.д.с. рамки при наличии магнитного стержня имеет простое физическое объяснение.

При введении стержня в электромагнитное ноле структура маг­ нитного поля в пространстве, окружающем стержень, изменяется. Вследствие повышенной магнитной проницаемости стержня линии магнитного поля в нем сгущаются, он как бы «вбирает» в себя магнитный поток из окружающего пространства, что приводит к росту потока, пронизывающего рамку, а следовательно, и к росту наводимой в рамке э.д.с. (рис. 2-6,6).

Направленные свойства рамки при наличии магнитного стерж­ ня остаются примерно такими же, как у простой рамки, поэтомупутем поворота магнитной антенны иногда удается' несколько уменьшить влияние помех, направляя в их сторону минимум диаграммы.

Существенным преимуществом рамки с магнитным сердечни­ ком являются ее малые размеры, позволяющие разместить антенну в ящике приемника.

42

2. Симметричный вибратор

Как уже отмечалось, электрический диполь, длина которого значительно меньше длины волны, практически не применяется.

Широко используемой антенной, близкой по направленным свойствам к электрическому диполю, является симметричный вибратор, представляющий собой прямой круглый проводник дли­

Под действием напряжения генератора в вибраторе возни­ кает ток, распределение которого по длине вибратора приблизи­ тельно синусоидально, аналогич­ но току в разомкнутой на конце двухпроводной длинной линии.

Г-

!4 АПМ

У'

г ч ~

Рис. 2-8. Переход от разомкнутой длинной линии' к симметричному вибратору

ставляет собой неоднородную линию. Распределение тока вдоль проводов вибратора, строго говоря, несинусоидально. Однако при приближенных расчетах тонких вибраторов это отличие не­ существенно.

43

НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ, СОЗДАВАЕМОГО ПОЛУВОЛНОВЫМ ВИБРАТОРОМ

Используя выражения для поля электрического диполя, спра­ ведливые для диполей любой достаточно малой длины, можно определить поле, создаваемое симметричным вибратором, длина

/,

которого равна

С этой целью вибратор представляют состоящим из очень коротких элементарных диполей длиной Дг. поля которых в уда­ ленной точке Р определяют по формуле (1.1) и затем суммируют с учетом различий в фазовых сдвигах, возникающих за счет раз­ ницы в расстояниях от каждого элементарного диполя до удален­ ной точки.

Таким путем, подразделяя антенну на элементарные диполи, можно по заданному распределению тока определить поле любой антенны конечной длины.

Предположим, что вибратор ориентирован вдоль оси г и центр его лежит в начале координат (см. рис. 2-7).

Если обозначить /0 амплитуду тока на входе вибратора, то на расстоянии z от середины вибратора амплитуда тока будет:

где \ z \— расстояние точки от центра вибратора.

Выделим в верхней части вибратора на расстоянии г .от центра весьма малый элемент Длины dz (рис. 2-9). В пределах этого отрез­ ка ток имеет постоянную амплитуду / (г), и данный отрезок пред­ ставляет собой электрический диполь, напряженность электриче­ ского поля которого в удаленной точке Р. в соответствии с форму­ лой (1.1) имеет величину:

где Ri — расстояние между элементом и точкой Р.

Симметрично расположенный отрезок такой же длины, находя­ щийся в нижней части вибратора, создаст в той же точке Р напря­ женность поля:

2% dE2=j 60тс/ (z)dz sin 0 е -) -

щ

Так как точка находится на большом 'удалении, направле­ ния R 1 и R2 практически параллельны и углы между R\, Rt и осью вибратора одинаковы.'

44

Складывая в точке Р поля двух симметрично расположенных элементарных участков вибратора, получаем:

R,

Рис. 2-9. К вычислению напряженности поля полуволнового вибратора

Поскольку расстояние до удаленной точки Р велико по сравне­ нию с размерами антенны и разница между Ri и R2 составляет не больше 2/, то можно принять:

1_ _ _1___ 1_

45

следовательно, разница в расстояниях от рассматриваемых элемен­

тов до точки Р составляет 22 cos 0, что обусловливает сдвиг по 9тг

по фазе пренебрегать нельзя, т. е. при расчетах запаздывания по фазе различие между R\ и R2 должно учитываться.

В рассматриваемом случае, когда

- ). 2-тг .- Z COS и

+ е

Для получения величины напряженности поля, создаваемого полуволновым вибратором, необходимо просуммировать поля, создаваемые каждым элементом длины вибратора, т. е. проинте­

46

Получаем формулу для расчёта напряженности поля полуволно­ вого вибратора:

0 — угол с осью вибратора;

R0— расстояние до удаленной точки; X— длина волны.

Из выражения (2.9) видно, что полуволновый вибратор являет­ ся точечным излучателем, так как в равноудаленных точках фаза поля во всех направлениях одинакова.

ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ ПОЛУВОЛНОВОГО ВИБРАТОРА

Полуволновый вибратор обладает почти такими же направлен­ ными свойствами, как и электрический диполь.

В плоскости, перпендикулярной оси, вибратор создает наиболь­ шую напряженность поля, одинаковую во всех направлениях, т. е. не обладает направленностью так же, как и диполь.

Рис. 2-10. Диаграмма направленности полуволнового вибратора и элементарного диполя

47

Сравнения пунктиром показана диаграмма диполя. Как легко видеть, по направленным свойствам полуволновый вибратор мало отличается от диполя. В направлении 0 = 90° находится максимум диаграммы полуволнового вибратора и диаграммы диполя.

Практически можно полагать, что для полуволнового вибратора

КОЭФФИЦИЕНТ НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Определим к.н.д. полуволнового вибратора с помощью соотно­ шения (1.19):

при условии создания вибратором и ненаправленной антенной одинакового поля в удаленной точке.

На расстоянии R в направлении максимального излучения по­ луволновый вибратор создает поле:

*_ 60/»

При условии создания такой же напряженности поля ненаправ­ ленная антенна будет излучать мощность

(2.11)

поскольку плотность потока мощности во всех направлениях при ненаправленном излучении будет одинакова. ^

Определим мощность, излучаемую полуволновым вибратором. ■ Плотность потока мощности в этом случае зависит от угла 0:

; Для определения мощности, излучаемой полуволновым вибра­

48

Мощность, излучаемая вибратором, будет:

Гcos2 f-^-cos 0^

Я^ Г З О /? ,------------------ (2.13) ,1i sin 0r

Данный интеграл через элементарные функции не выражается. Путем замен переменного и преобразований можно выразить этот интеграл через специальную функцию, называемую инте­

гральным косинусом, для которой имеются таблицы.

Вкратце рассмотрим вычисление данного интеграла. Произведя подстановку x = cos0, получаем:

Вводя эти величины в подинтегральное выражение и заменяя пределы интегрирования, имеем:

Качественно проанализировав графики подинтегральных функ­ ций, легко убедиться, что в пределах —1< х < 1 площади, заклю­ ченные между осью х и каждой из кривых, одинаковы, в силу чего

где f — 1,781.