Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Устройства СВЧ и антенны. Часть 2. Учебное пособие
.pdf
Рис. 8.6
Поле вибратора в точке наблюдения M имеет вид:
,
и - соответствующие поля, касательные к сфере радиуса r.
.
Поле элементарного вибратора имеет вид сферической волны, амплитуда
которого убывает пропорционально l/r . Поля и имеют поперечный
характер, как в плоской однородной волне. Фазовая скорость определяется
волновым числом K, ; иначе , где - длина
волны в свободном пространстве (рабочая длина волны).
Поля и определяют вектор Пойтинга, как плотность потока
мощности, переносимого волной,
.
Мощность излучения определяется как
31
, .
При одном и том же r можно определить по всем направлениям . Тогда
.
Зависимость поля от угла наблюдения характеризуется диаграммой
направленности (ДН) F( ). Диаграмма направленности в плоскости E
(плоскость угла ) в полярной системе координат имеет вид (рис. 8.7).
Рис. 8.7
Плоскость E - плоскость, где расположены электрические силовые линии.
Плоскость H (плоскость угла ), перпендикулярная электрическому
вибратору, соответствует плоскости (XOY), в которой лежат магнитные
силовые линии. В этой плоскости излучение ненаправлено.
2. Элементарный магнитный излучатель
Излучатель этого вида представлен на рис. 8.8
Рис. 8.8
32
Используя принцип двойственности, определим поле элементарного
магнитного вибратора, как:
,
, .
В плоскости (в плоскость перпендикулярной магнитному вибратору,
плоскость угла ) диаграмма направленности ненаправлена.
В плоскости H (плоскость угла ) диаграмма направленности имеет вид
(рис. 8.9).
Рис. 8.9
Диаграмма направленности элементарного магнитного вибратора такая же,
как и у элементарного электрического вибратора, если в плоскости E и H
поменять местами.
3. Элементарный излучатель Гюйгенса
Это излучатель, который представляется элементом волнового фронта.
Именно, фронт волны можно представляется набором площадок, каждая из
которых представляет собой элементарный излучатель Гюйгенса. Указанную
площадку представим, как на рис. 8.10.
33
Рис. 8.10
Для эквивалентных поверхностных токов на площадке имеет:
, ;
, .
Определим токи образованного таким образом квадруполя
.
Таким образом излучатель Гюйгенса принимает вид квадруполя из двух
элементарных электрического и магнитного вибраторов, перпендикулярных
друг другу (рис. 8.11).
Рис. 8.11
В результате сложения полей электрического и магнитного вибраторов
получим:
, .
34
э
м
j
Диаграмма направленности в плоскости E имеет вид (рис. 8.12).
Рис. 8.12
Такая же диаграмма направленности имеет место в плоскости H.
8.4. Понятие дальней, средней и ближней зоны излучателя
Поля излучателя с токами
в объеме V (рис. 8.13) представим как (8.4).
При вычислении выражения (8.4) рассматриваются упрощающие
предположения, связанные с разбиением пространства на дальнюю,
промежуточную и ближнюю зоны излучателя. Для дальней зоны r
(рис. 8.13) имеем соотношения:
Рис. 8.13
Тогда из (8.4) в этом приближении имеем,
где .
35
Тогда для поля излучателя имеем
, , W - волновое сопротивление среды;
, .
Отметим свойства поля в дальней зоне:
1. поле в дальней зоне имеет поперечный характер ;
2. и .
Эти соотношения имеют тот же вид, что и для поля плоской волны. Таким
образом поле излучателя в дальней зоне имеет вид сферической волны,
распространяющейся, как от точечного источника. Определим границу
дальней зоны.
;
Если , то
Таким образом, нижняя граница дальней зоны r .
Для промежуточной зоны (зоны Френеля) имеем
Граница зоны зависит от r и от угла наблюдения .
Для ближней зоны имеем
.
.
Для анализа поля в этих зонах требуются строгие выражения, вектор
Пойтинга носит комплексный характер.
36
9. Симметричный вибратор
9.1. Распределение тока симметричного вибратора
Симметричный вибратор состоит из двух проводников (рис. 9.1).
На входе в области зазора между проводниками создается ЭДС, которая
индуцирует в высокочастотные токи на проводниках антенны. Эти токи
создают поле излучения вибратора.
Распределение тока.
Рис. 9.1
Распределение тока на проводниках симметричного вибратора принимается
как распределение этих токов в разомкнутой двухпроводной линии длиной L
(рис. 9.2)
Рис. 9.2
При , то распределение тока описывается по формуле:
где
При L : ток распределяется по
синусоидальному закону.
9.2. Диаграмма направленности симметричного вибратора
Для вывода диаграммы направленности симметричного вибратора
используется метод суперпозиции (наложения). Вибратор представляется
совокупностью элементарных излучателей, суммируя поля которых можно
определить поле излучения данного симметричного вибратора.
Представим симметричный вибратор в виде линейного распределения
элементарных вибраторов (рис. 9.3).
37
Рис. 9.3
Определим поле симметричного вибратора в дальней зоне вибратора, полагая
|| , >>L .
Для поля первого элемента имеем
.
Для поля второго элемента имеем
.
Сравним эти поля по величине. Для дальней зоны имеем
,
где = .
Таким образом, по величине поля двух элементарных вибраторов одинаковы.
Рассмотрим фазы поля элементарных вибраторов:
. Примем
Тогда В этом случае поля элементарных вибраторов складываются в
противофазе, то есть компенсируют друг друга. Таким образом, при
сложении полей элементарных излучателей необходимо учитывать, с какой
фазой складываются поля этих излучателей. В приближении дальней зоны
сложим поля элементарных вибраторов,
Тогда для поля симметричного вибратора получим,
где .
38
.
2
1
2
ПП
P I R
ПR
П
I
0
R
0
I
2
0
1
2
П
P I R
( ) sin ( )
П
I Z I l Z
0
sin
П
I I l
0
0
2 2 2 2
0
22
sin sin
П
P P R
R
I I l l
Зависимость поля от угла наблюдения определяет диаграмму
направленности антенны. Первый множитель определяет диаграмму
направленности элементарного излучателя, из совокупности которых состоит
данная антенна; второй множитель - результат сложения полей элементарных
излучателей. Его обычно называют групповой характеристикой
направленности. Направленные свойства определяются в основном вторым
множителем.
Как пример, на рис. 9.4 приведена диаграмма направленности
вибратора в плоскости Е при длине плеча вибратора .
Рис. 9.4
Входное сопротивление симметричного вибратора
Сопротивление излучения
Под сопротивлением излучения понимают способность антенны излучать
и определяют мощность излучения, как:
.
Различают
и
- сопротивление излучения, отнесённое к току на входе вибратора
- сопротивление излучения, отнесенное к току пучности
,
.
,
- ток на входе. Тогда:
,
.
39
0,5l
2
1 cos ; 120
П
W
D l W
R
0
0,25 , 73,3
П
l R R Ом
Изменение сопротивления от длины вибратора приведено на рис. 9.5
Рис. 9.5
При
с увеличением длины плеча вибратора увеличивается
сопротивление излучения, т.е. увеличивается способность вибратора
излучать. При большей длине плеча вибратора сопротивление уменьшается
за счет действия противофазных токов.
D (КНD) симметричного вибратора определяется, как
.
Зависимость D от длины плеча вибратора представлена на рис. 9.6.
При
Рис. 9.6
, где l - резонансная длина вибратора.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]