- •157 Техническая электродинамика
- •Введение
- •Раздел 1 теоретические основы электродинамики
- •1.1. Источники электромагнитного поля
- •1.2. Векторы электромагнитного поля
- •1.3. Материальные уравнения. Классификация сред
- •1.4. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной
- •1.5. Граничные условия для векторов электромагнитного поля
- •1.6. Метод комплексных амплитуд
- •1.7. Уравнения Максвелла для комплексных векторов
- •1.8. Комплексная диэлектрическая и магнитная
- •1.9. Энергия электромагнитного поля
- •Раздел 2 распространение электромагнитных волн в свободном пространстве
- •2.1. Решение уравнений Максвелла для комплексных амплитуд
- •2.2. Плоские электромагнитные волны в среде без потерь
- •2.3. Плоские электромагнитные волны в среде с тепловыми потерями
- •2.4. Поляризация электромагнитных волн
- •2.5. Распространение волн в анизотропных средах
- •Раздел 3 электромагнитные волны в направляющих системах
- •3.1. Типы направляющих систем
- •3.2. Классификация направляемых волн
- •3.3. Особенности распространения волн в направляющих системах
- •3.4. Волны в прямоугольном волноводе
- •3.5. Волны в круглом волноводе
- •3.6. Волны в коаксиальном кабеле
- •3.7. Волны в двухпроводной и полосковой линиях
- •3.8. Диэлектрический волновод. Световод
- •3.9 Направляющие системы с медленными волнами
- •3.10. Затухание волн в направляющих системах
- •Раздел 4 излучение электромагнитных волн
- •4.1. Понятие элементарного электрического излучателя
- •4.2. Поле элементарного электрического излучателя в дальней зоне
- •4.3. Мощность и сопротивление излучения элементарного электрического излучателя
- •4.4. Диаграмма направленности элементарного электрического излучателя
- •4.5. Перестановочная двойственность уравнений Максвелла
- •4.6. Элементарный магнитный излучатель и его поле излучения
- •4.7. Принцип эквивалентности. Принцип Гюйгенса
- •4.8. Принцип взаимности
- •4.9. Параметры антенн
- •4.10. Симметричный электрический вибратор
- •4.11. Директорные антенны
- •4.12. Зеркальные антенны
- •Раздел 5 распространение электромагнитных волн
- •5.1. Законы Снеллиуса. Коэффициенты Френеля
- •5.2. Явление полного прохождения волны через границу двух сред
- •5.3. Явление полного отражения от плоской границы раздела
- •5.4. Структура электромагнитного поля при полном
- •5.5. Поле вблизи поверхности хорошего проводника. Приближенные
- •5.6. Дифракция электромагнитных волн
- •5.7. Параметры Земли. Учет рельефа земной поверхности
- •5.8. Параметры тропосферы. Влияние тропосферы на распространение радиоволн. Тропосферная рефракция
- •5.9. Строение ионосферы. Понятие критической и максимально
- •5.10. Классификация радиоволн по способам распространения
- •5.11. Классификация радиоволн по диапазонам
- •5.12. Расчет действующего значения напряженности поля. Понятие
- •5.13. Особенности распространения радиоволн различных диапазонов
- •Литература
- •Приложение а вывод уравнений максвелла в дифференциальной форме
- •Приложение в вывод граничных условий для векторов электромагнитного поля
- •Приложение с волноводные устройства
- •Режимы работы линий передачи конечной длины. Согласование линии с нагрузкой
- •Приложение е математический аппарат электродинамики
4.10. Симметричный электрический вибратор
Симметричные вибраторы, состоящие из двух одинаковых по размерам и форме проводников, между которыми включается генератор высокой частоты (проводники называют плечами), начали широко применяться уже в первой половине 20-х годов на коротких волнах. В настоящее время они применяются на декаметровых, метровых, дециметровых и сантиметровых волнах, как в качестве самостоятельных антенн, так и в качестве элементов более сложных антенн. Схематично симметричный электрический вибратор изображен на рис. 4.12. При этом выполняется неравенство .
Распределение тока в плечах вибратора можно определить по следующей приближенной формуле
Iz = Iп sin k(l – |z|), (4.33)
гдеIп – амплитуда тока в пучности; l – длина плеча вибратора; k = 2/ – коэффициент фазы.
Формула (4.33) получена из приближения, что закон распределения тока вдоль плеч вибратора соответствует стоячей волне линии без потерь, разомкнутой на конце.
На практике наиболее часто используется так называемые полуволновой () иволновой () вибраторы. Из формулы (4.33) видно, что распределение тока по вибратору зависит от отношения(). Так, например, для полуволнового вибратора распределение тока показано на рис. 4.13,а, а для волнового – на рис 4.13,б.
а) б)
Рисунок 4.13 – Распределение тока в симметричном вибраторе
Вектор напряженности электрического поля, излучаемого вибратором, лежит в плоскости, проходящей через ось вибратора (как и у элементарного электрического излучателя). Его комплексная амплитуда в дальней зоне определяется по следующей формуле:
, (4.34)
где I0 – ток в точках питания вибратора (z = 0 в формуле (4.33)); r – расстояние до точки наблюдения; – угол между осью вибратора и направлением на точку наблюдения.
Вибратор обладает направленными свойствами в меридиональной плоскости (плоскости Е). Из формулы (4.34) следует, что нормированная характеристика направленности симметричного электрического вибратора имеет вид:
. (4.35)
Для полуволнового вибратора (l/ = 0,25, ):
. (4.36)
Для волнового вибратора (l/ = 0,5, ):
. (4.37)
Характер ДН, рассчитанных по формулам (4.36) и (4.37), показан на рис. 4.14,а (l/ = 0,25) и 4.14,б (l/ = 0,5). Из рисунков видно, что ДН имеют вид «восьмерки» (как и элементарный электрический излучатель). При этом для случая l/ = 0,25 ширина главного лепестка () составляет 80о, а для случая l/ = 0,5 – 44о.
а) б)
Рисунок 4.14 – Диаграммы направленности полуволнового
и волнового симметричного вибраторов
Еслиl/ > 0,5, то в диаграмме направленности появляются боковые лепестки (рис. 4.15). Наибольшее излучение в главном направлении (направление, перпендикулярное оси вибратора, т.е. при ) наблюдается приl/ = 0,625 (0,5 = 31). При дальнейшем увеличении величины l/, уровень излучения в главном направлении уменьшается, а уровень излучения в направлениях боковых лепестков возрастает. Уровень излучения в главном направлении становится нулевым при l/ = 1.
КНД симметричного электрического вибратора в направлении, перпендикулярном его оси определяется следующей формулой:
. (4.38)
где Rп – сопротивления излучения, отнесенные к току в пучности (Iп); Zc – волновое сопротивление среды.
На рис. 4.16 приведен характер зависимостиот величины.
Важной характеристикой симметричного вибратора, как и любой проволочной антенны, является входное сопротивление. Входное сопротивление вибратора в общем случае является комплексным и существенно зависит от величины . Кроме того, входное сопротивление зависит от толщины проводов, из которых выполнен вибратор. Для полуволнового и волнового бесконечно тонких вибраторов входное сопротивление чисто активно и равно соответственно 73,1 и 199 Ом.