- •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
4.11. Директорные антенны
Для получения высокой направленности излучения, часто требуемой на практике, можно использовать систему слабонаправленных антенн, таких, например, как вибраторы, определенным образом расположенных в пространстве и возбуждаемых токами с требуемым соотношением амплитуд и фаз. В этом случае общая направленность зависит от габаритов всей системы и в меньшей степени от свойств отдельных излучателей.
К числу таких систем относят антенные решетки (АР). Обычно АР называется система идентичных излучающих элементов, одинаково ориентированных в пространстве и расположенных по определенному закону: линейные, поверхностные и объемные. Наибольшее распространение получили линейные и плоские АР. Линейная АР является простейшей. В ней излучающие элементы располагаются вдоль прямой – ось решетки, на равных расстояниях d друг от друга (эквидистантная АР).
Для АР справедлива теорема о перемножении диаграмм, в соответствии с которой ДН всей решетки есть произведение ДН одного элемента решетки на множитель системы:
, (4.39)
где – комплексная ДН элемента,– множитель системы.
В качестве примера рассмотрим АР, состоящую из двух симметричных вибраторов, расположенных так, как это показано на рис. 4.17.
На рис. 4.17r – разность хода лучей, проведенных из центров вибраторов 1 и 2 в точку наблюдения М. Пусть – комплексные амплитуды токов первого и второго вибраторов соответственно. Представим их отношение в следующем виде:
, (4.40)
где q – отношение модулей токов; ψ – разность фаз между токами.
Сечение ДН (в плоскости X0Z) рассматриваемой системы вибраторов определяется следующим выражением:
(4.41)
Из сравнения формул (4.35) и (4.41) видно, что множителем системы рассматриваемой АР является первый множитель выражения (4.41).
Рассмотрим ДН для случая q = 1 при различных значениях величины ψ.
При = 90 вибратор 2 усиливает излучение в направлении на вибратор 1. Такой вибратор по отношению к 1 вибратору называется рефлектором (отражателем).
При = –90 – наоборот. Вибратор 2 – директор (направитель).
В обоих случаях напряженность поля увеличивается в направлении отставания фазы возбуждающего тока.
На рис. 4.18 показаны ДН рассматриваемой АР для различных значений величин и.
В диапазоне метровых и дециметровых волн широко используются так называемые директорные антенны. Их называют также антеннами «волновой канал» или в честь изобретателя – антеннами Уда-Яги.
Директорная антенна состоит из одного активного и нескольких пассивных вибраторов, которые возбуждаются полем активного вибратора и выполняют роль рефлектора и директоров. Активный вибратор является полуволновым. Рефлектор по длине несколько больше активного вибратора, а длины директоров несколько меньше длины активного вибратора. В директорной антенне применяется один рефлектор и несколько директоров. Каждый предыдущий директор направляет энергию в сторону последующего (отсюда название «волновой канал»). Схематично директорная антенна показана на рис. 4.19.
Недостаток директорной антенны – ограниченность ее рабочего диапазона частот. Ширина рабочего диапазона составляет примерно 5…15 % от основной частоты. Чем больше директоров содержит антенна, тем уже ее рабочая полоса частот.
В качестве активного вибратора в директорной антенне применяется как обычный симметричный вибратор, так и так называемый петлевой вибратор, предложенный А.А. Пистолькорсом. Схематично такой вибратор изображен на рис. 4.20.
Входное сопротивление полуволнового петлевого вибратора составляет около 300 Ом, что часто является более удобным с точки зрения его питания.