3. Диаграмма направленности элементарного электрического излучателя

Согласно отношению электрического поля к магнитному в дальней зоне как , так иизменяются пропорционально. Данный множитель характеризует направленные свойства элементарного излучателя.

Диаграммой направленности произвольной антенны называется зависимость амплитуд векторов поля в дальней зоне от угла наблюдения.

Таким образом, в случае элементарного электрического излучателя диаграмма направленности описывается функцией . В частности, это значит, что излучение энергии в направлении оси излучателя отсутствует; максимальное излучение происходит при, т. е. в экваториальной плоскости излучателя.

76. −Нормированная диаграмма направленности элементарного излучателя

Как правило, на практике пользуются нормированными диаграммами направленности, при этом по оси ординат откладывается величина напряженности поля при данном угле наблюдения, отнесенная к максимальному значению напряженности. Нормированная диаграмма направленности элементарного излучателя (рисунок Рисунок 76 ) представляет собой отрезок синусоиды на интервале от до.

Весьма наглядным является представление нормированной диаграммы направленности в полярной системе координат. Принцип полярной диаграммы заключается в том, что здесь на каждом луче, проведенном из начала координат под заданным углом 0, откладывается нормированная величина напряженности поля. Нетрудно убедиться, что в случае элементарного электрического излучателя геометрическим местом точек диаграммы направленности будет окружность (рисунок Рисунок 77 ), поскольку

.

Несмотря на то, что физически областью изменения углов является интервал, часто диаграмму направленности изображают в обеих полуплоскостях, подчеркивая этим, что излучение вибратора равномерно (изотропно) по всем углам. Именно таким образом построена диаграмма направленности на данном рисунке.

77. −Построение диаграммы направленности элементарного электрического излучателя в полярной системе координат.

4. Вычисление излученной мощности. Сопротивление излучения

Задача, решаемая в настоящем разделе, состоит в следующем. Предположим, что по элементарному излучателю длиной протекает переменный ток, обладающий заданной частотой. Требуется определить мощность электромагнитного поля, излучаемого данной системой в неограниченное свободное пространство.

Для решения этой задачи мысленно окружим излучатель замкнутой поверхностью . Поскольку излучатель является единственным источником электромагнитной энергии, поток мощности непрерывен и величина излученной мощностинайдется интегрированием активной части (среднего значения) вектора Пойнтингапо поверхности:

.

Поскольку данный результат не зависит от конкретного выбора поверхности интегрирования, проще всего взять в виде сферы некоторого радиуса, причем так, чтобы , т. е. чтобы сфера располагалась в дальней зоне излучателя.

Использован составляющие поля вибратора в дальней зоне, из уравнения характеристического сопротивления среды находим радиальную составляющую вектора Пойнтинга:

.

При интегрировании по поверхности сферы учтем, что

Отсюда будем иметь

.

Так как

,

то предыдущее уравнение можно переписать в виде

Согласно этому выражению, мощность излучения пропорциональна квадрату амплитуды тока, протекающего по излучателю, В этом смысле имеется прямая аналогия между данным уравнением и обычным электротехническим выражением для мощности переменного тока, выделяемой на некотором активном сопротивлении. другими словами, возможно представление

,

где

, Ом

Данная величина, носящая название сопротивления излучения, имеет важное значение в теории элементарных излучателей. Она характеризует эффективность излучательной способности системы, поскольку величина излученной мощности тем больше, чем выше сопротивление излучения при постоянной амплитуде тока в излучателе.

Выразив постоянную распространения через частотуи электродинамические постоянные среды,, можно получить более наглядное представление для сопротивления излучения:

.

Для вакуума или воздуха, где , получаем

, Ом.

Поскольку в рассматриваемом случае отношение очень мало, скажем, 0,01 или менее, сопротивление излучения элементарного электрического излучателя оказывается порядка долей ома. Это говорит о том, что при необходимости получить большую мощность в подобной антенне должны протекать весьма значительные токи. С подобной трудностью приходится сталкиваться при создании малогабаритных штыревых антенн для диапазонов километровых, гектометровых и декаметровых волн.