Элементарный излучатель гюйгенса.

Может быть представлен в виде воображаемой плоской площадки в диэлектрической среде без потерь, в том числе в свободном простран­стве; размеры площадки много меньше длины волны. Площадка обычно изображается в виде прямоугольника с размерами dx, dy , хотя может быть и произвольной формы. На площадке действуют равномерно расп­ределенное электронного и магнитного поля, векторы которых перпендикулярны( ) друг другу. Таким образом, излучатель Гюйгенса является небольшим участком фронта плоской волны. Компоненты поля, создаваемого в дальней зоне будут равны:

- волновое число

Излучатель Гюйгенса создает однонаправленное излучение: оно максимально в направлении, определяемом произведением равно нулю в обратном направлении. Излучатель Гюйгенса создает в дальней зоне сферические волны.

Передающие антенны и их параметры.

Радиотехнические параметры можно разделить на две группы:

- группа определяющая электродинамический режим антенны, геометрические размеры и форма поверхностей и проводов, по которым те­кут электрические токи, частота колебаний и распределение токов, электродинамические параметры материалов антенны и окружающей среды.

- группа характеризующая этот режим - диаграмм направленности, коэффициент направленного действия, сопротивление излучения, КПД, входное сопротивление. диапазонность, поляризационные характеристики.

I. Диаграммы направленности передающей антенны.

1.1. Комплексные диаграммы направленности (ДН) передающей антенны это зависимость комплексной амплитуды электрического (магнитного) поля от угловых координат в сферической системы координат: r, θ, φ :Е(θ; φ) или Н(θ; φ)

Можно ограничиться только ДН по электрическому полю, т.к. в дальней зоне величины электрического и магнитного векторов отличаются постоянным множителем, а направления этих векторов взаимно перпендикулярны.

Комплексная ДН можно записать в следующем виде:

при r = const

где Е(θ; φ) амплитудная ДН по полю; ψ(θ; φ) - фазовая диаграмма

1.2. Амплитудная ДН - зависимость интенсивности электромагнитного поля, излучаемого антенной, или его отдельных компонент от угловых коор­динат в пространстве. ДН непосредственно характеризует направлен­ные свойства антенны, т.е. способность концентрировать электромагнитную энергию в заранее выбранном секторе пространства или, наоборот, осуществ­лять более или менее равномерное ее пространственное распределение. Определение ДН: А - передающая антенна, И - индикатор, регистрирую­щий величину мощности принимаемых, электромагнитных колебаний или при соответствующей градуировке величину: модуля вектора Пойтинга, угловой плотности мощности - Р , модуля электрического вектора Е

При увеличении расстояния от антенны структура поля и ДН из­меняются. Однако, начиная с некоторого расстояния r , вид ДН не изменяется. Это расстояние – радиус дальней зоны.

Наибольший интерес представляют поля на больших удалениях от антенны, поэтому индикатор располагается на расстояния .

Будем перемещать облучатель по поверхности сферы радиуса с центром в точке . При этом изменяются только две координаты - и . Выполнив измерения, получим зависимости вида: для модуля вектора П; - для угловой плотности мощности; - для амплитуды электрического вектора. Штрихами обозначены амплитудные множители, не зависящие от угловых координат, а функции определяют ДН. Функция - ДН по полю, функции и - ДН по мощности (они имеют одинаковую зависимость от угловых координат, т. к. ).

,

где - поток мощности; - телесный угол.

1.3. Нормированные ДН.

Из расчетов или в результате измерений можно получить любой масштаб функции , т. е. самые разнообразные максимальные значения этой функции. При этом трудно сравнивать направленные свойства различных антенн. Поэтому удобно пользоваться нормированными ДН, которые определяются соотношениями:

- по полю,

- по мощности.

Постоянная величина называется нормирующим множителем. Ясно, что . Выражения для напряженности поля и плотности мощности, определяемые через нормированные ДН, имеют вид:

1.4. Изображение ДН в пространстве.

Изображение ДН в пространстве - выполняется в виде замкнутых поверхностей, являющихся геометрическим местом точек - концов отрезков, проведенных из начала координат в направлениях и ; длины отрезков пропорциональны значениям или в этих направлениях.

Рассмотрим вид в пространстве некоторой ДН . Если от­резок принять равным единице, то расстояние от начала координат до произвольной точки на поверхности ДН .

Ввиду сложности пространственного изображения обычно пользуются сечениями ДН координатными поверхностями и . На рисунке кривой 1 показан след сечения ДН координатной поверхностью , являющейся поверхностью конуса с вершиной в точке . Кривая 1 в общем случае будет неплоской. Чем точнее нужно знать ДН, тем больше нужно сделать сечений. Для получения необходимой полноты представления ДН достаточно сделать сечения двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, проходящими через направление максимального излучения. Такие плоскости называются главными плоскостями антенны. Применительно к данному рис. главными плоскостями будут плоскости (кривая 2) и (кривая 3).

Положение системы координат относительно антенны целесообразно выбирать таким, чтобы одна из главных плоскостей содержала в себе электрический вектор поля излучения и направление распространения. Сечение, содержащее электрический вектор - ДН в Е-плоскости, а сечение главной плоскостью, содержащей магнитный вектор - ДН в Н-плоскости.