военка_оригинал (Готовый семинар), страница 3

где А—коэффициент пропорционально­сти, зависящий от условий распростра­нения электромагнитных волн, .направ­ления по отношению к антенне, для ко­торого подсчитььвается напряженность поля, и от выбранной системы единиц.

Электрическое поле графически мож­но охарактеризовать векторами, значе­ние и направление которых изображают значение и направление электрических сил, действующих в различных точках пространства. Протекание переменного тока по проводу прямолинейной антен­ны создает в окружающем пространст­ве электрическое поле, векторы которо­го параллельны проводу антенны (рис. 6.10). Это означает, что электрический заряд, помещенный в это поле, под его действием движется параллельно про­воду антенны. Такое поле принято назы­вать поляризованным или полем по­ляризованных волн.

Вопрос о поляризации имеет в ра­диотехнике существенное значение. Так, если в поле вертикально поляризован­ных волн поместить горизонтальную приемную антенну, то никаких токов в ней наводиться не 'будет (рис. 6.10,а). Чем ближе направление оси приемной антенны к направлению поляризации, тем больший ток наводится в ней. На­пряженность поля, излучаемого линей­ным симметричным вибраторохм, в дан­ной точке пространства определяется двумя факторами: поляризацией излу­чения вибратора и сложением волн, из­лучаемых его различными участками. Рассмотрим влияние этих факторов на примере симметричного полуволнового диполя.

Электрическое поле волн, излучае­мых в направлении А (рис. 6.11,а), об-

Рис. 6.10. Поляризация поля линейного излучателя: а — вертикальная п#ляризация; б — горизонтальная поляриза­ция

Рис. 6.11. Излучение диполя по различным направлениям

ладает максимальной интенсивностью, поскольку оно совпадает с направлением поля источника, возбуждающего коле­бания в вибраторе. Кроме того, синфаз­ные токи, текущие в обеих половинах диполя, создают синфазные волны, ко­торые усиливают одна другую. Поэто­му излучение в направлении А макси­мально и приблизительно равно ариф­метической сумме волн, излученных от­дельными участками вибратора в этом направлении.

Электрическое поле волн, излучае­мых в направлении Б (рис. 6.11,6), зна­чительно слабее, поскольку электриче­ское поле волны Ев создается только составляющей поля вибратора £₀, пер­пендикулярной направлению распро странения Б. 1П0 этой же причине вибра­тор ничего не излучает в направлении своей оси, так как составляющая поля, перпендикулярная направлению оси виб­ратора, равна нулю. С другой сторо­ны, волны, излученные синфазными то­ками различных участков вибратора, приобретают значительную разность хо­да Ad при распространении в направле­нии Б. -Поэтому в зависимости от того, насколько направление Б отличается от направления А, они (будут только час­тично усиливать друг друга.

Рис. 6 12. Диаграммы направленности полуволнового вибраторе:

а — пространственное изображение; б — в горизон­тальной плоскости; в — в вертикальной плоскости

Для того чтобы характеризовать излучение антенн по различным направ­лениям, строят диаграммы на­правленности (их называют также характеристиками излучения). Они пред­ставляют собой графики, характеризую­щие в относительных единицах интен­сивность излучения антенны по различ­ным направлениям, лежащим в той ил1 иной плоскости. Обычно приводятся ди­аграммы для двух плоскостей: горизон­тальной и вертикальной. Чаще всего они строятся в полярной системе коор­динат. При этом расстояние от центра до кривой характеризует в некотором масштабе интенсивность излучения по данному направлению.

Диаграмма излучения полуволново­го вибратора |(рис. 6.12) имеет макси­мум в направлении, перпендикулярном оси вибратора. С уменьшением угла ин­тенсивность излучения падает и в на­правлении оси вибратора становится равной нулю. В плоскости, перпендику­лярной оси диполя, вследствие симмет­рии антенны излучение по всем направ­лениям одинаково, и диаграмма направ­ленности имеет вид окружности.

Направленность излучения антенных устройств обычно желательна. За ред­ким исключением абсолютно ненаправ­ленное излучение не только не нужно, но и не выгодно, так как всегда сущест­вуют направления, по которым излу­чать энергию не имеет смысла, и, на­оборот, есть направления, по которым желательно создавать максимально ин­тенсивное излучение. Часто конструи­руют специальные антенные системы, об- ла,дающие резко выраженными ■направ­ленными свойствами. Обычно диаграмму направленности характеризуют шириной, оценивая ее углом между двумя на­правлениями, по которым мощность из­лучения уменьшается в два раза по сравнению с мощностью излучения пэ главному направлению.

Предположим, что приемник прини­мает сигналы от передатчика, работаю­щего с абсолютно ненаправленной «изо­тропной» антенной, излучающей энер­гию равномерно по всем направлениям. Если затем заменить эту антенну на­правленной и направить максимум из­лучения в сторону приемника, то при той же мощности излучения громкость приема возрастет. В этом случае замена ненаправленной антенны на направлен­ную эквивалентна увеличению мощности передатчика. Число, которое показыва­ет, во сколько раз можно уменьшить мощность передатчика при переходе с ненаправленной антенны к направлен­ной, сохраняя неизменной силу сигнала в направлении главного излучения, при­нято называть коэффициентом направленного действия ан­тенны. Например, .полуволновый ди­поль обладает коэффициентом направ­ленного действия, равным 1,64. Посколь­ку абсолютно ненаправленных антенн не существует, то более реальную оценку коэффициента натравленного действия можно получить сравнением направлен­ности различных антенн с некоторой наиболее часто употребляемой слабо на­правленной антенной. Такой образцовой антенной обычно считают полуволновый симметричный диполь. В дальнейшем мы и будем определять коэффициент на­правленного действия антенн по отноше­нию к его излучению в направлении максимального излучения. Произведение этого коэффициента направленного дей­ствия на КПД антенны принято назы­вать усилением и выражать его в децибелах.

Выше говорилось главным образом о передающих антеннах, излучающих электромагнитные волны, но сделанные выводы относятся и к приемным антен­нам. Так, если при передаче антенна да­ет максимальное излучение электромаг­нитных волн в некотором направлении, то при работе этой же антенны в каче­стве приемной приходящие с этого на­правления волны будут наводить наи­большие токи в антенне; волны, прихо­дящие с тех направлений, куда антенна при передаче не излучает, воздействия на антенну -при приеме не оказывают.

Иными словами, направленные свой­ства антенны при переходе с передачи на прием не изменяются. Поэтому при приеме станций с заданного направле­ния всегда выгодно использовать на­правленную приемную антенну, не при­нимающую передачу мешающих радио­станций с других направлений. Она бу­дет создавать на входе приемника более мощный сигнал, чем ненаправленная ан* тенна. На основании этого можно ска­зать, что понятия коэффициента на­правленного действия и усиления оста­ются в силе и при работе антенны на прием. Это свойство обратимо­сти антенн позволяет без ущерба ограничиться рассмотрением их харак­теристик при работе только на пере­дачу. Конечно, существует ряд специ­альных приемных антенн, однако они в подавляющем большинстве случаев ис­пользуются только в магистральных се­тях и в этой книге рассматриваться не будут

.6.3. ВЛИЯНИЕ ЗЕМЛИ НА ИЗЛУЧЕНИЕ АНТЕНН. НЕСИММЕТРИЧНЫЕ ВИБРАТОРЫ

До сих пор мы рассматривали ач- путями: непосредственно от самой ан­тенну изолированно от внешних фак- теины и отразившись от поверхности торов, которые оказывают влияние на проводника (рис. 6.13,а), ее излучающие свойства. Но антенна Для того чтобы найти результирую- работает, как правило, вблизи поверх- щее поле в точке Р после сложения ности земли, влияющей как на мощность прямой и отраженной волн, удобно излучения антенны, так и на ее диа- пользоваться представлением о «зер- грамму направленности. Чтобы учесть кальном изображении антенны», введе- влияние на работу антенны поверхио- ние которого можно пояснить следую- сти земли, будем сначала считать, что щим образом. Если над идеально про- антенна располагается над поверхностью водящей поверхностью на высоте h (в идеального проводника. Излученные при точке А) помещен заряд +q (рис. этом антенной электромагнитные волны 6.13,6), то на ней вследствие электро- приходят в некоторую произвольную статического притяжения свободные за­точку пространства Р двумя различными ряды размещаются так, что горизонталь-

Рис. 6.13. Излучение антенны над идеально проводя­щей поверхностью:

а — пути прямой и отраженной волн; б — электриче­ский заряд ,и его зеркальное изображени

еная составляющая электрического поля на поверхности 'будет равна нулю. Ес­ли >бы она не была равна нулю, то под ее действием по поверхности переме­щались бы заряды. Однако покоящийся заряд не может вызвать непрерывного движения зарядов в проводнике и, сле­довательно, электрическое поле у по­верхности проводника должно иметь на­правление, перпендикулярное ей.

Такое же ноле создается, если ме­таллическую поверхность убрать, а вни­зу на расстоянии 2h под зарядом в точ­ке Б поместить второй заряд, равный по значению и противоположный по знаку первому заряду. Второй заряд называ­ется зеркальным изображением первого. При этом поле в произвольной точке поверхности |будет определяться векто­рами Fi и F2 полей зарядов +q и —q. Поскольку заряды удалены от точки В на одинаковые расстояния, то векторы Fi и F2 одинаковы. Горизонтальные со­ставляющие ЭТИХ ВеКТОрОВ F_Jr И F2r уничтожают друг друга, а вертикальные Fib и F_2b складываются. Это и позво­ляет заменить действие проводящей по­верхности действием «зеркального за­ряда».

Если заряд, помещенный над иде­ально проводящей поверхностью, нач­нет двигаться по вертикали вниз, то его зеркальное изображение будет пе­ремещаться также к поверхности, т. е. снизу вверх. Поместив над поверхностью вертикальный провод, в котором в дан­ный момент времени ток течет сверху вниз, мы вызовем в его зеркальном изо­бражении перемещение зарядов обрат­ного знака снизу вверх и, следователь­но, прохождение тока в том же направ­лении, что и в проводе (рис. 6.14,а). Поэтому если над идеально проводящей поверхностью поместить вертикальную антенну, то ее поле определится как по­ле антенны и ее зеркального изображе­ния, в котором течет ток того же зна­чения и того же направления. Таки

м