Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Ы ш Полученный закон распределения заряда вдоль симмегричнага вибратора совпадает с законом распределения потенциала ( напряжеюш ) в разомкнутой на конце линни без потерь. Распределение ампчитуд тока и заряда вдоль вибраторов различной длины покаЗшо на рис. 11.5. Видим, что в случае клины аибраторов, кратной нечетному числу по- Л луаоли 21 = — (2р-1), где р —" 1,2,3..., так распределен по косинусоидаяьному закону 2 14, — — В1„соя йс. В середине вибратара получается пучность така, а заряд равен нулю (Рис.
1 1.5,а,б). т ' Воли же длина вибратора кратна четному числу полуволн 21 = 2р —, то 2 14 и х/„ з(п Дс, 1, = р/„ сю зх . Таким образом, а середине вибратора устанавливается шел тока н пучность напршкения (заряла) (рис. 11.5,а,г). При двине вибратара, не кратной д/2, амплитуда тш ка на вхолиых клеммах анбратора лежит в пределах от нуля ло значения тока в пучна'стн /„а зависимости от длины вибратора (рис 11.5,д). Построение кривой распределения тока /, в этом случае следует производить как и а разомкнутой линии, т.е.
с донцов аибратора, где всегда имеют место узел тока и пучность заряда. 141 Рис. 11.5. Распределение амплитуд тока и заряда: а, б — гю зебр:пору, плака кетового кратна нечеткому числу псауаеле, е, г — ао вкбрагеру, шина которого кратаа четному числу лату вала, д- лри ароазвеяькоа далее е абрагова 11дй Поле ызлучеынн симметричного нибратора ы его дыаграмма ыапранлеыыости Рассмотрим сииметрнчный вибратор произвольной длины, находяшийся в свободном пространстве.
Пусть центр вибратора совпадает с началом сферической системы координат (рис. 11.6). Вычислим поле излучения в произвольной точке пространства в дальней зоне, определяемой расстоянием г» д, гр») . Разобьем вибратор на эле- ментарные участии ллииой Вг чь г)г«д. Амплитуды и фазы тодгг ков вдоль таких элементарных дй участков можно считать практи1 чески неизменными. Тогда, по.
ге латая промежуток между плеча- у ми аибратора исчезаюше малым, О весь симметричный вибратор можно рассматривать как совоl купность элементарных элек~хг тричсскнх вибраторов (дигголей Герца) длиной г)х«Л . Поле излучения такого вибратора бэг представляет собой результат г слаженна (интерференции) полей, излучаемых элементарными вибраторами. Рне. 1 1.6. К аычкслеикю поля юлучеиня симметричного вибрагора Вылепим на внбраторе (рис. 11.б) два элементарных симметрично расположенных Птноснтелшно его цешра участка длиной лх, и с(тз .
Рассматривая этн элементы как днподн Перца, лля напряжениосгей полей, создаваемых нмн в дальней зоне, можем записать ИЕ, =ИЕЭ, =г " ~ — созО,е' ', г)ЕЭ =г)ЕЭ, =г' " ~ — созО,е ЕЕ 8 ВЕ, +г)ЕЭ =~ — ". — созВЭ!пл(1-!х!)(е ' '+е 'ь)лх. 2гэЛ'1 2 (11.8) Прн написании последнего выражения у пенс равенство токов по величине в пле- чах внбратора, хогла тачки расположены симметрично относительно пентра вибратора, )ч =1 =)„з!и!!(! — !х!), а также Равенство длин элементов их, =г(тз =дз. ВыРазим Расстояния г, н г, через г (см рнс.
11.6)! б = ге !х~ззпВ, гз = гс ~ !з!*!о В. Велюгнг~у !х!з!и О = Ьг обычно нюьшают разностью хола лучей. Учитывая соот- ношения (1!.9), а также воспользовавшись известной формулой с+~ ее ~ =2саьд, представим выражение (1! . 8) в аиде ИЕ 1-к. — созйз!ол(! — !х!)соз(я!х!з!лВ) Й. (11 10) 2!к гз Для получения полного поня внбратора н его диаграммы направленности необхо- днмо просуммировать значения ИЕ от всех пар симметрично расположенных диполей, Здесь х = 2л/8 — фазовая постоянная свободного просзранстьз; !ч н 1, — амплитуды (пшов в элементах вибратора г(х, н с(тз; /д/е — волновое сопротивление окружающей 'среды; г н г, — расстояния в пространстве от центров излучающих участков Ет, н г(т йо точки наблюдения М, в которой определяется поле; О, н Вз — углы между направйеанями го гз в точку наблюдення н перпендикуляром к осн вибратора. Поскольку точка наблюдения находится в дальней зоне, те.
на расстоянии г»1, ,все лучи, направленные в точку наблюдения от различных дипалей, можно считать 'узршпически параллельными «~~гДгс, те. ЛВ,=ЕВЭ=ЛВ. Кроме того, расстояния йз, г, г„в дальней зоне незначительно отлнчшотся друг от друга. поэтому их разницу ,можно не учитывать при расчете амплитуд поля от элементов с!х, и Етз, т.е. считать, :что 1/г 1/гз м1/г„. Однако при определенни фазы полл, созданного рассматриваемыми Элементами, риность хода лучей следует учитывать, так как она может оказаться соизЫернмой с длиной водны.
Поскольку ЕВ, = ЛВЭ, векторы поля г(Е, и г(ЕЭ в точке наблюдения параллельны (гтЕД!!Ез ) и нх можно складывать аащбРанчески. ПоэтомУ РсзУльтнРУющее поле от раесматрнааемых элементов составляющих оба провода антенны. Сложение бесконечного числа элементарных полей осуществляется путем интегрирования выражения (1120) от х = 0 до х = 1(второе плечо при этом учитывается самим подынтегральным выражением за счет второго симметрично расположенного диполя).
Таким образом, нскоыое поле представляется интегралом Е = Е, = г — ", — соя Ое "ч )з(лк(1-!х!)соя(л!х)з(п9) а!г. е Производя н!гтеПзированне, а также учитывая значение волнового сопротивления свободного пРостРанства ь/Р/к =120т и выРажение фазовой постоЯнной к = 2л/Л дла напряженности электрического поля (ВГм) симметричного вибратора, получаем б01„сов (Мыл 9) — соз М,г, Е=Ее =1 с- „Е гель соз9 Напряженность магюпного поля вибратора связана с напряженностью электриче- Е ского поля известным соотношением Н = Н„= "М Выражение (11.11) сасюит из трех множителей: множитель 60(„/ге определяет величину напряженности паля в точке наблюдения и не зависит от направления в пространстве; Ф = ге 'вь — фазовый множитель и соя ( М Бгп 9) — соя М (11.12) сок 9 — множитель, определяющий направленные свойства вибратора (диаграмма направленности).
Как следует нз формулы (11.12),симметричный вибратор облаласт направленными свойствами только в мерилнональной плоскости (плоскость электрического вектора). В экваториальной плоскости (плоскость магнитного векторы 9 =0') его поле определяется выражением Е=г '(1 — созМ)е ' ', те. нс зависит от азимутального угла . бО!, -сщ "а й, и поэтому диаграмма направленности вибратора в этой плоскости в полярных координатах представляет собой круг. Напомним, что поле антенны характеризуется не только амплитудной, но и фазовой диаграммой, которые в общем случае зависят от направления в пространстве. В случае симметричного вибратора при отсчете расстояния от его пентра, совпадающего с нентром сферической системы координат, запидывание фазы не зависит ог углов О и р .
Фаза поля для ряда направлений оказывается постоянной, для других — отличной на 180', причем изменение фазы пронсхолит скачком прн переходе амплитудной диагРаммы через нулевые значения паля. Такую фазовую диаграмму называют равномерной (см. п.10.2). Свммстрнюыя вибратор излучает сфсрвчсскне волны, о чем сввдстельегяуег множитель с 'ь'/ ь е выражении (1 ! ! !). Поэтому геомстркческвй в фвювый ~гморм вкбрыорв совлелмог.
Представим диаграмму направленности симметричною вибратора в нормированйом лиле; ) (8) саз(Мз(пО) — соиМ (11.! 3) Г(О') сок О (1-соя М) При изменении угла !й диаграмма направленности меняется сложным образом, принимая для некоторых углов 8 максимальные и нулевые значения. Диаграммы такого Г называют лелесшкоаыим Собственно лепесткои назыаается часть лиаграммы, за- ченная между иапрааяеннямн нулевого излучения. Число лепестков зависит от дли(йы вибратора 2! и возрастает с ее увеличением. Для юображения диаграммы в какой. Ф' плоскости в пределах 3609 есоабразно брать полярную 21=212 Ю )ййотему координат. Если участок фишраммы направленности надо шо 19 0' 13 0.5 о ййггбразнть более детазьно, то Е)Е„ ))Гредпачтительнее прямоугольная 210, Е.'Е 'бнстчма.
На рис. 11.7 нзображс- 270' Д- диыраммы направленности а) о) 90роа различной длины В 21 Л 90* 90' 21=1,25). й)нфидиональной плоскости, При )Шише вибратора 2!«Л диа- 150* 05 0' Лйамма направленности такая же, и у элементарного вибратора 21О 210' 11.7,0). При увеличении в) г) )огины диас)жима с\ жается В на 21 1 5) 90' 21=22 зй)явлении, перпендикулярном к (Ми вибршора. Такой пропесс Яюисходит до тех пор, пока дли- ЗШ аибратара не станет равной шо' ,о' гю , о 'Л) = Л (рис. 11.7,б,в).
Дальнейгпее увеличение длины приводит Ф появлеюпо на внбраторе учасгшш с щютнвофшными токами 270' (Рис. 115,б,:,д), а я диаграмме д) е) змправленности — к расшеплеИню основного лепестка, т.е к Рис. 11.7. Диаграчмы налракяенности появлению бокового излучения. симметричного ьибратора )))силиной лепесток при этом сужаегся (рис. 11.7,г). С ростом боковых лепестков уроаень основного уменьшается и при 21 = 2 Л излучейгю а напрашмнии, перпснлдкулярном к оси вибратора, отсутствует, так как противофазйлге участки вибратора в этом случае имеют одинаковую длину (рис, 11.5,г). Максимум изгбмения ориснтироаан а тех направлениях, где разность фю токов в плечах внбратора ком(гонсируешя разностью хода лучей а свободном пространстве (рнс 11.7,0).
Анализ формулы (11.11) и приведенные диаграммы направленности показыаают, о вибРатоР пРи любой величине отношениа 2!)гЛ не излУчает вДоль своей оси. 11.4. Сонротывлеыые нзлучеввн, действующаы высота в входыое сопротывлеыые внбраторв Полученные результаты позволяют перейти к рассмотрению вопроса о значении мощности, излучаемой вибратором при заданных распределении н амплитуде тока. От мощности нетрудно перейти к сопротнвленню излучения (см п. 10.4), которое обычно принята определять через ток в пучносгн распределения: Ех = зь = )г(р ) Ер "с сазО»(0 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
