Материал: KR2_AFU
1Осн. хар-ки антенн
1)Направленность (диаграмма направленности) - поверхность, радиус вектор которой равен отношению мощности, излучаемой антенной в данном направлении к единице телесного угла; функция распределения напряженности Е (мощности) поля в пространстве.
2)Направление главного излучения антенны - направление максимума главного лепестка
3)Уровень боковых лепестков - показатель неполезного растрачивания излучаемой мощности
4)КНД антенны - способность антенны концентрировать излучение в определенном направлении.; отношение мощности, излучаемой антенной в данном направлении, к мощности, излучаемой в этом же направлении изотропной антенной при условии равенства мощностей на входах антенн.
5)Поляризационная характеристика - вид направленности электромагнитной волны (линейная вертикальная, линейная горизонтальная, круговая)
6)Сопротивление антенны - омические потери в антенне и потери вызванные излучением
7)КПД - соотношение между полным сопротивлением и сопротивлением потерь
8)Усиление - КПД*КНД реальное излучение в данном направлении
9)Рабочий диапазон - диапазон частот с допустимыми значениями параметров антенны(узкодиапазонная или широкодиапазонная)
2 Симметричные вибраторы
Симметричный вибратор - металлический провод\стержень, симметричный отн. середины, у которого продольные высокочастотные токи равны по величине и фазе
I(z)=I(-z).
Распределение тока зависит от относительной толщины вибратора l/a. Ln(l/a)>1 (тонкий вибратор) - распределение почти синусоидальное и симметричное, онт. середины. Имеет вид стоячих волн с узлами на концах и на расстоянии nλ/2 от концов. Амплитуда тока в произвольном сечении вибратора: I(z) ≈ I0 sink (l−|z|),
I0максимальное значение тока в стоячей волне (значение тока в пучности). Фаза тока во всех сечениях одинакова или имеет скачок pi.
Мгновенное значение тока в различных сечениях: i(z,t)=I0 sink (l−|z|) cosωt
3 Поле излучения симметричного вибратора
Напряженность электрического поля, созданного симметричным вибратором в некоторой точке М окружающего вибратор свободного пространства, может быть определена как векторная сумма полей, созданных в этой точке всеми бесконечно малыми участками вибратора длиной dz (рис.2.9). Так как длина участка dz может быть сколь угодно малой, то распределение тока на этом участке можно считать равномерным. Симметричный вибратор можно считать состоящим из непрерывно распределенных диполей Герца длиной dz. Напряженность электрического поля от каждого участка в точке М рассчитывается по известной формуле
dE = j30kI (z)dz sin θ exp(− jkr' ) / r',
где r' - расстояние от участка dz до точки М.
Элементарное поле двух симметричных участков удобно найти, суммируя поля отдельных участков симметричного вибратора, d E =d E1 + d E2 , ,
а затем проинтегрировать полученное выражение по длине вибратора в пределах
0 ≤z ≤l.
|
|
|
|
|
|
dE |
dE1 |
|
|
|
|
|
r1' |
dE2 |
|
z |
dz |
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
r |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
θ |
|
|
|||
|
0 |
z cos θ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
r2'
−z
dz
2 z cos θ
Рис.2.9. Поле излучения симметричного вибратора
В точке наблюдения М, (она в дальней зоне), вектора поля от отдельных элементарных излучателей можно считать параллельными и складывать их алгебраически.
dE =dE1 +dE2 =
j30kI (z)dz sin(θ) [exp(− jkr1 ' ) / r1 '+exp(− jkr2 ' ) / r2 '].
В знаменателе можно считать r1 ' ≈ r2 ' ≈ r для дальней зоны. получаем
dE = j30k exp(− jkr) I (z)dz sin θ[exp( jkz cos θ) + exp(− jkz cos θ)]= r
= j60k exp(− jkr) sin θI (z)dz cos(kz cos θ). r
Напряженность поля, созданную вибратором в точке М, можно найти интегрированием по всем элементам
|
l |
j60k exp(− jkr) |
|
l |
|||
E = ∫ dE = |
sin θ |
∫I (z) cos(kz cos θ) dz . |
|||||
r |
|
|
|||||
|
z=0 |
|
|
|
|
z=0 |
|
Воспользуемся синусоидальным представлением тока, тогда |
|||||||
|
j60kI0 exp(−jkr) |
l |
|
|
|||
E = |
sin θ∫sin k(l − z) cos(kz cos θ) dz . |
||||||
|
r |
||||||
|
|
|
0 |
|
|
||
Вычислим интеграл, произведя замену произведения тригонометрических функций на их сумму. Окончательно для амплитуды поля получим:
E = |
60I0 |
|
cos(kl cos θ) −cos kl |
. |
|
||
r |
sin θ |
|
|||||
|
|
|
|
||||
Формула для расчета напряженности поля через ток на входе антенны I А имеет вид: |
|||||||
E = |
60I А |
cos(kl cos θ) −cos kl . |
|
(2.4) |
|||
|
|
||||||
|
r sinkl |
sin θ |
|
|
|||
Использовав соотношение I А =I0 sin kl |
(при z = 0), получим I0 = I А / sin kl. |
|
|||||
4 Диаграмма направленности симметричного вибратора
Ненормированная ДН: 
. Для нормировки выражение умножается на нормированный множитель равной величины, обратной fmax(θ). Например при 2l < 5/4λ, положив θ=π/2, fmax(θ)=1− cos(kl). Тогда нормированная ДН :
.
ДН для очень коротких вибраторов (kl << 1) : 
. Для полуволнового вибратора: kl= π/2, fmax(θ) =1, т.е. f(θ)=F(θ)=cos(π/2cosθ) /sinθ.
6 Излучение системы из двух вибраторов
z |
|
|
M |
|
|
cos |
θ |
r= |
d |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
∆ |
|
|
|
|
|
|
θ |
d |
|
|
y |
x
Система из двух вибраторов используется для достижения узкой ДН. Суммарное поле,
созданное двумя вибраторами 
, где 
f0(θ) - характеристика направленности симметричного вибратора в свободном пространстве, fс(θ) - множитель системы, учитывающий наличие второго вибратора и зависящий от расстояния между ними, отношения амплитуд и фаз. Напряженность суммарного поля в экваториальной
плоскости (θ=0) 
, θ' - угол между линией, соединяющей вибраторы, и точкой наблюдения в плоскости xOy.
При d/x>= 0,5 ДН приобретает дополнительные лепестки. В случае однонаправленного излучения, когда q=0, в направлении θ' = 0 ̊напряженность поля удваивается. Увеличение в одном направлении происходит за счет уменьшения поля в другом направлении.
7 Метод зеркальных изображений
Метод зеркальных изображений - метод добавления фиктивного, зеркального отображенного действительного вибратора при определении магнитного поля вибратора, помещенного над идеально проводящей бесконечной поверхностью. Амплитуды токов таких вибраторов равны, а фаза зависит от ориентации действительного относительно проводящей плоскости.
На идеально проводящей металлической поверхности: 
Направление тока у зеркального вибратора:
8 Излучение симметричного вибратора, расположенного над идеально проводящей бесконечной поверхностью
По методу зеркальных изображений заменим идеально проводящую плоскость зеркальным вибратором и получаем два связанных противофазных вибратора, находящихся на расстоянии 2h друг от друга
Поле вибратора: 
, - угол относительно горизонта. Направление максимума излучения Δ0: 
При = 0 ̊горизонтальный вибратор не излучает вдоль поверхности земли. Напряженность поля в направлении максимума над идеально проводящей плоскостью удваивается, по сравнению с напряженностью поля вибратора в свободном пространстве. ДН зависит от h.
9 Несимметричный вертикальный вибратор
Несимметричный вертикальный вибратор - вертикальный проводник, нижний конец которого присоединен к одному зажиму генератора, другой зажим присоединен к земле или к металлическому телу.