Материал: ЭД (3.1)

Активная мощность излучаемая вибратором, зависит не только от величины протекающего по диполю тока, но и от электрической длины излучателя (ℓ⁄ ) и параметров окружающей среды. Величина

√ =

имеет размерность сопротивления и называется волновым сопротивлением среды. В случае вакуума (или воздуха) волновое сопротивление среды равно

Сопротивление излучения электрического вибратора

Если подключить к выходу высокочастотного источника вместо электрического излучателя чисто активное сопротивление , то изменяя величину последнего, можно при одинаковой амплитуде тока в излучателе и в сопротивлении добиться такого положения, что мощность, отдаваемая источником в данное активное сопротивление

окружающее пространство. Указанную величину называют со-

противлением излучения электрического диполя

Величина изл измеряется в омах и характеризует излучательную способность вибратора как антенны, которая не зависит от силы протекающего тока и определяется только параметрами окружающей среды и электрическим размером диполя.

Сопротивление излучения и направленные свойства линейного вибратора

В антенной технике широко используются проволочные антенны. Симметричные линейные излучатели, применяемые в качестве телевизионных антенн, являются одним из примеров антенн такого типа. Элемент длины проводника, обтекаемого переменным током, представляет собой диполь Герца, следовательно, любую проволочную антенну можно представить совокупностью электрических диполей.

Рассмотрим, совпадают ли направленные свойства и излучательная способность реальной антенны конечной длины и элементарного электрического излучателя. Выражение для изл показывает, что сопротивление излучения диполя связано квадратичной зависимостью с параметром ℓ⁄ . Например, удлинение диполя в 10 раз приводит к увеличению его сопротивления излучения в 100 раз. Эта закономерность показана штриховой линией на рисунке. Там же сплошной кривой изображен ход изменения с ростом ℓ⁄ величиныизл реальной проволочной антенны (симметричного излучателя) длиной ℓ.

Как видно, излучательная способность реальной антенны ниже, чем у вибратора такой же длины, и различие усиливается при увеличении ℓ⁄ . Это объясняется тем, что вдоль плеч симметричного проволочного излучателя ток распределен не равномерно (как в элементарном излучателе), а по синусоидальному закону. Поэтому концевые элементы антенны, по которым протекает слабый ток, вносят в общее излучение меньший вклад, чем участки, попадающие на пучность тока.

С удлинением плеч излучателя этот эффект усугубляется. Что же касается снижения изл правее отметок ℓ⁄ = 1, 2, 3, …, то объяснение этой закономерности кроется в появлении на плечах антенны участков провода с противоположным направлением тока, которые частично гасят общее излучение вибратора.

Направленные свойства реальной симметричной антенны также отличаются от свойств излучателя. Диаграмма направленности проволочной антенны конечной длины отражает результат интерференции полей, излучаемых диполями, составляющими эту антенну. При увеличении ℓ от малых значений до ℓ ≈ ток в антенне сохраняет одинаковое направление, а участки с максимальной величиной тока постепенно удаляются друг от друга. В итоге диаграмма направленности сохраняет вид «восьмерки», лепестки которой постепенно сужаются. Начиная с ℓ = , в антенне появляются участки

противофазного тока. Диаграмма направленности теряет форму «восьмерки» вследствие возникновения побочных интерференционных лепестков, которые растут с увеличением ℓ⁄ при одновременном сужении и уменьшении главного максимума. Когда ℓ⁄ = 2, длины участков, обтекаемых противофазными токами, сравниваются. Поэтому в направлении = 90° их поля в дальней зоне полностью компенсируют друг друга. В итоге двухволновый излучатель (ℓ = 2 ), каждый элемент которого наиболее интенсивно излучает в поперечной плоскости, сам в этом направлении не излучает.

Изменение во времени структуры поля электрического вибратора

Для более ясного понимания процесса формирования в пространстве вокруг вибратора излучаемого им электромагнитного поля проследим за отдельными этапами развития структуры электрических силовых линий (представление об ориентации магнитных линий дано на рисунке). Герц первым провел расчет этих линий в моменты времени, отстоящие один от другого на 1/8 часть периода колебаний вибратора. Отчетливо видно, как через каждую половину периода за пределами ближней зоны происходит очередной отрыв силовых линий от излучателя.

Причина отрыва силовых линий вектора ̇была объяснена при рассмотрении открытого колебательного контура с симметричным

металлическим вибратором. Вновь родившиеся вихри вектора ̇ оттесняют от излучателя вихри, сформировавшиеся на 1/2 периода раньше. При прекращении питания пропадают силовые линии, замыкающиеся на излучатель. Те же линии, которые к моменту выключения источника питания успели замкнуться сами на себя, продолжают существовать независимо от действия высокочастотного

генератора. Совместно с вихрями вектора ̇ они формируют убегающую от диполя сферическую волну.