3. Антенны свч в объемном исполнении.
Простейшие излучатели - элементарные электрический и магнитный вибраторы – линейный проводник и проводящая рамка. А также другие элементарные излучатели: излучающая щель и площадка - (элемент Гюйгенса). Комплексная амплитуда электрического поля в дальней зоне симметричного вибратора в предположении синусоидального закона распределения тока J вдоль вибратора для воздушной среды определяется по формуле;
Е = (J60Ia/rsinkl)F()exp (-iKl).
Здесь r - расстояние от вибратора до точки наблюдения, K - волновое число. l - длина плеча вибратора. F() - нормированная амплитудная ДН вибратора, проходящая через ось вибратора (плоскость Е), при чем
F() = 1/(1 - cos Kl) (cos(Klcos) - coskl)/sin .
Здесь - угол между осью вибратора и направлением в точку наблюдения. Этим выражением можно пользоваться при длине вибратора 2l<5/4. Т.к. вибратор хорошо излучает (у него, в отличие от двухпроводной линии, магнитные поля тока, текущего по двум плечам, не вычитаются, а складываются), то его нельзя считать идеальной линией. В нем получается режим смешанных волн. В результате исследования полуволнового вибратора выяснилось, что энергия, излучаемых им волн, эквивалентна потерям в активном сопротивлении величиной 73 Ома, которое следует считать включенным в пучность тока. Такое условное сопротивление, потери в котором эквивалентны потерям на излучение, называют сопротивлением излучения (Rизл). Если бы в самом проводе и в изоляторах не было бы потерь энергии, то входное сопротивление вибратора в пучности тока при резонансе составляло бы 73 Ом. Но в каждом вибраторе имеются потери на нагрев проводов и изоляторов, на утечку по изоляторам и т.д. Поэтому входное сопротивление антенны, называемое иначе полным сопротивлением антенны, для нормального полуволнового вибратора приближенно считают равным 80 Ом. Примерно такое сопротивление оказывает симметричный вибратор, помещенный в пучность тока, генератору переменного тока. Полная мощность колебаний в вибраторе определяется через ток в пучности тока и сопротивление потерь по формуле:
Pa=J2aRa.
Мощность излучаемых волн:
Pизл=Ja2Rизл, откуда следует, что кпд антенны равно:
=Rизл/Ra.
Величина кпд достигает 90% и выше. При изображении распределения тока и напряжения следовало бы учитывать бегущую волну, которая переносит энергию, идущую на излучение и на потери в самом вибраторе. Но для упрощения изображают только стоячую волну. Если волна распространяется свободно без преломления и отражений, то на значительном удалении от вибратора электрические силовые линии располагаются параллельно вибратору, а магнитные перпендикулярно к нему, см . рис. 1.
Рис.
1
Скорость распространения электромагнитных волн меньше 3*108 м/c, поэтому длина вибратора несколько меньше /2. Если вибратор расположен близко к земле, то приходится его длину брать еще короче. Чем тоньше выбирается провод, из которого делают вибратор, тем больше длина полуволнового вибратора будет отличной от /2. Для широкого диапазона ДМВ вибратор делают из трубок с диаметром 20-30 мм. Для согласования фидера с симметричным вибратором применяют согласующее устройство. При питании симметричного полуволнового вибратора применяют колено из отрезка коаксиального кабеля. В диапазонах метровых и дециметровых волн используют в качестве симметрирующего устройства U- колено, длина которого равна: Lк = /2()1/2 . C помощью этого колена фаза волны сдвигается на 180 0. Если диэлектрика равна 2.3 (полиэтилен), то L/3.
Рис. 2
Рис. 3 Схема антенны с симметрирующим U-коленом