3.6. Понятие о непрерывном излучателе

Для анализа и проектирования многих антенн (например, однопроводных АБВ, ромбических антенн, апертурных антенн) часто пользуются теорией непрерывного линейного излучателя с непрерывным АФР возбуждающего тока вида .

В рамках упрощенного подхода к расчету множителя системы непрерывного излучателя длиной L последний рассматривают как предельный случай линейной АР с числом излучателей N→∞ и шагом d→0, соблюдая равенство L=Nd=const [2]. Функция в принципе может характеризовать реальный электрический ток, фиктивный магнитный ток или некий эквивалентный излучатель. С принятыми допущениями ДН такого излучателя можно найти с использованием теоремы перемножения характеристик направленности с учетом ДН элемента тока. Важным отличием ДН непрерывных линейных излучателей при любых АФР возбуждающих токов от ДН дискретных АР является то, что в них не возникают дополнительные главные лепестки, т.к. d→0.

В таблице [2] приведены выражения для множителей системы непрерывных линейных излучателей при различных законах распределения амплитуды и соответствующие параметры ДН, пригодные для расчета синфазных излучающих систем. Эти выражения подходят и для анализа ДН АР с малыми значениями шага решетки, в области главного и первых боковых лепестков. Коэффициент использования непрерывного линейного излучателя определяется выражением (справедливым для антенн, не являющихся «сверхнаправленными») [2, 4, 14]

. (3.36)

Линейный закон изменения фазы в непрерывном линейном излучателе (АБВ) обеспечивается путем его возбуждения бегущей волной тока с фазовой скоростью v. Рассмотрим провод длиной L, ток в котором изменяется по закону бе­гущей волны. Пренебрегая затуханием, запишем, что комплексная амплитуда тока изменяется вдоль провода по закону I(z) = I₀exp[−jk(c/v)z], где I₀ — ампли­туда тока в начале провода; z — текущая координата [2].

На основании теоремы перемножения характеристик направлен­ности нормированная ДН излучателя имеет вид [2]

(3.37)

где sinθ — характеристика направленности элемента провода.

Множитель системы выражения (3.35) максимален при θ=0° (если v=c). Однако результирующее поле провода в направлении его оси θ=0° равно нулю, так как sinθ в формуле (3.35) обращается в ноль. Физически это объясняется тем, что элемент тока — элементарный электрический вибратор не излучает вдоль своей оси. Так как множитель системы максимален в направлении оси провода (в этом на­правлении происходит сложение полей отдельных элементов провода), а характеристика направленности элемента провода максимальна в направлении, перпендикулярном оси провода (θ=90°), то результирующее поле оказывается максимальным в некотором промежуточном направлении, составляющем угол θ_max (меньший 90°) с осью провода. Очевидно, что таких направлений имеется два (в первом и в четвертом квадрантах). При большой относительной длине провода L/λ ДН имеет главный максимум, когда максимален числитель множителя системы (первый максимум).

Таблица

Свойства множителей системы непрерывных линейных излучателей при различных амплитудных распределениях токов

Амплитудное распределение тока по длине излучателя I(z)	Множитель системы Fc(u),	Ширина ГЛ ДН Fc(u) по уровню нулевой мощности	Ширина ГЛ ДН Fc(u) по уровню половинной мощности	Уровень первого бокового лепестка ДН Fc(u), ,дБ	Коэффициент использования длины излучателя ν=D/D0
		115°λ/L	51°λ/L	−13,2	1
		172°λ/L	68,8°λ/L	−23	0,81
		229,2°λ/L	83,1°λ/L	−32	0,667
Δ=0,8 Δ=0,5 Δ=0		121,5°λ/L 130,6°λ/L 115°λ/L	52,7°λ/L 55,6°λ/L 115°λ/L	−15,8 −17,1 −20,6	0,994 0,970 0,883
Δ=0,5 Δ=0,316 Δ=0,1		132,4°λ/L 143,8°λ/L 162,1°λ/L	55,6°λ/L 58,4°λ/L 63,0°λ/L	−17,6 −20,0 −22,4	0,966 0,935 0,874
		229,2°λ/L	73,4°λ/L	−26,4	0,75
	Λ1(u)	139,6°λ/L	58,9°λ/L	−17,6	0,925

Рис. 3.7. Провод с бегущей волной тока и его ДН

Поэтому угол максимального излучения приближенно определяется выражением [2]

cos θ_max =1–λ₀/2L. (3.38)

Чем больше относительная (электрическая) длина провода L/λ₀, тем меньше угол θ_max, т.е. тем сильнее направление максимального излучения прижато к оси провода. Чем больше L/λ₀, тем уже ГЛ ДН, но тем боль­ше количество и уровень боковых лепестков. ГЛ ДН наклонены в сторону движения волны в проводе (рис. 3.7), т.е. пространст­венная ДН имеет вид конуса. Вследствие наличия двух направлений максимального излучения (в одной плоскости) одиночный провод с бегущей волной тока нецелесообразно применять в качестве антенны. Однако в антенной технике с успехом применяются различные комбинации из таких проводов, обладающие достаточно хорошими направленными свой­ствами (например, ромбические антенны).