Краткие сведения из теории Симметричный вибратор

Симметричный вибратор (рис. 1) представляет собой тонкий прямолинейный проводник длиной 2l и диаметром 2а; (lа), у которого в точках, симметричных относительно середины проводника, токи равны по величине и имеют одинаковое направление.

Распределение тока в вибраторе

Все электрические характеристики вибратора зависят от распределения токов и зарядов вдоль его плеч. Для практических инженерных расчетов это распределение, с достаточной степенью точности, принимают синусоидальным и для определяется выражением

при , (1)

при .

Здесь z – координата вдоль вибратора, отсчитываемая от его середины; - ток в пучности, находящейся на расстоянии четверти длины волны от изолированного конца вибратора. Соответственно, распределение заряда вдоль симметричного вибратора будет

, при , (2) , при ,

где: ; - обозначает заряд в пучности.

Эти выражения соответствуют стоячей волне тока в разомкнутой двухпроводной линии без потерь. В действительности, за счет излучения распределение тока вдоль плеч вибратора больше соответствует распределению тока в линии с потерями и ток в узловых точках в нуль не обращается, а имеет конечное значение.

Выражения (2) показывают, что заряд на единицу длины распределяется вдоль вибратора также, как напряжение в разомкнутой линии по косинусоидальному закону. Для полуволнового вибратора распределение заряда показано на Рис. 2. Точки пучности распределения тока вдоль вибратора или точки нулевого потенциала (где заряд Q равен нулю) называют холодными точками вибратора. Подключение к этим точкам вибратора произвольной нагрузки, не нарушающей его симметрию, не влияет на параметры антенны. Именно в этих точках вибратор может крепиться в конструкциях антенн к ортогонально установленной металлической или диэлектрической штанге.

Диаграмма направленности

Электрическая компонента поля излучения вибратора в предположении синусоидального распределения тока на вибраторе (1) имеет вид,

(3)

соответственно нормированная диаграмма направленности симметричного вибратора будет определяться выражением

(4)

где  - угол, отсчитываемый от оси вибратора (рис. 3).

Из выражения (4) следует, что пока полная длина вибратора не превосходит длины волны(), максимум диаграммы излучения получается в направлениях, перпендикулярных оси вибратора и в диаграммах отсутствуют боковые лепестки. Когда становится больше, чем , в диаграмме появляются боковые лепестки, а уже при направления максимума диаграммы излучения получаются не в направлениях, перпендикулярных к оси вибратора, а под углом к ней. При значительном увеличении отношения максимум диаграммы прижимается к оси провода. Излучение вдоль оси вибратора отсутствует при любых длинах.

Соответственно, для полуволнового вибратора диаграмма направленности из выражения (4) будет

(5)

Диаграмма направленности полуволнового вибратора приведена на рис.3.

Действующая длина симметричного вибратора

Действующая длина симметричного вибратора (Рис.4) определяется как длина такого излучателя, вдоль которого амплитуда тока постоянна и равна амплитуде тока на клеммах реальной антенны, а напряженность поля в направлении главного максимума его диаграммы направленности равна напряженности поля в максимуме диаграммы направленности реальной антенны, отнесенная к току в точках питания,

(6)

В случае полуволнового вибратора .