4.2.5.Параметры элементарного электрического излучателя

Важнейшими параметрами любого излучателя являются:

- мощность излучения;

- сопротивление излучения;

- диаграмма направленности.

4.2.5.1 Мощность и сопротивление излучения

Чтобы найти мощность излучения диполя, необходимо воспользоваться теоремой Умова – Пойнтинга. Для этого целесообразно провести в волновой зоне сферическую поверхность S радиусом r, то для любой точки этой поверхности вектор Пойнтинга Π будет направлен по нормали. Мощность P_Σ, излученную диполем, можно получить, проинтегрировав значение вектора Π по сфере радиуса r

P_Σ = ∫ П ds = ∫ [Е _θ x Н _φ] ds. (4.24)

^{S S}

После подстановки значений векторов поля и интеграции получается выражение для расчета мощности излучения

P_Σ = 40 π ² I ² (l / λ) ² . (4.25)

Известно, что мощность P, выделяемая в электрической цепи на R сопротивлении нагрузки, по которому течет ток I, определяется выражением

P = I ² R/ 2. (4.26)

Сравнивая выражения (4.25) и (4.26), определено понятие сопротивления излучения, которое есть R_Σ = 80 π ² (l / λ) ² . (4.27)

Исходя из выражений (4.25) и (4.27) можно установить, что сопротивление излучения есть коэффициент пропорциональности между мощностью излучения и квадратом тока излучателя. Единица измерения – Ом.

P_Σ = R_Σ I ² . (4.28)

Таким образом, поле излучения представлено выражениями (4.23). Оно имеет сферическую волну, причем векторы Е и Н лежат перпендикулярно к направлению распространения и взаимно перпендикулярны, причем находятся в одной фазе. Комплексный вектор Пойнтинга направлен радиально и не имеет мнимой части. Мощность излучения диполя не зависит от расстояния r до выбранной сферы интегрирования.

4.2.5.2. Направленные свойства элементарного электрического излучателя

На основании формул поля излучения (2.30) можно заключить, что при θ = 0 или вдоль оси излучения поля нет. Однако при θ = 90⁰ или вдоль экваториальной плоскости излучение максимально. Из этого следует, что поле излучения не равномерно распределяется в пространстве, окружающем диполь. Распределение поля излучения в окружающем диполь пространстве описывает функция направленности для сферической системы координат f(θ,φ). Для упрощения понимания пользуются раздельно по каждой координате функциями f(θ) и f(φ). Описание распределения поля излучения в меридиальной плоскости дает функция f(θ). В выражениях поля излучения f(θ) = sinθ можно отобразить это распределение на рисунке 4.12.

x θ М(xyz)

z

Рис. 4.12

Описание распределения поля излучения диполя дальней зоне в экваториальной плоскости дает функция f(φ). Распределение f(φ) отображено на рисунке 4.13. Из формул (4.23) следует, что f(φ) = 1.

М(xyz)

φ

z

y

Рис.4.13

Функция f(θ,φ) дает распределение поля излучения в окружающем диполь пространстве. Форма объемной фигуры диаграммы направленности отображено в виде тора на рисунке 4.14.

х

у

z Рис. 4.14

Таким образом, на рисунках 4.12, 4.13 и 4.14 показаны направленные свойства элементарного электрического излучателя. Принято характеризовать направленные свойства диаграммой направленности. Диаграмма направленности есть графическое отображение функции направленности. Следовательно, диаграмма направленности электрического диполя в пространстве есть фигура в виде тора (рис.4.14), в меридиальной плоскости – восьмерка (рис. 4.12), в экваториальной плоскости – круг (рис.4.13). Причем, экваториальная плоскость - это плоскость перпендикулярная оси диполя и проходящая через его середину. Максимальное излучение поля для элементарного электрического излучателя происходит в экваториальной плоскости.