§1.6. Элементарные излучатели Электрический вибратор

Электрический вибратор - идеализированный излучатель в виде провода, длина которого l во много раз меньше длины излучаемой волны (Рис.1.10, а). По всей длине вибратора ток имеет постоянные амплитуду и фазу. Этим условиям удовлетворяет диполь Герца (Рис.1.10, б).

Рис.1.10. Электрический вибратор (а) и его эквивалент – диполь Герца (б)

В дальней зоне составляющие поля электрического вибратора имеют вид

;

.

Таким образом, в дальней зоне напряженность электрического поля имеет только составляющую , а напряженность магнитного поля - только составляющую . Векторы и находятся в фазе, причем фазы векторов определяются расстоянием r от середины вибратора до точки A, в которой они вычисляются. Электрический вибратор имеет фазовый центр, совпадающий с началом координат.

На основании формул (1.85) и (1.86) для составляющих поля электрического вибратора можно вычислить и построить диаграммы направленности по полю (рис.1.11).

Рис.1.11. Диаграмма направленности диполя Герца

;

.

Средняя мощность, излучаемая в пространство элементарным электрическим вибратором, находящимся в среде без потерь, равна среднему потоку энергии через любую замкнутую поверхность, окружающую вибратор. Если в качестве поверхности S взять сферу радиуса r с центром в начале координат, можно получить:

Величина называется сопротивлением излучения и измеряется в Омах.

Магнитный вибратор

Практически магнитный вибратор можно реализовать в виде рамки (Рис.1.12, а) бесконечно малого размера, которой протекает переменный ток.

Рис.1.12. Магнитный вибратор: а – практическая реализация, б – представление в виде магнитного тока, в – магнитный диполь Герца

По аналогии с электрическим вибратором магнитный вибратор можно также представить в виде короткого тонкого провода с магнитным током (Рис.12, б) либо в виде магнитного диполя Герца (Рис.12, в).

Поле магнитного вибратора в дальней зоне и диаграмма направленности имеет вид:

; ;

; .

Мощность излучения определяется формулой

,

где - сопротивление излучению рамки;

S - площадь рамки;

- амплитуда тока, протекающего по рамке.

Элемент Гюйгенса

Элемент Гюйгенса можно представить как элемент фронта волны. Магнитное поле в таком элементе можно заменить эквивалентным электрическим током, а электрическое поле - эквивалентным магнитным током. Поскольку векторы и распространяющейся волны взаимно перпендикулярны, то эквивалентные им электрические и магнитные токи также будут взаимно перпендикулярны.

Расположим прямоугольный элемент Гюйгенса в плоскости X0Y так, чтобы начало координат совпадало с его центром.

Рис.1.13. Элемент Гюйгенса (а) и его эквивалент (б)

Ориентация векторов и на площади , соответствующая некоторому моменту времени, показана на рис.13, а, а ориентация эквивалентных электрических и магнитных токов с комплексными амплитудами

,

для того же момента времени представлена на рис.13,б.

Поле, определяемое элементом Гюйгенса, равно сумме полей, создаваемых расположенными перпендикулярно друг другу элементарным электрическим вибратором длиной с током и элементарным магнитным вибратором длиной с током .

Комплексные амплитуды напряженностей электрического и магнитного полей в дальней зоне имеют по две составляющие:

, ;

, ,

где знак (–) соответствует положительным значениям координат x и y, а знак (+) - отрицательным.

Если отношение векторов и на площадке равно волновому сопротивлению среды , то

;

.

Абсолютная величина вектора в этом случае не зависит от φ

.

Из последней формулы следует, что элемент Гюйгенса обладает направленными свойствами. Пространственная диаграмма направленности этого элемента представляет собой поверхность, образующуюся при вращении кардиоиды вокруг оси симметрии (оси z), и показана на рис.1.14.

Рис.1.14. Диаграмма направленности элемента Гюйгенса

Из диаграммы направленности видно, что излучение максимально в направлении оси z, перпендикулярной к площадке .