Элементарный электрический излучатель

Элементарным электрическим излучателем (вибратором) называют отрезок проводника длиной , много меньшей длины волны , по которому протекает переменный электрический ток. Ток проводимости от генератора (рис.10.1), проходя по одному из плеч излучателя, замыкается через ток смещения и через второе плечо излучателя попадает в генератор. Условие позволяет рассматривать его как точечный источник излучения, а распределение тока в нем - равномерным по всей длине. Поле

Рис.10.1. Элементарный электрический излучатель

такого излучателя, помещенного в начале сферической системы координат в среде без потерь, описывается векторным электрическим потенциалом

, (10.7)

где .

Составляющие потенциала в сферической системе координат в каждой точке пространства имеют вид:

, (10.8)

С помощью формул перехода (10.5) составляющие поля элементарного электрического вибратора в общем виде могут быть представлены как:

(10.8)

Приближенные выражения для полей в ближней зоне ()

(10.9)

в дальней зоне ()

(10.10)

В дальней зоне (зоне излучения) поле представляет собой бегущую волну, переносящую энергию в направлении оси . Его составляющие и связаны соотношением

(10.11)

Диаграммой направленности антенны называется зависимость амплитуд векторов поля в дальней зоне от углов наблюдения. Согласно (10.10), для элементарного вибратора она описывается функцией (рис.10.2). Она симметрична относительно

Рис.10.2. Диаграмма направленности элементарного электрического излучателя

оси вибратора. Вдоль оси излучение отсутствует, а максимум излучения находится в экваториальной плоскости . Как правило, диаграмма направленности строится в полярной системе координат в относительных единицах. Для этого реальные значения напряженности поля нормируются на его максимальное значение.

Мощность излучения антенны определяется интегрированием активной части вектора Пойнтинга по площади поверхности сферы, в центре которой расположен вибратор:

(10.12)

Радиус сферы выбран так, чтобы она находилась в дальней зоне ().

Мощность излучения элементарного вибратора

(10.12)

В воздушном пространстве (, , ) мощность излучения

(10.13)

где - сопротивление излучения.

Величина характеризует эффективность излучательной способности антенны и пропорциональна излучаемой ею мощности. Для вакуума или воздуха

Ом (10.14)

Степень интенсивности излучения в направлении максимума излучения оценивается коэффициентом направленного действия (КНД) - Д. Он определяется как отношение модуля вектора Пойнтинга в направлении максимума излучения на расстоянии в дальней зоне к усредненному значению вектора Пойнтинга на поверхности сферы того же радиуса.

Для элементарного электрического вибратора Д= 1.5.