Главная страница  Волноводы миллиметрового диапазона 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 [ 70 ] 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132

9.4. ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Любую излучающую антенну можно рассматривать как состоящую из множества элементарных излучателей. Это позволяет воспользоваться таринципом суперпозиции и определить поле антенны как сумму полей элементарных излучателей. Поля самих элементарных излучателей находятся по заданному распределению тока с помощью решения уравнений Максвелла. Обычно полагают, что величина тока не меняется вдоль длины элементарного вибратора. К влементарным излучателям относятся: влемен-тарный электрический вибратор (диполь Герца), элементарная электрическая рамка (магнитный диполь), элементарная щель и излучатель Гюйгенса.

Элементарный электрический вибратор - диполь Герца - показанный на рис. 9.i2,a, представляет собой тонкий проводник с шарами на концах. Шары создают емкость, которая позволяет получить постоянную амплитуду тока вдоль проводника.



/ту,

Рис. 9.2. Поле диполя Герца: а -в ближней зоне; б - электрическое в дальней зоне; в - магаитное в дальней зоне

Решение уравнений Максвелла для электромагнитного поля диполя Герца позволяет получить следующие уравнения [2]:

4л 111

sin бе-

kr \kr j \kr j

=-ikr

sin e e

-ikr

(9.2) (9.3) (9.4).

где / - амплитуда возбуждающего тока вибратора; 1 - длина вибратора; к=ш КваРа - волновое число или коэффициент распространения плоской волны; г - расстояние от излучателя до TQ4iKH наблюдения.

Из (9.2) - (9.4) следует, что вектор напряженности электрического поля диполя Герща имеет две составляющие Ег я Ев , ко-



торые лежат в плоскости, проходящей через его ось, а вектор напряженности магнитного поля- одну Яф, которая лежит в плоскости, перпендикулярной его оси. Характеристики антенн определяются, как правило, для дальней зоны, которой соответствует расстояние г Хо/2я. При этом условии в уравнениях (9.i2) - (9.4) можно пренебречь {IjkrY и {IjkrY, переписав их в следующем виде:

Zc sin I

a-ikr

Sin e e-

(9.5) (9.6)

Таким образом, в любой точке пространства вектор электрического поля вибратора Герца имеет одну составляющую Ев, лежащую в меридиональной плоскости (плоскости, проходящей через ось вибратора); в любой точке пространства вектор магнитного поля имеет также одну составляющую Яф, лежащую в азимутальной плоскости (плоскости, перпендикулярной оси вибратора); в силу независимости составляющих поля от угла ф структура поля остается одинаковой в любой плоскости, проходящей через ось вибратора. Структура поля вибратора Герца в дальней зоне (рис. 9.2,6, в,) соответствует структуре поля сферической волны, где поверхности равных фаз образуют концентрические сферы с центром в начале координат (в середине вибратора); Ев и Яф взаимно-перпендикулярны; отнощение Ев равно характеристическому сопротивлению- волны Zc.

Из (9.5) следует, что приведенная ДН вибратора Герца в меридиональной плоскости

Oi(e) = £e/ax = sine (9.7)

представляет собой две касательные окружности, центры которых лежат на прямой, перпендикулярной оси вибратора и проходящей через его середину (рис. 9.3,а). В азимутальной плоскости величина напряженности электрического поля не зависит от угла ф, следовательно, Ф1(ф) =£<р/£max=il, и ДН представляет собой окружность с центром на середине вибратора (рис. 9.3,6).


Рис. 9.3. Диаграмма направленности диполя Герда: плоскости .вибратор ; б--в плоскости, перпендикулярной в,и€рагору; в-Простран!СТВенна.я -форма



Пространственное изображение ДН элементарного электрического вибратора показано на рис. 9.3,в.

Средняя за период плотность потока энергии согласно (2.27) равна

Пср = -Re[EH] = -(- ) ZpSine,

где * обозначает комплексно-сопряженную величину.

Из этого уравнения следует, что излучение электромагнитной энергии максимально в направлениях, перпендикулярных оси вибратора (е=я/2), и не .зависит от угла ф. Вдоль своей оси (6=.0 или ie=il80°) вибратор не излучает.

Мощность, излучаемая элементарным электрическим вибратором,

/>.=jn <i.s=i(ii-yzjfsin.ede<i..

Выполнив вычисления и принимая 2с=120я, получим

Р = А0пЦ111\)\ (9.8)

.Эта же мощность, выраженная через сопротивление излучения, Pj, =:0,5/2/?2- Сравнивая это выражение с предыдущим, можно определить сопротивление излучения:

/?2 = 80лМг№ (9.9)

Элементарный магнитный вибратор. Физическую модель элементарного магнитного вибратора (рис. 9.4,а) можно получить, если взять стержень из материала с магнитной проницаемостью значительно больше магнитной проницаемости окружающей среды, например из феррита. В качестве возбуждающего устройства можно использовать петлю, обтекаемую током проводимости. Постоянство вектора магнитной индукции Б вдоль стержня обеспечивается с помощью шаров на концах.

На основании инвариантности уравнений Максвелла можно утверждать [41], что элементарный магнитный вибратор отличается по структуре поля от элементарного электрического вибрато-

/ / /

I : \

-tp I I


/ \

Рис. 9.4. Элвм.ента,рный мага-итный вибратор: а - физическая МОяель; бэлементарная рамка



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 [ 70 ] 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132

© 2000 - 2024 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.