 |
§ 8. 2. Расчет ДН симметричных вибраторов с учетом влияния земли
|
|
|
|
Рис. 8. 3. К расчету ДН вибратора с учетом влияния земли
Примем вначале для простоты рассмотрения землю идеально проводящей и плоской. Антенну и ее зеркальное изображение заменим точечными излучателями, расположенными в их фазовых (геометрических) центрах (рис. 8. 3). Тогда получим систему из двух вибраторов, разнесенных на расстояние 2 h, имеющих равные амплитуды токов.
Суммарное доле такой системы в плоскости расположения вибраторов может быть найдено с использованием множителя решетки:
где
- напряженность поля симметричного вибратора без учета влияния земли;
A и 
- соответственно амплитуда поля вибратора в направлении максимального излучения и его диаграмма направленности;
- множитель системы, учитывающий в данном случае влияние земли
- сдвиг по фазе между полями антенны и ее зеркального изображения в точке наблюдения
Ө - угол между направлением в точку наблюдения и горизонтальной плоскостью;
N - число излучателей (в рассматриваемом случае N -=2).
При горизонтальной поляризации поля излучения токи в реальном вибраторе и его зеркальном изображении противофазны ( 
) и
(8. 1)
В случае вертикальной поляризации, когда 
, суммарное поле
(8. 2)
Из выражений (8. 1) и (8. 2) следует, что основным параметром, определяющим направленные свойства антенны в вертикальной плоскости, является относительная высота подвеса 
. Это объясняется тем, что в антенной решетке (см. §7. 3) основные свойства ДН определяются ее относительным размером, который в данном случае равен 2 . В горизонтальной плоскости ДН остается без изменения, так как множитель системы fn (Ө ) не зависит от азимутального угла φ .
|
|
|
Если горизонтальный вибратор в свободном пространстве создает ненаправленное излучение в вертикальной плоскости (экваториальная плоскость вибратора), то в присутствии земли ДН, как это следует из (8. 1), приобретает лепестковый характер (рис. 8. 4). С увеличением высоты подвеса над землей число лепестков увеличивается, нижние лепестки ближе приближаются к земле, ДН становится уже. При этом число боковых лепестков в пределах углов Ө от 0 до 90° равно числу полуволн, укладывающихся на высоте подвеса антенны h. Кроме того, излучение вдоль поверхности земли (Ө = 0°) отсутствует, а напряженность поля в направлении максимального излучения удваивается по сравнению со случаем вибратора, Находящегося в свободном пространстве.
рис. 8. 4. ДН горизонтального вибратора над экраном:
а - h = 
; б - h = 
; в - h = λ
Если вибраторная антенна расположена вертикально над поверхностью земли, то она также меняет свои направленные свойства, приобретая многолепестковый характер (рис. 8. 5, а), Как следует из выражения (8. 2), максимум излучения при этом направлен вдоль поверхности земли.
Рис. 8. 5. ДН вертикального вибратора над экраном:
a – h = λ; б - h = 2, 5λ
Формулы (8. 1) и (8. 2) можно использовать при инженерных расчетах ДН антенн коротких волн.
При учете конечной проводимости земли модуль коэффициент отражения от ее поверхности R< 1. Следовательно, амплитуда тока в зеркальном изображении вибратора меньше, чем в реальном, и при расчете ДН системы нельзя использовать множитель решетки 
. В этом случае необходимо геометрически суммировать поля в дальней зоне от антенны и ее зеркального изображения.
Введем обозначения: 
(см. рис. 8. 3). Тогда суммарное поле
(8. 3)
где 
- коэффициент отражения от поверхности земли.
|
|
|
Переходя к модулю выражения (8. 3), получаем
(8. 4)
Расчет ДН антенны по формуле (8. 4) показывает, что влияние конечной проводимости земли сводится к незначительному расширению диаграммы и к замене направлений нулевого излучения направлениями минимального излучения (рис. 8. 4, б, пунктир; рис. 8. 5, б).
Более строгий учет параметров земли показывает, что при горизонтальной поляризации появляется составляющая поля антенны вдоль поверхности земли; при вертикальной же поляризации максимум излучения приподнимается над землей.
В случае антенн иных типов учет влияния земли на их направленные свойства производится с помощью формул, аналогичных полученным выше.
Входное сопротивление и сопротивление излучения симметричного вибратора, расположенного вблизи поверхности земли или металлического экрана, рассчитываются с учетом взаимного влияния между вибратором и его зеркальным изображением. Расчет производится с помощью метода наведенных э. д. с. и сводится к отысканию вносимых сопротивлений в антенну со стороны зеркального источника.
Вносимое сопротивление убывает с увеличением расстояния между антеннами. Поэтому при достаточно высоко поднятых антеннах ( h ≥ 2 ÷ 3 λ ) взаимное влияние может не приниматься во внимание. Следует также подчеркнуть, что сопротивление вертикального вибратора значительно меньше зависит от своего зеркального изображения, чем сопротивление горизонтального вибратора.
|
|
|
