в апертурной антенне зеркального типа излучатель создает сферическую волну, а рефлектор (параболическое зеркало) преоб разует ее в плоскую волну.

В антенной системе можно изменить фазовые соотношения между отдельными излучателями, например с помощью изменения длин питающих линий. Это позволяет в значительных пределах видоизменять направленные свойства антенн, в том числе и направление излучения главного лепестка антенны. Последнее обстоятельство позволяет, в свою очередь, обойтись при настройке антенны без механической ориентации полотна антенны.

Антенная система, особенно в диапазоне УКВ, дает возможность получить большой выигрыш, например в уровне сигнала, по сравнению с одиночной антенной Проектирование таких антенн требует хорошего знания теории, а также умения правильным образом реализовать на практике этн знания.

Следует отметить, что приемная антенна улавливает только ту часть электромагнитной волны передатчика, которая попадает на ее апертуру. Кроме того, передающая направленная антенна излучает подведенную к ней энергию в виде конического луча. Ширина этого луча зависит от размера апертуры антенны и обратно пропорциональна этому размеру. Например, увеличивая линейный размер апертур антенны в я раз, мы тем самым в п раз сужаем луч. Выигрыш от использования направленной передающей антенны заключается в увеличении уровня сигнала на станции-корреспонденте. Выигрыш от использования направленной приемной антенны особенно сильно ощущается в условиях воздействия сторонних сигналов-помех, приходящих с боковых направлений, а также при малых уровнях принимаемого сигнала.

Глава 2

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ АНТЕНН 2,1. Электромагнитное поле

Среда распространения. Среда распространения - это пространство, в котором проявляются волновые особенности электромагнитного поля. Электромагнитное поле может распространяться в следующих средах.

1. В свободном пространстве, характеризуемом диэлектрической проницаемостью

в = (1/36 п)-10- л;8,854-10- (.2.1)

и магнитной проницаемостью

Ио = 4я-10-. (2 2)

2. В идеальном диэлектрике [т. е. в диэлектрической среде без потерь (а=0)], характеризуемом относительной диэлектрической проницаемостью ег и относительной магнитной проницаемостью Лг, для которого, следовательно, электрическая проницаемость

е = еге , (2.3)

а магнитная проницаемость

li = lirln- (2.4)

3. в средах с потерями, обусловленными наличием проводимости, характеризуемых относительной проницаемостью

= ёг - i 60 Ло а,

(2.5)

где Хо - длина волны в вакууме Для этих сред ег носит комплексный характер.

В табл. 2.1 приведены значения величин erfxr и а для некоторых сред Эти значения справедливы в диапазоне УКВ.

4. В средах с большой проводимостью (частный случай п. 3). характеризуемых большим значением комплексной части ег.

ТАБЛИЦА 21

Значения параметров вг, jtr и а для некоторых сред

Среда распространения является однородной, если ее параметры е, ц и а не меняются вдоль направления распространения электромагнитной энергии. Среду распространения, для которой параметры е, х и а не зависят от направления распространения электромагнитной энергии, принято называть изотропной. В про-тиЕоположиосгь этому, среду, параметры которой зависят от направления распространения волны, называют анизотропной средой. Примером последней может служить ионосфера.

Кроме того, следует отличать дисперсионные и недисперсионные среды, т. е среды, для которых параметры е а и х завися г или не зависят соответственно от частоты электромагнитного колебания. Примером дисперсионной среды также может служить ионосфера.

Возбуждение электромагнитных волн. Вокруг проводника, по которому протекает ток I, вызванный напряжением U, создаются магнитное поле с напряженностью Н и электрическое поле с напряженностью Е. Линии магнитного поля Н образуют концентрические окружности вокруг проводника и лежат в плоскости, перпендикулярной оси проводника. Линии электрического поля Е перпендикулярны линиям магнитного поля Н и лежат в плоскости, проходящей через ось проводника (рис. 2,1).

Изменение во времени тока приводит Рис 2 1 Распределение маг- к измснснню ВО времени электрического

нитного поля Н и электри ческого поля Е вокруг проводника с током /

н магнитного нолей. Изменение тока во времени мол<ет носить, например, им-

пульсный характер или подчиняться другому выбранному закону модуляции. Каждый такой несинусоидальный процесс изменения уровня тока может быть на основании известного из математики разложения Фурье представлен в виде суммы синусоидальных колебаний кратных частот с различными амплитудами для каждой частоты. Поэтому в дальнейшем ограничимся рассмотрением только синусоидальных процессов.

Вызванные изменением тока в проводнике изменяющиеся во времени электрическое и магнитное поля представляют собой, по сути дела, единое изменяющееся электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве. Изменяющееся во времени электромагнитное поле, распространяющееся со скоростью у, может рассматриваться как электромагнитная волна.

Электромагнитная волна характеризуется следующими параметрами.

1. Направлением распространения (лучом)-линией, вдоль которой происходит распространение электромагнитной волны. В однородной изотропной среде направление распространения - прямая линия, выходящая из источника излучения. В ряде интересных с практической точки зрения случаев направление распространения может быть охарактеризовано плавной или ломаной кривой.

2. Фазовым фронтом - геометрическим местом точек, в которых колебания имеют одинаковую фазу. Для плоской волны фазовый фронт - плоскость, перпендикулярная направлению распространения. Для волны, возбуждаемой точечным источником, фазовый фронт - сфера.

3. Поляризацией - ориентацией вектора напряженности электрического поля Е относительно направления распространения.

Скорость распространения волны, длина волиы. Длиной волны называется наименьшее расстояние между двумя точками, расположенными вдоль направления распространения волны, в которых колебания имеют одинаковую фазу. Взаимосвязь между длиной волны Я электромагнитного колебания, скоростью распространения V и частотой колебания f описывается формулой

X = v/f. (2.6)

Единицей измерения длины волны является метр. Для среды, характеризуемой 8г=1, Цг = 1, а=0, скорость распространения электромагнитной волны равна скорости распространения света в свободном пространстве:

f = c= 2,99793.10 м/с = 3.108 м/с, (2.7)

причем

с=1/Уцо8о. (2.8)

Таким образом, для свободного пространства длина волны

K = c/f, (2.9)

где / дана в мегагерцах.

При распространении электромагнитной волны в идеальном диэлектрике (0=0) с относительной диэлектрической проницаемостью 8г и относительной магнитной проницаемостью [ir скорость распространения

1/У( = с/У(17ёг = с/п, (2.10)