Он = 35°. Эта антенна нагружена на согласованное сопротивление Ro = 75 Ом. Плотность мощности электромагнитного поля, падающего на антенну, /?=2,63-10-° Вт/м. Требуется определить напряжение на выходных клеммах данной антенны.

1. Используя номограмму, приведенную на рис. 2.54, по заданным значениям aj5 = 25° и Он = 35° определим усиление антенны 0=15,1 дБ.

2. Используя графики, приведенные на рис. 2.60, по известным значениям 0=15,1 дБ и а=2 м определим Лэфф = 16,5 м.

3. Используя формулу (2.147), определим ЭДС:

V = 1/4 р /?изл Лэфф = /4-2,63.10- .73 16,5 = 1,12 мВ.

4. Напряжение на выходных клеммах антенны Ua=V/2= = 0,56 мВ.

Пример 3. Необходимо рассчитать расстояние Н между этажами двухэтажной антенны типа Уда - Яги, при котором реализуется диаграмма направленности с шириной а£ = 25° и ан = =35°, а усиление антенны максимально.

1. Используя графики, приведенные на рис. 2.60, по заданным

значениям Ов и ан, определим эффективную площадь раскрыва Лэфф = 4,52

2. Используя формулу (2.156), найдем:

H = Afj = 2/Лэфф /а =V4,32 35/25 = 2,8>..

3. При расстоянии между этажами двухэтажной антенны Н=2,8к получаем максимальное значение коэффициента усиления, которое, как нам уже известно, реализуется при условии, что края эффективных площадей раскрыва обоих элементов антенны соприкасаются друг с другом.

4. Для длины волны 1=2 м искомое расстояние Я=5,6 м. Отметим, что двойное увеличение апертуры антенны приводит к двукратному росту усиления (-1-3 дБ).

Для расчета радиолиний связи вводится понятие множителя ослабления б:

б = Яд/Ризл = Л,фф. Афф.иер/г (2.158)

где Ра - мощность, примятая приемной антенной, имеющей эффективную площадь раскрыва Лэфф пр; Ризл - мощность, излученная передающей антенной, имеющей эффективную площадь раскрыва Лэфф пер/ г - расстояние между передающей и приемной антеннами, м; Я -длина волны, м

Формула (2.158) получена в предположении, что антенны не имеют потерь, ориентированы относительно друг друга наилучшим образом, а также при условии, что расстояние между ними

/ >22Д, (2,159)

где d - наибольший линейный размер антенны; X- длина волны.

В том случае, когда радиоволна распространяется вблизи поверхности земли, может возникнуть, кроме прямой волны, и отраженная волна. Результатом взаимодействия этих двух волн является изменение величины б, рассчитанной по формуле (2.158). Реальное значение множителя ослабления бр изменяется в пределах 0<бр<4б.

Продолжим рассмотрение примеров.

пример 4. Мощность излучения переДайщеЙ НолуволНовой дипольной антенны Ризл = 2Ю,1 Вт Необходимо рассчитать мощность, выделяемую в согласованной нагрузке приемной антенны

при 0=73 Ом и условии, что Лэфф пер= 16,5 М, Аэффпр = 0,13 м

и %=2 м

1. Используя формулу (2 158), найдем

- изл

Кт.п№ эфф.пр 0.3-2-16,5 10 - -U,J 22(10)2 -4d-lU ЬТ.

2. Напряжение на выходных клеммах антенны

и = /Рд/43-10- .73 = 0,53-10-* В.

Обратим внимание читателя на тот факт, что иногда мощность выражается в децибелах, при этом уровень О дБ соответствует мощности в 1 Вт.

Пример 5.

Если Ризл=20,1 Вт или P зл = 10 lg20,l = -f 13 дБ/Вт, то Ра = =43-10- Вт или Ра = 10 Ig 43-10-5=-83,6 дБ/Вт.

Принцип взаимности. Этот чрезвычайно важный принцип, широко используемый в теории антенн, гласит: Если к входным клеммам антенны Л (рис. 2.65) приложена электродвижущая сила Ia и через выходные клеммы приемной антенны В протекает ток 1в, то в случае, если электродвижущую силу Va. приложить к входным клеммам антенны В, через выходные клеммы антенны Л будет протекать ток 1в, имеющий ту же амплитуду и фазу.

Рис. 2 65 к пояснению принципа взаимности

Этот принцип применим как для антенны в целом, так и дл ее элементов; он справедлив для изотропных, пассивных и линей ных сред и не зависит от расстояния между антеннами.

Из принципа взаимности следуют важные выводы

1. Если для двух любых антенн определяют коэффициент передачи (множитель ослабления), то абсолютно безразличен тот факт, какая из антенн является приемной, а какая передающей.

2. Характеристики направленности и сопротивления антенны не зависят от того, используется ли данная антенна как передающая или как приемная.

3 Характеристики направленности антенны не зависят от того, является ли нагрузка антенны согласованной или нет.

Элементарные источники излучения. Элементарными источниками излучения являются электрический и магнитный диполи. Свой-82

WBB магнитного диполя соответствуют свойствам электрического диполя я могут .быть получены на основе принципа двойственности (дуальности), путем замены в уравнениях, соответствующих электрическому диполю, наприженности электрического поля Е на-нр-ядеедностью магнитного поля Н и электрической проницаемости е маг#итной проницаемостью ц.

Поэтому ограничимся описанием свойств только электрического диполя. Основные теоретические зависимости были рассмотрены выше (см. § 2.1).

Диаграмма иаправлеиности. При проектировании и сооружении антенн, как правило, необходимо знать иаправленности поля, создаваемые антеннами различного типа. Будем использовать приближенные формулы, справедливые для очень тонких цилиндрических проводов, размещенных в изотропной и лишенной потерь среде.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся на практике методы расчета направленных свойств. На рис. 2.66 приведена пространственная диаграмма направленности элементарного диполя, а также даны сечения этой диаграммы в двух плоскостях: в Е-плоскости и в Я-плоскости. Диаграмма направленности диполя в Я-плоскости представляет собой окружность. Поэтому будем в дальнейшем изучать направленные свойства таких антеен только в £-плос-иости.

Вибратор может иметь различную физическую длину (т. е. характеризоватьси различным отношением 11%), а также различные способы питания: симметричный и несимметричный. Оба отмеченных фактора оказывают существенное влияние на диаграмму направленности вибратора. Если вдоль вибратора укладывается целое число полуволн, то такой вибратор называют гармоническим. Длина гармонического вибратора

1=пХ12, (2.160)

где л -целое число.

На рис. 2.67а приведена схема вибраторной антенны длиной /, оба плеча которой возбуждены симметрично. Точка наблюдения О находится на расстоянии г от фазового центра Л, расположенного в центре вибраторной антенны. Направление г составляет угол 9 с осью вибратора. Из рассмотрения данного рисунка следует, что расстояния Г\ и гг от двух симметрично расположенных точек на вибраторе до точки наблюдения О различны. Поэтому приходящие в точку О две волны имеют разные фазы. Мгновенное значение напряженности поли в точке О, находищейся иа рас-

Н-пдоскастью

Рис. 2.66. Пространственная диаграмма направленности элементарного диполя