£ = -+cose) созф

(2.23)

Данные соотношения потребуются в дальнейшем при анализе и проектировании конкретных антенн апертурного типа.

Энергия электромагнитного поля. Энергия распространяющейся электромагнитной вадны не зависит от способа возбуждения волны, а определяется только напряженностями Е и Я в точке наблюдения 0{f, 9, ф). В соответствии с законами электродинамики характеристикой, пропорциональной мощности распространяющейся волны, служит вектор Умова - Пойнтинга

Р = ЕН. (2.24)

Вектор Умова - Пойнтинга характеризует поток электромагнитной энергии, проходящей через единичную поверхность в единицу времени. Так как и поле £, и поле Н изменяются во времени по синусоидальному закону и имеют одинаковую фазу колебания, то и ампЛ11туда вектора Р будет определяться простым перемножением амплитуд векторов Е и Н (рис. 2.9). Принимая во внимание формулу (2.20), получим

Р= (£e/;?)sm2ft/-. (2.25)

Рис. 2.9. Изменение векторов Е, Н и Р при распространении электромагнитной волиы:

а -взаимная ориентация в пространстве векторов Е, Н и Р; б - изменение вектора Р в пространстве

Беля поместить изотропный излучатель N с мощностью излучения Ро в центр сферы (рис. 2.10), то для произвольной точки О (г, 9, ф), лежащей иа поверхности сферы, найдем, что плотность потока мощности, проходящей через эту точку,

Рг = Ро/4д/-а. (2.26)

Отсюда следует, что плотность потока мощности, проходящей через точку наблюдения, обратно пропорциональна квадрату расстояния от точки наблюдения до источника.

Следует вспомнить, что изотропный источник является гипотетическим источникам, для которого, как показывает данный анализ, плотность потока мощности не зависит от сферических координат точки наблюдения. На самом деле распределение излучаемой антенной мощности электромагнитного поля не является однородным, и реальное значение р может быть меньшим, равным или большим Pi. Реальное значение р следует определять по формуле (12.24), подставляя в нее истинные значения £ и Я, зави-

сящие от координат точки наблюдения О (г, ср, б). Так, например, для элементарных диполей значения Е и Я определяются по формулам (2.19), а для сложных антенн - по формулам, которые приведены в § 2.3.

Из приведенной ранее формулы (2.24) следует, что для определения Р необходимо знать как £, так и Я. Однако на практике достаточно ограничиться знанием только одной величины (или £, или Я), а вторую найти с помощью формулы (2.20).

Достаточно просто получить формулу, связывающую мощность излучения изотропного источника Ро с действующим значением напряженности электрического поля £д, возбуждаемого источником на расстоянии г:

Рис. 2.10. к определению плотности потока мощности, проходящей через площадку S

(2.27а)

£ = УЗО Ро/г (где £д дана в вольтах на метр), либо

£д= 175/Р/Л (2.276)

где £д дана в милливольтах на метр, Ро - в киловаттах, а . - в километрах.

Амплитуда напряженности этого поля

£=/бОРо -, (2.27B)

где £ имеет размерность вольт на метр.

Для элементарного диполя (см. рис. 2.6) мощность излучения

Р ,л = 80я2(/Д)2Я = ;? з/2, (2.28)

где ?изл = 80л2(/А)2 - сопротивление излучения диполя.

На практике любая антенна, в том числе и электрический диполь, не обладает однородностью излучения. В точке наблюдения О (г, ср, 9) плотность мощности электромагнитной волны р будет отличаться от аналогичной характеристики ри соответствующей ги-потетическо.му изотропному источнику. Рассмотрим отношение этих величин, т. е.

D = p/Pi, (2.29)

называемое коэффициентом направленного действия антенны (по отношению к изотропному излучателю). Введенный таким образом коэффициент направленного действия D всегда используется для расчета характеристик линий радиосвязи. Расчет коэффициента направленного действия реальных антенн будет проведен ниже.

Для приемной антенны важным параметром является действующее значение £д. Этот параметр легко определить по формуле

£д = VDEi, (2.30)

где D - коэффициент направленного действия антенны; Et - напряженность поля, создаваемого изотропным источником с мощностью Р.

Поляризация электромагнитной волиы. На рис. 2.6 и 2.7 была показана структура электромагнитны.х полей излучения элементарных электрических и магнитных диполей. Для каждого из них лишь одна компонента электрического поля (или Eq. нли Е) отлична от нуля. На рис. 2.8 показан более общий случай, а именно, элементарный поверхностный источник излучения.

В общем случае в точке наблюдения О (г, ф, 6) напряженность электрического поля имеет две взаимно перпендикулярные компоненты Eq и Е. Проведем через точку 0(г, ф, 6) плоскость 5, нормальную к направлению распространения волны. Векторы Ее и лежат в данной плоскости (рис. 2.11а). Мгновенные зна-

чения составляющих векторов меняются во времени по синусоидальному закону:

£д = Яд sin (0) <-*/ ); (2.3,а)

E = asm(at-kr+6). (2.316)

Амплитуды 09 и Оф зависят как от координат точки О (г, 0, ф), так и от характеристик излучения передающей антенны. В общем случае могут быть следующие ситуации; 1)-% = = а ; 2)-afigo : 3)-ай=0. а .фО: 4) -апФО, а,р =0.

Рис. 2.1 г Поляризация электромагнитной волны:

а - эллиптическая поляризация, б - принятое в оптике определение правосторонней круговой поляризации (волна распространяется иа наблюдателя); е - принятое в радноте.хнике определение правосторонней круговой поляризации (волна распространяется от наблюдателя); г - произвольная линейная поляризация; д - вертикальная поляризация; е - горизонтальная поляризация