Дальню зони антен

ПОНЯТТЯ ПРО БЛИЖНЮ, ПРОМІЖНУ ТА

Розглянемо антену як сукупність N елементарних вібраторів в об’ємі V (рис. 5.1).

Як початок системи координат виберемо точку О у центрі одного з вібраторів. Введемо такі позначки на рис. 5.1:

r_o, r_i – відстані від нульового та і -го випромінювачів до точки спостереження Р;

q, – кути сферичної системи координат в напрямку точки спостереження Р;

– відстань від початку координат до центру і -го випромінювача;

– кут між променями r_o та ;

– проекція точки Р на площину ХOY.

Повне поле в точки Р дорівнює векторній сумі полів усіх випромінювачів

, (5.1)

де – комплексні вектори напруженості електричних полів і -их випромінювачів.

Із електродинаміки відомо, що на відстанях ( – довжина елементарного вібратора) величина визначається за виразом

, (5.2)

де – комплексна амплітуда струму в і-випромінювачі; l – довжина хвилі; b – хвильове число, що становить β=2p/l; q _і – кут між віссю і -го вібратора та променем r_i; − орт, який перпендикулярний r_i і лежить в площині і -го вібратора і променя r_i (рис. 5.2).

Підставимо вираз (5.2) у (5.1), отримаємо

. (5.3)

Розділимо та помножимо вираз (5.3) на множник , отримаємо

. (5.4)

У виразі (5.4) маємо:

множник перед знаком суми це максимум комплексної амплітуди поля нульового випромінювача;

− сукупність і =0… N −1 відносних комплексних амплітуд струмів у випромінювачах, яка називається амплітудно-фазовим
розподілом;

− це множник, який показує різницю фаз полів нульового та і -го випромінювачів у точці Р. Ця різниця фаз виникає через різні відстані r_o та r_і.

Вираз (5.3) можна використати для розрахунку поля на різних відстанях від системи, якщо виконується умова .

На відстанях для розрахунку поля необхідно використовувати вирази (5.3) та (5.4). Це так звана ближня зона, в якій залежність поля від кутових координат є різною на різних дальностях. Крім того існує складова поля з вектором Е спрямованим вздовж напрямку розповсюдження.

Якщо , то відношення

. (5.5)

Різницю відстаней знайдемо з трикутника АОР (рис. 5.3), використовуючи закон косинуса

.

Величина і можна застосувати формулу [ ]

.

Нехтуючи малими величинами другого та більш високих порядків, отримаємо

. (5.6)

Якщо

, (5.7)

то впливом цієї складової на зсув фаз можна знехтувати, тобто

. (5.8)

Вираз (5.8) справедливий, якщо промені r_o та r_i можна вважати паралельними (рис. 5.4).

Область простору навколо антени, з кожної точки якої промені проведені до будь-яких точок на антені можна вважати паралельними, називається дальньою.

Знайдемо r_{д.з .} – відстань до дальньої зони. Для цього розв’яжемо нерівність (5.7) щодо r_о

та підставимо замість значення максимальний лінійний розмір антени L_макс

. (5.9)

З урахуванням виразів (5.5) та (5.8) вираз (5.4) для дальньої зони можна записати у вигляді

. (5.10)

Аналізуючи вираз (5.10) можна визначити особливості поля антени в дальній зоні:

залежність поля від дальності визначається множником і є такою ж, як і для гіпотетичного точкового випромінювача;

залежність поля від кутових координат є однаковою для різних дальностей. Максимуми та мінімуми поля будуть в однакових напрямках на різних дальностях (рис. 5.5).

Усі вектори лежать в одній площині, що перпендикулярна напрямку розповсюдження хвилі, яка називається картинною. Це означає, що поле має поперечний характер.

На відстані r від антени в межах площі L ´ L, хвилю можна вважати плоскою.

Поля різних антен на однакових дальностях за умови однакових комплексних амплітуд струмів в обох антенах відрізняються множником

,

який називається векторною комплексною характеристикою спрямованості антени.

Якщо відома векторна комплексна характеристика спрямованості антени, то комплексний вектор напруженості електричного поля можна визначити за формулою

. (5.11)

Векторною комплексною характеристикою спрямованості антени називається залежність комплексного вектора напруженості електричного (або магнітного) поля, яке випромінюється антеною, від кутів сферичної системи координат , j у рівновіддалених від антени точках при струмі збудження на початку координат 1 А

, (5.12)

де – амплітудна ХС за полем; Ф (q,j) – фазова характеристика (ФХ); – поляризаційна характеристика антени.

Як видно із виразу (5.12) векторна комплексна характеристика спрямованості антени може бути наведена як добуток трьох співмножників, які описують, відповідно, залежність амплітуди, фази та поляризаційної структури поля антени в далекій зоні від кутових координат. Це дозволяє ввести поняття амплітудної, фазової та поляризаційної характеристики антен.

Векторна комплексна характеристика спрямованості антени не залежить від відстані і являє собою кутове розподіл складових вектора напруженості електричного поля в далекій зоні.

Дата добавления: 2014-11-29