Элементарные излучатели

Цель работы: исследование поля элементарного электрического и магнитного вибраторов и изучение поляризации излучаемых волн.

Схема установки:

Рис. 1.1. Установка для исследования элементарных электрических вибраторов. 1 – передающий вибратор, 2 – приемный вибратор и детектор, 3 – каретка, 4 – штанга, 5 – линейка, 6 –визир, 7 – арретир, 8 – шкала, 9 – визир, 10 – съемный экран.

Рис 1.2. Приемный вибратор. 1 – вибратор, 2 – коаксиальная линия, 3 – детектор, 4 – корпус, 5 – коаксиальный кабель.

Рис. 1.3. Установка для изучения элементарного магнитного вибратора. 1 – металлический лист (экран), 2 – излучающая щель гантелевидной формы, 3 – прямоугольный резонатор, 4 – коаксиальный кабель, 5 – центральная часть экрана, 6 – приемный вибратор, 7 – штанга, 8 –ось установки, 9 – шкала.

Расчетные формулы.

βr << 1 (r << ) – ближняя зона электрического вибратора. Приближенные значения для поля:

βr >> 1 (r >> ) – дальняя зона электрического вибратора. Приближенные значения для поля:

Нормированная диаграмма направленности:

Для построения диаграммы направленности:

Здесь – расстояние между передающим вибратором и металлическим экраном.

Мощность излучения и сопротивление излучения электрического вибратора определяются выражениями:

Выражения для составляющих магнитного (щелевого) поля:

βr << 1 (r << ) – ближняя зона.

βr >> 1 (r >> ) – дальняя зона.

Расчетное задание.

Ближняя зона элементарного электрического вибратора:

Дальняя зона:

— в ближней зоне вибратора при частоте 400 МГц

Рис. 2.1.

В дальней зоне при частоте 3000 МГц:

Рис. 2.2.

Диаграммы направленности:

Электрического вибратора:

Рис. 2.3.

а) в меридиональной плоскости (плоскость поля E)

б) в экваториальной плоскости (плоскость поля H)

Магнитного вибратора:

Рис. 2.4.

а) в экваториальной плоскости (плоскость поля H)

б) в меридиональной плоскости (плоскость поля E)

Расчет сопротивления излучения вибратора:

Расчет напряженности электрического и магнитного поля:

Экспериментальное задание.

Электрический вибратор.

1.  Зависимость напряженности электрического поля от расстояния между вибраторами в дальней зоне.

Рис. 3. 1.

2.  Диаграмма направленности электрического вибратора в меридиональной плоскости.

Рис. 3.2.

3.  Диаграмма направленности электрического вибратора в экваториальной плоскости.

Рис. 3.3.

Магнитный вибратор.

1.  Диаграмма направленности в экваториальной плоскости.

Рис. 4.1.

2.  Диаграмма направленности в меридиональной плоскости.

Рис. 4.2.

Выводы:

Электрический вибратор:

·  Элементарный электрический вибратор создает одну составляющую магнитного поля, ориентированную вдоль координаты φ в сферической системе координат, и обладает двумя электрическими составляющими: одной – ориентированной вдоль координаты r, другой – ориентированной вдоль координаты θ.

·  Составляющая поля убывает с ростом расстояния r значительно быстрее по сравнению с составляющими , , и этой составляющей можно пренебречь. Таким образом, дальней зоне поля практически существуют две составляющие и . Эти составляющие убывают пропорционально первой степени расстояния (рис. 2.2 и 3.1) и обеспечивают возможность дальней радиосвязи. Обе составляющие не зависят от координаты φ, и диаграмму излучения в плоскости, перпендикулярной оси, можно изобразить в виде окружности, радиус которой в определенном масштабе представляет собой модуль и , вычисленный при фиксированных значениях радиуса-вектора r и угла θ (рис. 2.3, б, и 3.3).

·  В меридиональной плоскости диаграмма направленности представляет собой две окружности (рис. 2.3, а, и 3.2), т. к. и пропорциональны sin θ. Элементарный электрический вибратор создает максимум излучения в экваториальной плоскости, соответствующей θ = 90°, и не излучает в направлении полярной оси z. В пространстве диаграмма направленности представляет собой тороид.

Магнитный вибратор:

·  Элементарный магнитный вибратор отличается от элементарного электрического только тем, что в проводах с шарами на конце вместо плотности стороннего электрического тока существует плотность стороннего магнитного тока.

·  Сравнивая формулы для составляющих поля магнитного вибратора с формулами для составляющих поля электрического вибратора, можно заметить аналогичную зависимость составляющих поля от угловых координат. В силу этого диаграммы направленности в плоскости, перпендикулярной полярной оси и меридиональной плоскости, будут аналогичны диаграммам электрического вибратора.

Диаграммой направленности называют график составляющих поля антенны от угловых координат.