|
|
X
X ш
Само лат. слово antenna в нач. 20 в. было использовано радиоинженерами для обозначения ДВ-преобразо-ватслсй эл.-магн. полей ≈ проводов, укрепл╦нных на мачтах.
Появление радиоантенн относится к кон. 19 в. В 1888 Г, Герц (Н. Herz), использовав дипольную А. (Герца
вибратор, рис. 1), получил эл.-магн. волны (X≈0,6≈
?10 м), подтвердив выводы теории Максвелла (см. Максвелла уравнения, Электродинамика, классическая). io В 1895 ≈ 96 А. С. Попов О и независимо Г. Маркони Т (G, Marconi) создали А., ис-Я7- пользовавшиеся для ирак-РИС. 1, Вибра- РИС. 2. АНТОН- тич. целей. Антенна Попо-тор Герца. на А. С, Поло- ва, в отличие от сиымстрич-
ва- ного вибратора Герца, была несимметричной, вторым
проводником служила Земля (рис. 2}. Первоначально функции передатчика (при╦мника), линии передачи и собственно А. были совмещепы в одном узле, но в дальнейшем А. выделились в самостоят, устройства.
До 1924 А. создавались в осн. для ДВ и СВ (X от 200 м до 20 км). Эти А. (рис. 3 и 4} являются развитием и модификацией несимметричной заземл╦нной антенны
частей, поэтому объ╦мные плотности электрич. токов 3е представляются в виде суммы j*=j»-\\-3ni ^Q- Поле
излучения могут создавать только
вихревые части токов ^'в, интеграл от к-рых по любой замкнутой кривой (условному или реальному контуру)
отличен от нуля ф j| dl ^ 0. Поэтому всегда можно ввести вспомогат. векторную величину Jm, удоилетво-ряющую соотношению je~^roijm и проявляющую
себя как нек-рый фиктивный магн. ток. Здесь приняты Гаусса система единиц и комплексная запись гармопич. зависимости от времени (со ≈ угловая частота, с ≈ скорость света в вакууме, фактор е^Г опущен).
В простейшем случае однородной среды с пост. магн. р, и диэлектрич. е проницаемостями определение полей ╧ и //, создаваемых электрич. и магн. токами je и Jmr сводится к решению двух неоднородных ур-ний Максвелла
PriC. 3. Схема ДВ-антенны: / ≈ горизонтальная часть; S ≈ снижение; 3 ≈ изоляторы; 4 ≈ мачты с оттяжками; 5 ≈ передатчик; 6 ≈ заземление.
Попова, В 1924≈31 появляются А. для KB (Х~10≈ 75 м), используемые для дальней связи. Развитие в 1940≈50-х гг. теории и техники УКВ- и СВЧ-радио-волн (метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые волны), связанное с потребностями радиовещания, телевидения, радиолокации, а затем радиоастрономии и космич. связи, привело к созданию общей теории А. и множества новых типов А., в т. ч. щелевых антенн, диэлектрич. А., антенных реш╦ток и зеркальных антенн, антенн переменного профиля, а также сложных антенных комплексов ≈ радиоинтерферометров и систем апертурного синтеза.
Рис. 4. Схема антенны СВ и ДВ: 1 ≈ активный вибратор (мачта или Пашня); 2 ≈ пассииный вибратор (мачта или башня); 3 ≈ клеммы передатчика; 4 ≈ элемент настройки.
__ Лт с "~ с J '
к-рые инвариантны относительно замен К ≈> //, Л ≈* ≈ К, 3е ≈»- jm, Jm ≈* ≈ 3е, е 7Г± н.. Следовательно, можно искать только одно решение (je), получая второе (зт) с помощью указанных замен. Этот метод изнестен как двойственности перестановочной принцип. Два примера использования принципа двойственности особо выделены в теории А.
Первый пример: идеально проводящий экране отверстием (щелью), на к-ром задана тангенц. составляющая А'т. Поле, создаваемое такой дифракц., или щелевой, А., совпадает с полем поверхностного магн*
. 171 «∙
тока ,?пов, текущего по затягивающей отверстие идеально проводящей пл╦нке и равного
ftfffi'fH' fffff'
92
Излучение радиоволн. В соответствии с взаимности принципом, к-рому удовлетворяют поля в любых линейных системах и средах (кроме гиротрошшх), мн. характеристики передающих и при╦мных А. взаимно сопоставимы. В частности, одним из следствий принципа взаимности является совпадение диаграммы направленности (ДН) при работе А. на передачу и на при╦м. Режим работы А. на передачу (излучение) более нагляден, поэтому далее обсуждаются передающие А.
Поле излучения созда╦тся А. благодаря возбужд╦нным в ней перем. токам. Это могут быть токи проводимости или поляризации, текущие по разл. элементам А. , или условные токи, вводимые а качестве эквивалентов сторонних (т. е, поддерживаемых к.-л, внешним источником) полей Е и (или) //. Любое векторное поле состоит из вихревых и потенциальных
я ≈ нормаль к поверхности, направленная в сторону искомого поля. Для плоских экранов нужно ввести
удвоенный ток j?QB, текущий в свободном пространстве по площади отверстия.
Второй пример: кольцевой электрич. ток
Iе = \\3edS (dS ≈ элемент сечения проводника), текущий вдоль окружности радиуса а < с/о>=Л/2я ≈Л = й~1, эквивалентен магн. диполю, направленному по оси рамки, образующему с током je правый винт и обладающему магн. моментом рт = Qml ≈ feo/c, в ≈ па'г ≈ площадь рамки, Qm ≈ эфф. магн, заряд, I ≈ условная длина. Этот диполь двойствен электрич. диполю, образованному, напр., двумя проволочными штырями с зарядами ± Qe (вибратор Герца).
Вибратор Герца (рис. 1J можно рассматрииать как элементарный излучатель, поскольку любое распределение тока 3е (г) допустимо расчленить на элементы
г
с I < £ и локально однородными токами 1е = V je dS,
∙)
текущими по тонким (г < I, jt) «трубкам тока». Эти трубки тока, хотя и не замкнуты, но обладают отличными от нуля вихревыми составляющими. Формирование поля таким макродиполем связано с излучением когерентно осциллирующих внутри него электрич. зарядов. Для электрич. диполя, помещ╦нного в начале координат, с дипольным моментом р ≈ Iffl/i&, ориентированным вдоль оси z, поле вне источника (при г > Z) в вакууме определяется решением ур-ний Максвелла:
ife
-- /и?-/*'sin 9,
(1)
j_ г2
ife
")
}
