в) Симметричный вибратор

Рис. 2.7 Изображение диаграмм направленности

ДН представляют, как правило, в полярной системе координат, в двух перпендикулярных плоскостях, а не в трехмерном пространстве.

В вертикальной плоскости:

В горизонтальной плоскости:

Здесь .

Полярные ДН наглядны, но по ним сложно определить малые углы поля вне главных плоскостей. Поэтому чаще строят ДН в прямоугольных координатах.

Из ДН легко определить направление главного максимума, ширину главного лепестка и относительный уровень боковых максимумов.

Ширина лепестка равна 2θ по уровню 0.707; или по уровню -3дБ соответственно)

Отношение определяется непосредственно из графика.

Коэффициент направленного действия (КНД) излучателя определяется как отношение интенсивности излучения в направлении

главного максимума к среднему значению интенсивности по всем направлениям в направлении главного максимума.

Т.к. то

(26)

Для диаграмм, симметричных относительно =0 (тела вращения):

(27)

(26), (27) – точные формулы. Точное выражение сложно получить экспериментально, поэтому пользуются приближенными методами определения КНД через ширину главного лепестка в двух главных плоскостях.

Для плоских синфазных антенн [2.2]:

(28)

S – площадь антенны ()

a₁, а₂ – линейные размеры антенны,

ν, χ – коэффициенты пропорциональности,

θ ₁, θ ₂ – в радианах.

Для круглой площади антенны:

(29)

Шумы приемных антенн.

Приемная антенна может быть источником шума, если на неё воздействуют хаотические флуктуации электромагнитного поля.

Для оценки шумов допустим, что элементарный вибратор помещен внутри замкнутой полости, на стенках которой температура равна T °К. Полость заполнена равновесным электромагнитным излучением с удельной яркостью (закон Планка):

(30)

здесь f – частота, Гц;

с – скорость света, м/с;

h= 6, 62× 10^-34 Дж/Гц – постоянная Планка

k= 1.38× 10^-23 Дж/°К;

B – плотность потока в частотном интервале 1 Гц, приходящая в точку наблюдения из телесного угла 1 стерадиан.

В радиодиапазоне, где k× f < < k× T, закон Планка превращается в формулу Рэлея-Джинса:

(31)

где – длина волны.

На элементарный вибратор действует средний квадрат напряженности электрического поля, приходящийся на полосу частот в 1 Гц:

Плотность потока мощности равна:

(32)

Тогда удельная яркость определяется выражением:

,

(33)

откуда

На выходе антенны с малыми размерами l < < l возникает напряжение , которое равно:

,

а т.к.

– есть сопротивление излучения вибратора, то получим

(34)

– формула Найквиста для элементарного вибратора.

Формула (34) справедлива для температуры T равновесной среды, что справедливо лишь для космического излучения: 1…10° К – холодные участки неба, 10⁴° К – в направлении радиогалактики.

Земные помехи – в основном в диапазоне частот f < 30 МГц.

Вводят шумовую температуру приёмных антенн Т_ш, которая зависит от частотного диапазона:

~ 3× 108 К.

Литература

2.1. Фрадин А.З., Рыжков А.В.- Измерение параметров АФУ, М. Связь, 1972):

2.2. Айзенберг Г.З. –Апт.УКВ, М., Связьиздат, 1957