Вопрос 14. Диаграммы направленности (ДН). Пространственная, мери-дианальная, экваториальная ДН. Нормированная ДН. ДН ЭЭВ

Рассмотрим более подробно выражение для амплитуды на­пряженности электрического поля, создаваемого в дальней зоне элементарным электрическим вибратором. Из (5.6) следует, что

При заданных амплитуде тока и длине вибратора амплитуда напряженности его электрического поля зависит от двух пере­менных: расстояния г и угла Э. При одном и том же расстоянии от вибратора (r = const) поле будет различным в зависимости от угла θ. Как уже отмечалось, амплитуда напряженности поля макси­мальна в плоскости, проходящей через середину вибратора, пер­пендикулярно его оси (θ = π/2), и равна нулю в направлении последней, т.е. при θ = 0 и θ = π.

Для более наглядного представления о характере излучения (направленных свойствах) антенны строят графики зависимости амплитуды напряженности поля или амплитуд ее составляющих от направления в точку наблюдения При r= const. Такие графики называют амплитудными диаграммами направленности или про­сто диаграммами направленности (ДН). Обычно строят нормиро­ванные ДН. На них показывают не абсолютные значения амп­литуды напряженности поля, а нормированные значения, отне­сенные к ее максимальной величине. Если необходимо дать представление о фазовой структуре излученного поля, строят так называемые фазовые диаграммы направленности - графики зави­симости фазы напряженности поля от направления в точку на­блюдения.

Наиболее полную информацию о характере излучения дает пространственная диаграмма направленности. Она может быть построена, например, таким образом, чтобы расстояние от начала сферической системы координат до любой точки, характеризуемой углами θ и φ, было пропорционально отношению амплитуды на­пряженности электрического поля в данном направлении (θ, φ) к максимальной амплитуде для того же значения r. Во многих случаях построение такой диаграммы сложно, поэтому чаще пользуются диаграммами, показывающими зависимость амплиту­ды поля от одного из углов (θ или φ) при постоянном значении другого.

Диаграмма направленности, соответствующая φ = const, пока­зывает изменение амплитуды напряженности поля в меридиональной плоскости. Очевидно, что для ее определения по

известной пространственной диаграмме достаточно рассмотреть сечение последней плоскостью φ = const. Аналогично кривая, об­разованная пересечением пространственной диаграммы с поверх­ностью конуса θ = const, дает диаграмму направленности, постро­енную при θ = const.

Пространственная ДН элементарного электрического вибра­тора совпадает с поверхностью тора, образованного вращением круга, радиус которого равен расстоянию от центра круга до оси вращения (рис. 5.11). Диаграмма направленности ЭЭВ в мери-дианальной плоскости, построенная в полярной системе коор­динат, имеет вид восьмерки из двух окружностей. У нормиро­ванной ДН диаметры этих окружностей равны единице (рис. 5.12). Правая половина ДН соответствует некоторому значению угла φ = φ_о, а левая - значению φ = φ_о + π. На рис. 5.13 показана построенная в полярной системе координат нормированная ДН в экваториальной плоскости (θ= π/2). Эта ДН имеет вид окружности единичного радиуса. Указанная на рисунках функция

D .

Так как ДН на рис. 5.13 соответствует значению θ = π/2, то на этом рисунке D = 1.

Помимо полярной системы координат для построения диаг­рамм направленности используют также декартову систему ко­ординат. Нормированные диаграммы направленности ЭЭВ в меридианальной и экваториальной (θ = π/2) плоскостях, пост­роенные в декартовой системе координат, изображены на рис. 5.14 и 5.15 соответственно.

Фаза напряженности электрического (магнитного) поля, соз­даваемого ЭЭВ, не зависит от углов 0 и ф. Поэтому вид фазовых диаграмм ЭЭВ очевиден, и они здесь не приводятся.