Электрический диполь в электромагнитном поле

В условиях надводных кораблей в качестве приемных антенн используют вертикальные несимметричные вибраторы или штыри. Распределение наведенного тока вдоль длины штыря неравномерно и носит волновой характер [7,12]. Распределение тока вдоль длины описывается выражением

                                  (3.5)

где -  - функция распределения тока вдоль штыря;

- ;

-  - длина штыря.

Целесообразно исследовать аргумент выражения (3.5)

                        (3.6)

Из выражения (3.6) видно, что распределение тока подчинено закону, определенному соотношения ( / λ). Результаты исследований представлены на физической модели рисунка 3.1, где распределение тока (эпюры тока) вдоль штыревой антенны дано для трех случаев: λ₁>λ₂>λ₃ (при 4 = λ ₂). Представленные на рисунке 3.1 эпюры наглядно отображают неравномерность распределения тока вдоль антенн, широко используемых на практике.

 

Рис. 3.1

 

Таким образом, при рассмотрении теории приема электромагнитных полей целесообразно использовать устройства, в которых ток по длине был бы неизменен, а распределение зарядов по сечению обладало бы симметрией. Для этого необходимо применить условие элементарности к приемному антенному устройству. Условие элементарности известно и отображается в виде

 и                                        (3.7)

где

-  – длина элемента антенны;

- d - диаметр сечения элемента антенны (рис. 3.2).

 

Рис. 3.2

 

Учитывая, что условию элементарности удовлетворяет электрический диполь, в последующем целесообразно рассмотреть электрический диполь в качестве приемного устройства для исследования его работы в электромагнитных полях.

Пусть на электрический диполь (проводник) падает плоская электромагнитная волна с параметрами

                           (3.8)

Вектор , как видно из выражения (3.8), совпадает с осью х, а вектор  – с осью у. В проводнике под действием силы Лоренца свободные заряды образуют ток. Причем ток создаст тангенциальный вектор электрического поля Е_τ, совпадающий по направлению с осью электрического диполя и расположенный на его поверхности. Так как вектор  не совпадает с осью диполя, необходимо разложить вектор на составляющие (рис. 3.3) - тангенциальный Е_τ и нормальный Е_n. Учитывая наличие угла между направлением распространения волны (ось z) и осью диполя, равного θ, проекции падающего вектора имеют вид

;

.

 

Рис. 3.3

Нормальная составляющая проектируется в точку на ось диполя, следовательно, эта составляющая не окажет влияние на физические процессы, протекаемые в проводнике, то есть проекция вектора Е_n не возбуждает в диполе ток. Тангенциальная составляющая Е_τ окажет силовое воздействие на свободные заряды, и в проводнике возникнет ток, электродвижущая сила Є которого зависит от напряженности электрического поля, длины диполя и угла падения волны на ось диполя θ

                   (3.9)

В выражении (3.9) величина Є электродвижущей силы зависит от напряженности электрического поля, длины диполя и угла прихода волны относительно оси диполя. При одних и тех же значениях напряженности поля и длине диполя можно в широких пределах изменять наведенную ЭДС, меняя угол падения волны θ. Следовательно, электрический диполь неравномерно принимает энергию электромагнитного поля по направлениям падения волны относительно его оси, в связи с чем, целесообразно рассмотреть направленные свойства электрического диполя. Направленные свойства электрического диполя исследованы ниже для сферической системы координат.

 

Рис. 3.4

На рисунке 3.4 показаны следующие угловые координаты сферической системы: θ – угол, расположенный между осью диполя и направлением r на точку М(х,у,z); φ – угол, расположенный между осью х и проекцией направления r на экваториальной плоскости. При изменении положения точки М в пространстве пропорционально меняются и значения углов θ и φ. Угол θ лежит в меридиальной плоскости и изменяет свои значения от 0⁰ до 180⁰. Угол φ лежит в экваториальной плоскости и может принимать любые значения в пределе до 360⁰.

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: