Элементарный щелевой излучатель

Данная излучающая система представляет собой бесконечную металлическую плоскость, в которой прорезана щель длиной и шириной (рисунок 80). Для возбуждения в щели переменного магнитного тока могут быть использованы различные способы. Так, источник высокочастотного напряжения может быть подключен к обеим кромкам щели, как это показано на рисунке 80. При этом получается двустороннее возбуждение щели, поскольку электромагнитная энергия излучается в оба полупространства. На практике часто применяется одностороннее возбуждение щелевого излучателя, например, с помощью прямоугольного волновода с волной .

Рисунок 80 − Элементарный щелевой излучатель

Здесь переменные электрические заряды на кромках щели наводятся за счет протекания поверхностных электрических токов по участку плоскости, закорачивающей волновод.

Для того чтобы рассматриваемая щель могла считаться элементарным излучателем, необходимо выполнение очевидного условия при этом обычно .

Не ограничивая общности, рассмотрим случай двустороннего возбуждения щелевого излучателя. При этом отпадает надобность в решении новой электродинамической задачи, поскольку достаточно применить принцип перестановочной двойственности к известным составляющим поля элементарного электрического излучателя. Выпишем последовательно составляющие поля обеих излучающих систем, справедливые в дальней зоне.

для электрического излучателя

,

,

для щелевого иэлучателя

То что элементарный щелевой излучатель в дальней зоне имеет единственную составляющую электрического вектора, направленную по сферической координате , говорит о том, что силовые линия электрического поля, выходя из щели, приобретают на некотором удалении форму окружностей (см. рисунок 79).

На практике в качестве величины, характеризующей интенсивность возбуждающего источника, гораздо удобнее использовать но амплитуду стороннего магнитного тока , а напряжение в щели , измеряемое в вольтах. Свяжем между собой эти две величины.

Обратимся снова к рисункам 78 и 79. Тангенциальную составляющую магнитного поля на поверхности проводящей полоски можно найти, проведя контур интегрирования по поверхности проводника и затем воспользовавшись законом полного тока:

(здесь предполагается, что полоска обладает нулевой толщиной).

Предполагая, что напряженность электрического поля в зазоре щели постоянна, будем иметь

.

Поскольку в силу принципа перестановочной двойственности напряженности электрического и магнитного полей взаимно заменяемы, для сохранения соответствия с выражением для последняя формула должна иметь вид

,

откуда

.

Этот важный результат позволяет записать окончательные выражения для составляющих электромагнитного поля щелевого излучателя в дальней зоне:

.

Среднее значение вектора Пойитинга имеет единственную составляющую, направленную по координате :

.

откуда непосредственно может быть вычислена излучаемая мощность

Не останавливаясь на подробностях выкладок, укажем, что сопротивление излучения щелевого излучателя характеризуется формулой

, Ом.

В заключение сравним эффективности двух рассмотренных видов элементарных излучателей. Предположим, что имеются два совершенно одинаковых по конфигурации излучателя, один из которых является электрическим, а другой щелевым. Пусть по электрическому излучателю протекает ток . Спрашивается, каково должно быть напряжение для того, чтобы излучаемые мощности совпадали. Другими словами, должно выполняться равенство

.

Положим для определенности, что ток А. Тогда в соответствии с приведенными формулами В.

Данный результат в известном смысле говорит о недостатке щелевого излучателя, поскольку напряжение в щели существенным образом ограничено возможностью электрического пробоя.

Заканчивая рассмотрение элементарных вибраторов, необходимо отметить, что существуют и другие излучающие системы, поле которых имеет конфигурацию, сходную с конфигурацией поля элементарного щелевого излучателя. Примером может служить излучатель в виде достаточно малой проволочной петли, по которой протекает переменный электрический ток с амплитудой (рисунок 81). Здесь можно предположить, что в направлении, перпендикулярном плоскости петли, протекает сторонний магнитный ток . По этой причине достаточно малые щелевой и рамочный излучатели могут быть отнесены к классу элементарных магнитных излучателей.

Рисунок 81 − Элементарный магнитный излучатель в виде петли тока