Система в виде горизонтального вибратора, расположенного над экраном, обладает следующими свойствами.
1. Система излучает сферическую волну, фазовый центр которой находится в точке А0 (см. рис. 2.69), находящейся посередине между вибратором и его зеркальным изображением.
2. В каждой точке, отстоящей от точки А0 на расстояние от фазового центра, фаза излученной волны одинакова и не зависит от полярной координаты точки наблюдения.
3. Амплитуда напряженности электрического поля Еm обратно пропорциональна расстоянию r.
4. Амплитуда напряженности результирующего поля Еm зависит как от напряженности поля E0 одиночного вибратора, так и от множителя комбинирования f(δ): $$\begin{equation}E_m=E_{0}f\left(\delta\right)=E_{0}2\sin\left(kh\sin\delta\right)\end{equation}\tag{2.166}$$
Отсчет угла δ производится от плоскости экрана (см. рис. 2.69б), для которой δ=0°.
5. Напряженность электрического поля Е на поверхности эк-paнa не зависит от высоты подвеса вибратора и везде равна нулю.
6. Так как амплитуды падающей Eпад и отраженной Eотр волн равны между собой (экран идеально проводящий), то максимальное значение результирующего поля Еmax=2E0, а минимальное значение Еmin=0.
На рис. 2.71 приведены диаграммы направленности горизонтального диполя над экраном для различных значений высоты подвеса h. Сплошными линиями показаны диаграммы направленности в плоскости, перпендикулярной оси вибратора. На некоторых графиках пунктирной линией даны диаграммы в плоскости, проходящей через ось вибратора и перпендикулярной плоскости экрана.
Анализ диаграмм направленности, приведенных на рис. 2.71, показывает, что с увеличением h (в пределах 0<h<3λ/8) видоизменяется форма диаграммы направленности, а именно: диаграмма упрощается, а ее главный лепесток наклоняется к экрану (при h=3λ/8 δmax=40°, а при h=λ/2 δmax=30°).
При h=λ/2 в направлении δ=90° наблюдается уменьшение уровня диаграммы до нуля. С дальнейшим ростом высоты подвеса диполя при h=5λ/8 δmax=25°, а направлению δ=90° соответствует боковой лепесток, по мощности незначительно уступающий основному. При h=3λ/4 уровень бокового лепестка (δ=90°) становится соизмеримым с уровнем двух других.
При дальнейшем увеличении высоты подвеса вибратора h нижние лепестки все ближе наклоняются к экрану, а общее число лепестков в диаграмме направленности постоянно увеличивается. На рис. 2.72 приведены графики изменения углового положения нижних и боковых лепестков диаграммы направленности вибратора в зависимости от высоты его подвеса над экраном.
На самом деле землю нельзя считать идеальным экраном. Реальная проводимость земли σ конечна, кроме того, ее диэлектрическая проницаемость ε также конечна (см. табл. 2.1). В связи с этим амплитуда отраженной волны Eотр меньше амплитуды падающей Eпад, т. е. Eотр<Eпад, поэтому амплитуда результирующей волны не достигает максимального значения: Ep max, а минимальное значение амплитуды результирующей волны не равно нулю. На рис. 2.73 приведены графики, показывающие реальное влияние земли на диаграмму направленности горизонтального вибратора (пунктирная линия); здесь же для сравнения приведена диаграмма направленности горизонтального вибратора над идеальным экраном (для той же высоты подвеса h=1,5λ). Так как ослабление отраженной волны зависит от угла падения δ, то меньшему влиянию подвержена диаграмма направленности при малых δ. Для больших δ, для которых амплитуда отраженной волны минимальна, наблюдается сильное заплывание нулей диаграммы.
Пример Диполь расположен на высоте h=15м над землей. Если диполь излучает волну длиной λ=80м, то h/λ=15/80= =0,188λ. Результирующая диаграмма направленности имеет один лепесток, максимум излучения которого ориентирован под углом δ=90°.
Если тот же самый диполь излучает волну длиной λ=10м, то h/λ=15/10=1,5λ. В этом случае в результирующей диаграмме направленности наблюдаются три лепестка, максимумы которых ориентированы под углами δmax=10°, 30° и 60°. В направлении углов δ=20°, 42° и 90° уровень результирующей диаграммы направленности равен нулю.