Взаимное влияние элементов

Предположим, что в ближней зоне диполя D1 расположен пассивный диполь D2 (рис. 5.60). Если бы отсутствовал диполь D2, то в диполе D1 протекал бы ток I1. Созданное током I1 электромагнитное поле наводит в диполе D2 электродвижущую силу V, которая создает в нем ток I2. Ток I2 создает собственное поле излучения, которое наводит в диполе D1 вторичный ток I2'. Отметим, что наведенные токи I2 и I2' в несколько раз слабее токов I1 и I2, вызывающих эти токи.

Рис. 5.60. Взаимодействие двух диполей

Наведенный в диполе ток I2' и первичный ток могут иметь между собой фазовый сдвиг, определяемый расстоянием S между диполями и электрическими длинами обоих диполей. Поэтому наведенный в диполе D1 ток I2' может находиться в фазе с током I1, но может иметь и произвольное запаздывание. Результирующий ток представляет собой векторную сумму всех токов, которая может быть больше, равна или меньше первоначального значения тока.

При увеличении тока входное сопротивление диполя D1 уменьшается, а при уменьшении тока — растет. Если фазы токов I1 и I2' не совпадают, то результирующий ток имеет фазу, отличную от фазы тока I1, что приводит к изменению входного реактивного сопротивления. Это приводит одновременно и к изменению резонансной частоты диполя D1, что вызвано влиянием диполя D2. Это явление получило название взаимного сопротивления диполей [1, 2]. Взаимное сопротивление определяет уровень связи между обоими диполями, а также значения (нормированные) амплитуд токов I и их фазовые соотношения.

Амплитуда результирующего поля излучения двух диполей тем больше, чем больше протекающий в них ток. Расчет взаимного сопротивления является крайне сложной задачей, решению которой посвящены многочисленные исследования.

На графиках рис. 5.61 приведены результаты анализа, касающиеся взаимного сопротивления вибраторов для двух частных случаев размещения диполей, указанных на том же рисунке. Точнее, эти графики не дают прямого значения взаимного сопротивления, а характеризуют влияние этого фактора на сопротивление излучения и усиление антенной системы.

Рис. 5.61. Зависимость сопротивления излучения полуволнового диполя от расстояния S между диполями

Из графика 5.61а следует, что на сопротивление излучения полуволнового диполя сильно влияет изменение расстояния до второго диполя, а также разность фаз токов возбуждения в обоих диполях. При синфазном питании и очень близко расположенных диполях входное сопротивление достигает 150 Ом. При разнесении диполей сопротивление падает (при S = 0,45λ RА = 75 Ом), достигая минимальных значений при S/λ = 0,7, а далее вновь увеличивается (при S = λ RA = 76 Ом).

При противофазном возбуждении диполей уменьшение расстояния между диполями приводит к резкому уменьшению сопротивления (при S→0 R→0). По мере удаления диполей друг от друга сопротивление растет и достигает максимального значения около 100 Ом при S/λ = 0,6...0,75, а далее вновь уменьшается до значения 75 Ом.

Малым значениям сопротивления соответствует большое значение тока и, следовательно, большое усиление. В синфазно возбуждаемой антенне максимальное усиление соответствует S/λ = 0,6...0,8, а в противофазно возбуждаемой антенне — λ/8.

В коллинеарной антенной системе изменение расстояния между элементами лишь незначительно изменяет сопротивление излучения, также незначительно изменяется усиление системы, составляющее около 3 дБ.