2.3.1 ДИПОЛЬНЫЕ АНТЕННЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОМЕХОНЕСУЩЕМ ПОЛЕ

Квазистатический вибратор. Из всего многообразия дипольных антенн (вибраторов) будет рассмотрен наиболее распростраиен-ный их вид - несимметричный вибратор, находящийся над поверхностью земли. Его условная модель и переход от модели к квазистатической эквивалентной схеме Тевенина показаны на рис. 2.9.

Под действием продольной, по отношению к оси вибратора, составляющей напряженности электрического поля в антенне будет наводиться ЭДС

где йд - действующая длина антенны, м.

Из приведенного выражения следует, что несимметричный вибратор при условии, что Ад=/1/2, где h - линейный размер антенны, находится при среднем потенциале, равном произведению напряженности электрического поля на половину высоты стержня антенны.

Практический интерес представляют два предельных случая: нагрузочное сопротивление мало по сравнению с емкостным; сопротивление нагрузки много больше, чем емкостное сопротивление вибратора.

Обычно в дипольных антеннах их нагрузочное сопротивление мало по сравнению с мкостным. В этом случае ток через нагрузку пропорционален производной по времени от напряженности по-мехонесущего электрического поля:

гИО=С,йд . (2.27):

где Са - емкость антенны по отношению к земле, Ф.

Выделившаяся за время т джоулева энергия в случае низкоом-ной нагрузки

Рис. 2.9. Несимметричный вибратор над зем.пей (а) и его квазистатическая эквивалентная схема замещения (б)

где Ru - сопротивление нагрузки антенны. Ом; остальные пара метры соответствуют параметрам, входящим в (2.27).

Если сопротивление нагрузки больше емкостного сопротивления диполя, что может соответствовать на практике случаю аварийного режима - пробоя нагрузки, форма выходного сигнала (напряжения) на нагрузке совпадает с формой напряженности воздействующего электрического поля. Полученная в этом случае максимальная энергия равна не энергии, переданной в нагруэ-ку, а энергии, запасенной в емкости антенны:

Эта энергия не рассеивается на сопротивлении нагрузки Ru, за исключением случая пробоя нагрузки при перенапряжении, когда в ней выделяется значительная часть энергии, запасенной в ем--кости антенны.

Приведенные рассуждения и выводы справедливы для тех слу- чаев, когда линейные размеры антенны намного меньше длинь? волны помехонесущего синусоидального поля или ее эквивалента: при импульсном, воздействии. В том случае, когда линейные размеры антенны соизмеримы с линейными параметрами воздействующих полей, необходимо учитывать резонансные явления.

Низкочастотный резонансный вибратор. Антенна в общем случае является резонансной системой с большим числом резонансных точек. Основной вклад в резонансные явления, которые наблюдаются в антенне, вносит точка первого резонанса.

Хорошую аппроксимацию низкочастотных характеристик антенн для этого случая можно получить с помощью эквивалентной схемы, приведенной на рис. 2.10, где первая резонансная точка антенны моделируется введением последовательной индуктивности Lp, образующей резонансный контур с емкостью антенны Са. на частоте первого резонанса:

/р=с/(2/1) = с/(4/1 ).

Сопротивление /?и - это сопротивление излучения антенны в первой резонансной точке. Оно обычно равно 35 Ом для несимметричного вибратора и 70... 80 Ом для полуволноеого.

Рассмотрим подробнее процессы возникновения наведенных токов и напряжений на нагрузке дипольной антенны с учетом резонансных явлений при внешнем воздействии импульсных и синусоидальных полей, которые по своим характеристикам в основном будут соответствовать МЭМП, описанным в § 1.2.

Рис. 2.10. Низкочастотная резонансная схема замещения .дипольной антенны

Импульсное воздействие. В качестве воздействующего на антенну мпульсного электрического поля примем

E{t) = Е 2 (- 1)+ 0. (2.28)

которое является универсальным в смысле описания временных зависимостей импульсных МЭМП.

В общем случае напряжение на нагрузке антенны Ra при внешнем воздействии электрического поля, изменяющегося во времени согласно ;(2.28),

Emax hjs. Са Cup Rh - )

Uai - af - m

ехр (-aft (chf,t---shpH -exp( -GjOli . (2.29)

ai-a J J)

= [(/?к + /?и)С,а,]/2; t02 = l/(C,Z.p);

p= /a2-щ2р. -амплитуда напряженности электрического

поля помехи, В/м; Са - емкость антенны по отношению к земле,-Ф; Rh - сопротивление нагрузки антенны, Ом; Ru - сопротивление излучения антенны в точке первого резонанса. Ом; Lp - индуктивность антенны в точке первого резонанса, Гн; а, - показатель экспоненциальной функции в (2.28), определяющий форму и временные характеристики импульсной МЭМП, с~.

Так как для коротких антенн [(/?н+и)сйрСа]2/4<С 1, то можно принять рл;/сор. Тогда из (2.29) получим

ur(t) i (-i)-b {-- --рн---) X

X ехр {-at) {cos сор t-\--sin сор t \ -ехр(-t) ] .

(2.30)

Из (2.30) следует, что реакция антенны на внешнее импульсное воздействие зависит от характеристик как МЭМП, так и самой антенны.

Реакция дипольной антенны получилась в виде наложенных, затухающих с коэффициентом а, колебаний с частотой /=сйр/(2я).

В подавляющем большинстве случаев для коротких дипольных антенн можно, принять, что ai>a и -copa. Если в (2.30) пренебречь слагаемыми второго порядка малости для случая, когда diOip, то нетрудно получить упрощенное выражение для реакции короткой дипольной антенны на воздействие импульсного электрического поля с очень коротким фронтом:

4r (О =таждСа Р хр ( - at) sln ©р f. (2.31)

В табл. 2.3 приведены типичная реакция вибратора на импульсное воздействие такого электрического поля и аналитические вы-