6-4. ПОЛЕ КОЛЬЦЕВОЙ ЩЕЛИ НА ШАРЕ

Рассмотрим электромагнитное поле кольцевой щели на шаре, вдоль которой создана бегущая волна напряжения между краями щели (рис. 6-7). Представим щель в виде

кольцевого стороннего магнитного тока наложенного на шар, и зададим его объемное распределение соотношением

Здесь причем — напряженность электрического поля в щели. Величина определяет порядок азимутальной вариации поля.

Рис. 6-7. Кольцевая щель на шаре.

Рис. 6-8. Диаграммы направленности кольцевой щели .

После подстановки (6-18) в (2-108) и (2-111) найдем:

Тогда выражение (6-2) принимает следующий вид:

где обозначено:

Выражение (6-3) принимает вид:

где обозначено:

Составляющие векторов поля электрических волн при этом определяются выражениями (6-14), а поля магнитных волн — выражениями (6-17).

Если в формуле (6-18) положить т. е. предположить, что кольцевая щель является синфазной, то согласно (6-21) окажется, что Следовательно, поле магнитных волн тождественно равно нулю, а поле электрических волн согласно выражениям (6-20) и (6-14) имеет три составляющие: . В этом случае на поверхности шара возникают только меридиональные электрические токи. Картина электромагнитного поля аналогична той, которая получается при возбуждении шара электрическим радиальным диполем, расположенным на полюсе шара. Обе эти структуры поля в значительной степени совпадают, если кольцевая щель располагается вблизи полюса шара и диаметр кольцевой щели много меньше длины волны Кольцевая синфазная щель в этом случае эквивалентна радиальному электрическому диполю.

Действительно, для достаточно узкой щели, расположенной под углом в выражении (6-20) можно положить при

Замечая, что

— полный магнитный ток кольцевой щели, а

— площадь, ограниченная кольцом, и имея в виду, что

приведем (6-20) к выражению вида

которое совпадает с выражением (6-9а) для поля радиального электрического диполя при если положить

Значительный интерес представляет случай, когда 1—1. Для того чтобы выяснить особенность в структуре электромагнитного поля в этом случае, рассмотрим поперечные составляющие поля электрических волн Подставив (6-20) в (6-14), для этих составляющих получим:

Исследуем поведение поля, определяемое формулами (6-23), на полярной оси. Мы уже отмечали, что

Рис. 6-9. Диаграммы направленности кольцевой щели

Отсюда следует, что поперечные составляющие поля и Е на полярной оси равны нулю для всех значений не равных единице (или минус единице). Только для поперечные составляющие поля на полярной оси имеют конечное значение, причем устанавливается соотношение т. е. в направлении (а также ) поле является вращающимся (имеет круговую поляризацию). Можно также убедиться, что эти выводы справедливы и для поперечных составляющих напряженности магнитного поля, т. е. для на полярной оси.

Анализ поля магнитных волн приводит к тому же самому выводу: поперечные составляющие электрического и магнитного поля магнитных волн на полярной оси равны нулю для всех значений кроме (или ). При этом на полярной оси поле оказывается вращающимся, т. е.

На рис. 6-8 и 6-9 приводятся амплитудные характеристики направленности кольцевой щели с бегущей волной , расположенной на экваторе шара, для значений . На рис. 6-10 и 6-11 приводятся соответствующие фазовые характеристики поля в зоне излучения.

Как видно, характеристики излучения кольцевой щели с бегущей волной на шаре небольшого электрического диаметра являются слабо направленными. С ростом изрезанность характеристик излучения увеличивается.

Рис. 6-10. Фазовые характеристики поля кольцевой щели .

На рис. 6-12 приводятся амплитудные и фазовые характеристики направленности для диаметра шара при расположении кольцевой щели под углом 14,5°.

Рис. 6-11. Фазовые характеристики поля кольцевой щели

В этом случае изрезанность излучения уменьшается, однако поле в области углов меньше, чем в области углов Во всех случаях наблюдается круговая поляризация поля в направлении оси шара, переходящая в эллиптическую поляризацию в других направлениях.

Рис. 6-12. Амплитудные и фазовые характеристики направленности:

Приводимые здесь характеристики излучения для кольцевой щели рассчитаны В. Н. Воловским и Н. П. Мирончевой.