Диаграмма направленности. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Диаграмма направленности (от греч. diagramma - изображение, рисунок) - угловое распределение поля излучения (Д. н. по полю) или излучаемой мощности (Д. н. по мощности) антенны или эквивалентного ей устройства. Для приёмных антенн Д. н. определяют как зависимость величины принимаемого сигнала от направления прихода плоской волны; при этом учитывают также и др. характеристики плоской волны (напр., поляризацию в случае эл--магн. волн). Для систем, не содержащих нелинейных и (или) невзаимных элементов (включая свойства окружающей среды), Д. н. в приёмном и передающем режимах работы антенны совпадают в силу взаимности принципа.

В однородных средах на больших расстояниях r от антенны, в т. н. дальней (фраунгоферовой) зоне (

, где D - размер антенны,

- длина волны), поле излучения антенны фактически полностью определяется её Д. н. Далее все пояснения будут относиться к излучателям эл--магн. волн, хотя понятие Д. н. широко используют также в акустике, в гидро- и геофизике, т. е. всюду, где приходится иметь дело с направленным излучением.

Эл--магн. поле, излучаемое антенной на фиксиров. частоте

в однородной изотропной среде, представляет собой при больших удалениях от антенны неоднородную расходящуюся сферич. волну:

Здесь

- сферич. координаты с началом отсчёта в месте расположения антенны,

- единичный вектор вдоль

- характеристический импеданс среды. функция

является векторной Д. н. по полю (иногда из соображений размерности её называют Д. н. по напряжению). Соответственно Д. н. по мощности равна

, где пост. множитель находят из условия нормировки. Рассматривают также фазовые Д. н. (угловое распределение фазы составляющих

) и поляризационные Д. н. (обычно угловое распределение двух Стокса параметров).

По виду Д. н. антенны разделяют на слабонаправленные, у к-рых излучаемая мощность распределена в большом телесном угле, и остронаправленные, у к-рых осн. доля излучаемой мощности сконцентрирована в узком телесном угле, т. н. гл. лепестке Д. н. (с раствором от неск. десятков градусов до единиц угл. минут и менее).

Существует ряд физ. ограничений на реализуемость нек-рых видов Д. н. Так, в случае эл--магн. волн не может быть реализована строго изотропная Д. н., что обусловлено векторным характером эл--магн. поля. Практически не может быть реализована "сверхнаправленная" Д. в. с угловой шириной гл. лепестка меньше

радиан (критерий разрешения Рэлея), что связано с волновой природой поля излучения. Т.о., в случае эл--магн. поля оказываются неосуществимыми оба крайних случая, хотя формально в заданном объёме может быть построено распределение сторонних источников, Д. н. к-рых аппроксимирует с наперёд заданной точностью любую ограниченную функцию; это распределение, однако, становится неустойчивым по отношению к любым малым отклонениям от значений параметров, обеспечивающих "сверхнаправленность".

Реализуемые на практике Д. н. отличаются большим разнообразием; в частности, Д. н. остронаправленных антенн различаются по форме гл. лепестка, по числу гл. лепестков, по уровню мощности, излучаемой вне гл. лепестка, и т. п.

Для излучающих антенн с временной модуляцией параметров и (или) для антенн, перемещающихся в пространстве, а также для приёмных антенн с обработкой сигналов понятие Д. н. становится несколько условным.

Литература по диаграммам направленности

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.