Для чего электромагнитные волны подаются в антенну
Для чего электромагнитные волны подаются в антенну
1. Для чего электромагнитные волны подаются в антенну?
Радиовещание осуществляется посредством электромагнитных волн, излучаемых антенной радиопередающего устройства.
Источником электромагнитных волн являются ускоренно движущиеся заряженные частицы.
Для того чтобы антенна излучала электромагнитные волны, в ней нужно возбуждать колебания свободных электронов, т.е. электромагнитные колебания.
2. Почему в радиовещании используются электромагнитные волны высокой частоты?
Для создания мощной электромагнитной волны необходимо, чтобы частота волны была не меньше 0,1 МГц.
Колебания таких частот невозможно получить от генератора переменного электрического тока.
Поэтому они подаются на антенну от генератора высокочастотных электромагнитных колебаний, имеющегося в каждом радиопередающем устройстве.
3. Какую систему представляет собой колебательный контур и из каких устройств он состоит?
4. Расскажите о цели, ходе и наблюдаемом результате опыта?
Опыт проводился с целью получения свободных электромагнитных колебаний и их изучения.
Cтавим переключатель в положение 1.
Конденсатор заряжается от источника.
Переводим переключатель в положение 2, соединяя конденсатор с катушкой.
Конденсатор С разряжается через катушку L1.
Стрелка гальванометра совершает несколько затухающих колебаний, отклоняясь от нулевого деления то в одну, то в другую сторону, и останавливается на нуле.
5. Какие процессы наблюдаются в колебательном контуре при возникновении электромагнитных колебаний?
а) При зарядке от источника тока конденсатор получает максимальный заряд qm.
Пусть верхняя обкладка зарядилась положительно, а нижняя — отрицательно.
Между обкладками конденсатора возникло напряжение Um.
Электрическое поле конденсатора получило энергию Еэm.
в) Поскольку конденсатор разряжен, сила тока в контуре начинает уменьшаться.
Но теперь ток самоиндукции направлен в ту же сторону, что и ток разряжавшегося конденсатора, и препятствует его уменьшению.
Благодаря току самоиндукции к моменту времени Т/2 от начала разрядки, конденсатор перезарядится.
Его заряд вновь будет равен qm, но теперь верхняя обкладка будет заряжена отрицательно, а нижняя — положительно.
г) Через промежуток времени, равный 3T/4, конденсатор вновь будет разряжен.
д) Через время T будет заряжен так же, как в момент начала разрядки.
За промежуток времени, равный T, произошло одно полное колебание.
Т — период колебаний.
При периодическом изменении в катушке L1 силы тока и его направления соответственно меняется и создаваемый этим током магнитный поток, пронизывающий катушку L2.
При этом в ней возникает переменный индукционный ток, регистрируемый гальванометром.
Исходя из того что стрелка гальванометра совершила несколько затухающих колебаний и остановилась на нуле, можно сделать вывод, что электромагнитные колебания тоже были затухающими.
Энергия, полученная контуром от источника тока, постепенно расходовалась на нагревание проводящих частей контура.
Когда запас энергии иссяк, колебания прекратились.
Колебания, происходящие только благодаря начальному запасу энергии, называются свободными.
Период свободных колебаний равен периоду колебательного контура.
6. Какие преобразования энергии происходят в результате электромагнитных колебаний?
В результате электромагнитных колебаний в колебательном контуре происходит переход энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля тока катушки и обратно.
7. Почему ток в катушке не прекращается в тот момент, когда конденсатор разряжен?
Когда конденсатор разряжается, сила тока в контуре начинает уменьшаться.
В катушке возникает ток самоиндукции, который направлен в ту же сторону, что и ток разряжающегося конденсатора.
Этот ток самоиндукции препятствует уменьшению тока в контуре.
8. Каким образом гальванометр, не входящий в колебательный контур, мог регистрировать происходящие в этом контуре колебания?
Когда в катушке L1 меняется сила тока и его направление, то меняется и создаваемый этим током магнитный поток, пронизывающий катушку L2.
При этом в катушке L2 возникает переменный индукционный ток, регистрируемый гальванометром.
9. От чего зависит собственный период колебательного контура? Как его можно изменить?
Колебания, происходящие только благодаря начальному запасу энергии, называются свободными.
Период свободных колебаний равен собственному периоду колебательной системы, т.е. колебательного контура.
Период колебательного контура определяется параметрами составляющих его элементов: индуктивностью катушки и ёмкостью конденсатора.
Изменяя эти параметры, можно изменить собственный период колебательного контура.
Формула для определения периода свободных электромагнитных колебаний была получена английским физиком Уильямом Томсоном в 1853 г.
Она называется формулой Томсона:
Подаваемые в антенну высокочастотные колебания необходимы для создания электромагнитных волн.
Но для того чтобы волна излучалась в течение длительного времени, нужны незатухающие колебания.
Для создания в контуре незатухающих колебаний необходимо восполнять потери энергии, периодически подключая конденсатор к источнику тока.
В генераторе это осуществляется автоматически.
Вопросы.
1. Для чего электромагнитные волны подаются в антенну?
Для передачи информации на расстояние.
2. Почему в радиовещании используются электромагнитные волны высокой частоты?
Электромагнитные волны высокой частоты (>0,1 МГц) позволяют создать волну достаточной мощности, чтобы её можно было зафиксировать на достаточно большом расстоянии.
3. Какую систему представляет собой колебательный контур и из каких устройств он состоит?
4. Расскажите о цели, ходе и наблюдаемом результате опыта, изображенного на рисунке 152?
Опыт на рис. 152 ставился с целью получения свободных электромагнитных колебаний.
Сначала соединяют переключателем конденсатор с источником тока, заряжая его. Далее замыкают цепь колебательного контура. Стрелка гальванометра, соединенная со вторичной обмоткой катушки, совершает несколько затухающих колебаний.
5. Какие преобразования энергии происходят в результате электромагнитных колебаний?
Происходит преобразование энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки и обратно.
6. Почему ток в катушке не прекращается в тот момент, когда конденсатор разряжен?
Изменяющееся магнитное поле в катушке создает ток обратной самоиндукции.
Ток самоиндукции заряжает конденсатор. Зарядившейся конденсатор запасает энергию в виде электрического поля и когда самоиндукция ослабеет, ток потечет обратно через катушку.
7. Каким образом гальванометр, не входящий в колебательный контур, мог регистрировать происходящие в этом контуре колебания?
8. От чего зависит собственный период колебательного контура? Как его можно изменить?
Упражнения.
1. Колебательный контур состоит из конденсатора переменной емкости и катушки. Как получить в этом контуре электромагнитные колебания, периоды которых отличались бы в 2 раза?
Вопрос 1 § 45 Физика 9 класс Перышкин про антенну.
Помогите с ответом.
Для чего электромагнитные волны подаются в антенну?
Для передачи информации на расстояние.
Привет. Выручайте с ответом по физике…
Поплавок со свинцовым грузилом внизу опускают
сначала в воду, потом в масло. В обоих ( Подробнее. )
Привет всем! Нужен ваш совет, как отвечать…
Изобразите силы, действующие на тело, когда оно плавает на поверхности жидкости. ( Подробнее. )
Среди предложений 21-29:
(21) И Митрофанов услышал в этом смехе и прощение себе, и даже какое-то ( Подробнее. )
Для чего электромагнитные волны подаются в антенну?
Для того, чтобы эти электомагнитные волны из радиопередатчика смогли «выйти» в свободное пространство (эфир) и начать перемещаться в пространстве, например, вдоль Земли или, например, узким пучком куда-то в Космос куда-то на Луну.
При хорошем согласовании передатчика и антенны, КСВ (коэффициент стоячей волны) близок к единице, а при безобразном согласовании КСВ будет большим и лишь КПД согласовния будет плохим и при этом незначительная часть энергии передатчика уйдет в эфир.
При хорошем согласовании КБВ (коэффициент бегущей волны) будет приближаться к единице, а при плохом он будет немногим больше нуля.
Сама антенна характеризуется коэффициентом направленного действия (во все стороны передает или узким пучком), диаграммой направленности (форма распределения излучения), а также видом поляризации: горизонтальной, вертикальной или круговой (двух типов).
Для того, чтобы передать в устройство (или из устройства), к которому прицеплена антенна, информацию, оными волнами переносимую.
электромагнитные волны в антену не подаются!
они антенной СОЗДАЮТСЯ. В СМЫСЛЕ ГЕНЕРИРУЮТСЯ. и принимаются.
в принципе в качестве антенны может служить любой проводник.
в вашем мобильном обязательно есть антена. ее форма и размер зависят только от фантазии производителя при разработке дизайна телефона
при подаче в антену переменного тока генерируется электромагнитная волна. ее характеристики зависят от геометрии и состава антенны, формы и частоты сигнала
кстати задумайтесь как ваш мобильник связывается с вышкой? ведь мощность передатчика на вышке и в мобилке различается в тысячи раз.. причем мощность сигнала мобильника ограничена стандартами
а усиление в приемнике на вышке ограничена температурными шумами
ответ на ваш вопрос:
антенна генерирует эм волну, антенна эм волну принимает, волна это канал передачи информации между антенами. передается информация о том КАК движутся носители заряда в передающей антенне.
в движении зарядов закодирована полезная нам информация.
если мы принимаем отраженный сигнал то возможно определить характеристики объекта от которого сигнал отразился.
ну вот в принципе для этого и подается «электромагнитная волна» в антену.
только электромагнитная волна существует в свободном пространстве а в проводнике существует электрическое поле, под воздействием которого движутся свободные ( иногда и несвободные) носители зарядов. ускоренное движение электрического поля образует изменяющееся магнитное поле. которое в свою очередь рождает изменяющееся электрическое поле, которое. и т.д и т.п.
процесс происходит до тех пор пока не попадется проводник (другая антена). в проводнике под действием электромагнитного поля приходят в движение свободные носители зарядов, информация о форме движения зарядов обрабатывается приемником.. и вот вуаля, вы болтаете по мобильному. ну или я набирай на буке текст. а вы его читаете. бук связан по вай фай
Антенна – движитель электромагнитной волны
Автор: Мясоед Владимир Петрович, RN3ZM
Все статьи на CQHAM.RU
Все статьи категории «Непроверенные идеи»
Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими образуемые;
иначе такое бросание будет пустою забавою.
Козьма Прутков
…известно, антенна необходима для преобразования токов ВЧ текущих в ней, в электромагнитные волны (Э.М.В.) и наоборот. Естественно, она должна эффективно это делать, иначе, энергия подводимая к ней от передатчика может и не излучаться вовсе.
…если хлыстнуть прутиком по воде, то в разные стороны побегут волны.
А если то же самое, с той же энергией, проделать с широкой дощечкой,
то волны будут намного круче.
Проводниковые, тонкие антенны – наши реалии. Тонкая антенна резонансна. Это очевидно. Известно, что тонкая антенна ведет (проявляет) себя как колебательный контур и имеет свою добротность. Если колебательный контур (цепь с сосредоточенными параметрами) не связан ни с чем, то амплитуды токов и напряжений в нем (на его реактивностях L и C) пропорциональны его добротности. При этом энергия совершает колебания внутри системы и она бесполезна, она реактивна. Стоит только нагрузить, связать контур (магнитная, емкостная связь или активная нагрузка) амплитуда колебаний падает пропорционально вносимому сопротивлению, то бишь отбору мощности – мощности полезной. Продолжая нагружать контур его вырождают…
…Мост на реке должен, в первую очередь выполнять свою основную функцию,
служить средством сообщения. Если он имеет резонанс, то грош ему цена – по мосту
ходить не в ногу, не раскачивать и т.д., т.е. вести себя осторожно,
так как у «колебательной системы МОСТ», ввиду ее высокой добротности
может возникнуть резонанс. Тогда не миновать беды. Поэтому мосты и
делают более добротными в плане моста, а не колебательной системы.
В данном случае «колебательная система мост» должна иметь низкую добротность…
Бесконечно тонкая антенна, не излучает. С появлением толщины часть энергии подводимой к ней теряется, потребляется на излучение, но только часть, а хотелось чтобы вся. Резонанса в антенне не должно быть, по сути, просто он проявляется в ней, как побочный эффект. Цель антенны породить Э.М.В. т.е. потратить всю мощность, энергию генератора для этого. Согласовав выход передатчика с антенной, решают только первую часть задачи, вторая, «согласовать» антенну с пространством остается «за кадром». Как и куда распределяется подведенная энергия, почему-то не задумываемся. В резонанс антенну настраивают для того, что бы она, хоть что то, излучала, так как только при этом ее сопротивление активно. Но существует, присутствует резонанс.
…сидя в лодке можно грести и тонкими палками, но веслами все же лучше…
Вибратор должен (ну нет, просто обязан) возбуждать пространство вокруг себя, колебать ту самую структуру называемую вакуумом, ту светоносную среду, тот самый (временами совсем отвергаемый, как не существующий вообще) наш эфир. Вакуум не пустота, а структура. В пустоте волны не распространяются. Естественно, подразумевается, что совершать колебания будет не сам вибратор, а токи В.Ч. текущие в нем. Согласно электродинамики, …передача энергии осуществляется в пространстве окружающем провода, а не самими проводами. Провод служит лишь для обеспечения направления, энергия передается Э.М.В. вдоль проводов. Волна – ВОЗБУЖДЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СРЕДЫ. Волна, только она, является переносчиком энергии.
Как это делать эффективно? Это и вопрос и приглашение к разговору и маленькая часть ответа – суждения, субъективного пока.
Изучая (или просто читая перед сном) книги Айзенберга Г.З., Белоцерковского Г.Б., Верещагина Е.М. и других классиков антенного искусства, все мы видим, как ими глубоко разработаны теоретические принципы антенн. Нет ничего лучше хорошей теории!
У Айзенберга прямо сказано, цитирую: «…чем короче вибратор, тем больше его реактивное сопротивление и тем выше добротность получающегося резонансного контура … В резонаторе возникают большие резонансные токи, создающие вокруг него область сильных реактивных полей. Наличие этих полей приводит к изменению направления и величины вектора Пойнтинга, т.е. изменению направления и потока энергии вокруг вибратора. … реактивные поля имеют большую интенсивность и в основном они определяет потери энергии на наводки, так как эти поля Е и Н определяют квазистационарное поле вблизи антенны, они задают поле индукции.» Чем короче и тоньше вибратор, тем больше его добротность, тем более узкополосной становится антенна, тем она меньше излучает… У Овсяникова В.В., в его книге, (см. лит.7) есть и формулы связывающие К.П.Д. антенны с ее добротностью Qe.
К.П.Д. возрастает (при постояных активных потерях на «тепло») если уменьшать добротность излучения. Добротность излучения уменьшить можно уменьшением волнового сопротивления вибратора т.е. уменьшением отношения L/C в формуле 4, увеличением сопротивления излучения в формуле 2. Можно (для «прикола») нагрузить вибратор на активное сопротивление, но по понятным причинам делать это не следует.
Передатчик (в случае с тонкой и длинной антенной) нагружен, прежде всего, на ее резонансное сопротивление, которое по величине доминирует и определяет потери в окружающих предметах.
Согласно сказанного выше Rое сильно влияет на К.П.Д.
Необходимо вырождать образующийся колебательный контур, превращать провод в вибратор. Антенна должна быть ВИБРАТОРОМ, хорошим передатчиком, транслятором, проводником энергии от генератора пространству. Антенна – это движитель Э.М.В.
Генератор >> вибратор >> среда-вакуум.
По аналогии с механикой
Как видно из формулы, мощность излучения прямо пропорциональна току и сопротивлению излучения. При одинаковом токе возбуждения и при изменении сопротивления излучения, пропорционально должна возрасти и напряженность поля на индикаторе напряженности. Увеличение конечно есть, но не пропорционально и намного меньше ожидаемого. Не 3 раза, а всего 1,27 – 1,4.
Посмотрим на них более внимательно. Длинная, тонкая антенна при увеличении ее длины прибавляет незначительно, хотя сопротивление излучения у нее значительно больше? Это обусловлено тем, что антенна хоть и имеет длину, но по сути, осталась точечным вибратором. По «идее», провод должен излучать перпендикулярно своему расположению, а у нас (с учетом высоты подвеса), диаграмма по горизонтали, овал и даже не восьмерка как мы привыкли видеть в идеале т.е. в книгах см. рис.3.
Токи смещения от центра вибратора и от его концов различны, как по величине, так и по фазе. Естественно равнодействующая таких векторов и складывается векторно. Для «полезного» излучения длинная антенна – точечный излучатель, (если «точеный» стоит ли строить длинные излучатели?). Для резонансных токов, такая антенна – объем вокруг провода, который является средой поглощения. Отсюда и направление излучения. См.рис 1 а), б).
РИС.1 амплитудно-временная (фазовая) диаграмма распределения токов смещения длинного вибратора.
Как сделать антенну широкополосной, об этом достаточно сведений у всех без исключения авторов.
Это далеко не полный список. Вибраторы с активной нагрузкой не хочу рассматривать, ввиду нерационального использования подводимой к ним энергии, хотя такой способ отлично справляется с задачей, но К.П.Д.… Как нагревать среду при помощи термоэлектрических нагревателей (ТЭНов) или попросту резисторов – активных сопротивлений, можно прочесть в курсе «Тепломассопереноса».
Вернемся к нашим … антеннам. Как заявлено в начале – антенна должна быть толстой, постараюсь убедить в этом. Правда убедить можно только заинтересованных.
РИС.2 – распределение амплитуд и фаз токов смещения по длине вибратора и направление результирующей.
Такое распределение токов и фаз по длине вибратора возбуждает не только поперечную волну Т, а и продольную, на создание которой расходуется значительная доля энергии, для нас опять же бесполезной. Вообще, питать антенну выгоднее «напряжением», чем «током». Вспомним пример высоковольтных ЛЭП. Антенны, с большим Re, естественно, эффективнее тех у которых оно мало. Вибраторы с емкостной нагрузкой на концах имеют повышенные и даже высокие сопротивления излучения, но и они протяженны, тонки, резонансны, узкополосны.
Емкостные антенны то же, давно известны. У таких антенн хороший К.П.Д. и…все же, из за их относительной протяженности, громоздкости и они не находят широкого применения. Длинная антенна, образно, напоминает источник с большим внутренним сопротивлением («батарейку»). Напряжение на выводах есть, а фонарик не светит. Для избавления антенны от резонансных явлений, необходимо из паразитной колебательной системы, удалить один из реактивных элементов L или C. Лучше индуктивность, L.
Согласно источников, мощность отдаваемая в нагрузку (а нагрузкой является эфир) равна (См. лит.1-7,9).
Где П – вектор Пойнтинга равный удельной плотности потока мощности
S –площадь среды, «эфира» в раскрыве (апертуре) между двумя цилиндрами вибратора занимаемая Е и Н полями.
Где h и D средние геометрические размеры поверхности S – диаметр и расстояние между цилиндрами вибратора.
Удельная плотность потока мощности умноженная на площадь и есть мощность в Ваттах. При неизменной напряженности (не напряжения!), изменяя площадь излучателя можно увеличить излучаемую мощность. Здесь есть предпосылка конструировать толстые короткие вибраторы. Противоречия с законом сохранения энергии нет, так как ток смещения «производная» площади. Увеличивая площадь S, ток смещения увеличивается, но увеличивается и контур тока, а напряженность остается постоянной. Известно, что действующая площадь приемной антенны, характеризует способность последней извлекать энергию из падающей на нее Э.М.В.
Резонанс – это отклик, отклик колебательной системы на периодическое воздействие.
Для передачи активной мощности переменного тока резонанс бесполезен, вреден. В подтверждение этого заявления можно обратится к старым справочникам по силовым кабелям, где в характеристиках, по каждому из них, есть пункт указывающий на предельную или критическую длину, длиннее которой кабель применять нельзя. Причина кроется в проявлениях резонансов – паразитных явлений. Поэтому для передачи электроэнергии на значительные расстояния и применяются воздушные линии электропередач, которые по стоимости их устройства, того же порядка что и кабельные. Силовые кабели, нельзя применять «бесконечной» длины даже на промышленных частотах 50 Гц.
В длинных, полноразмерных антеннах подобное явление присутствует всегда и, хотя оно не выводит из строя полотно антенны, все же является бесполезным, паразитным, вредным. Длинная линия для транспортировки, передачи ВЧ энергии вполне хороша, но использование ее тонких проводников для излучения последней весьма неэффективно.
Вспомним как «на заре» машинного кораблестроения пытались применить длинный шнек как движитель. В результате корабль стоял на месте, а машины работали на полную мощность и только случайность, случай, поломка самого шнека, когда от него осталась только маленькая часть привели к желаемому результату. Потом конечно разобрались, теперь это всем известный винт, который несравненно меньше шнека, но насколько он эффективней последнего.
Значит для передачи энергии размеры (длина) не так важны, как форма. Скажете, что подобные аналогии не вполне корректны. Да в этом есть доля правды. Но согласитесь, что рассуждать о неосязаемых, почти абстрактных вещах дело совсем не благодарное, да и подтвердить или опровергнуть их с той имеющейся сейчас номенклатуры приборов, нет возможности. Несколько «не те», эти приборы. Нужны другие решения. Но это другой разговор.
Четвертьволновый вибратор имеет входной импеданс 75, а пространство 377 Ом!
Хм!… Как помнится, из электродинамики, для передачи максимальной мощности, необходимо что бы сопротивление нагрузки (т.е. пространства), было равно сопротивлению источника. Здесь явно «проглядывается» нонсенс, несоответствие. Необходимо согласовать с пространством излучатель. Задумывались ли мы, воспитанники нашей школы, какого значения, какого порядка емкость между плечами проволочного вибратора. Она ничтожно мала. Значит ничтожно малы и токи смещения создаваемые им. Поле возбуждаемое таким вибратором имеет только электрическую компоненту напряженности. В длинных антеннах подводимая Э.Д.С. изменяясь производит магнитное поле, а последнее изменяясь производит первое и т.д. Где то вдалеке (в волновой зоне) в следствии неодинаковых потерь составляющих Э.М.П. их вектора изменяют направление и частично эти поля начинают совпадать по фазе (среда оказывает разное воздействие на разные компоненты полей изменяя их скорость за счет поглощения) и только теперь Э.М.В. имеет активную составляющую и она удовлетворяет условию распространения или вектору Умова-Пойнтинга. Ток в антенне сравнительно мал, так как ничтожно мала емкость между плечами вибратора. Здесь доминирует индуктивность, индуктивность распределенная.
… для избавления антенны от «паразитной» (конечно это режет слух) колебательной системы в ее полотне, необходимо «удалить» один из реактивных элементов L или C, лучше L. Паразитную индуктивность устраняют укорочением вибратора. Остается только емкость. С одной емкостью без индуктивности, колебательная системы нет, она исчезла, нет и резонансов. Для увеличения емкости и соответственно токов смещения, вибратор утолщают. Образуется цепь только из емкости. Емкостную составляющую вибратора, необходимо компенсировать сосредоточенной индуктивностью катушки, узла согласования и тогда цепь вибратора превращается в активное сопротивление потерь, потерь на излучение.
. с увеличением площади цилиндров увеличивается активная составляющая CR цепи (доля R), т.е. потери на излучение. Поэтому индуктивность для компенсации емкости требуется меньшая, это заметно по уменьшению количества витков в компенсирующей катушке.
Распределенную индуктивность (точнее ее действие) невозможно скомпенсировать сосредоточенной емкостью, так как действие последней может распространиться только на длину до 0.1λ.Токи смещения ввиду малой «меж плечевой» емкости вибратора малы и несинфазны между собой и вдоль полотна, да еще паразитные резонансы проявляются, реактивные токи которых являются главными «производителями» потерь на тепло. Квазистационарное поле вокруг вибратора определяется, в основном, подводимым к полотну напряжением от генератора, именно оно, изменяясь, производит магнитное поле. На среду (в данном случае) воздействует только электрическая компонента Э.М.П., так как фаза произведенного магнитного поля сдвинута на 90 градусов т.е. ток не синфазен с напряжением, что соответствует нулевой мощности. Но индуцированное электрическим полем магнитное уже не успевает возвращаться в антенну и на значительном удалении от излучателя, в следствии потерь, направление векторов Е и Н изменяют направление и эти поля (как сказано выше), частично, совпадают по фазе. Отсюда и те незначительные проценты (сказанные выше)идущие на образование Э.М.В.
На характеристики такой антенны влияет ВСЁ, и высота подвеса, и материал мачты, траверсы, длина оттяжек и их материал, проводимость почвы, наличие растительности и строений, погода и т.д.
Короткий, толстый вибратор является эквифазной и эквипотенциальной поверх-ностью. Плечи такого вибратора это уже площадь, емкость. Токи смещения имеют большую величину. При полной компенсации емкостной составляющей вибратора Э.М.П.имеет чисто активную составляющую потерь, потерь на излучение, т.е. полезных потерь.
В таком вибраторе магнитное поле и электрическое вместе, синфазно воздействуют на среду, возбуждая Э.М.В. Естественно пространственно магнитное и электрическое поля геометрически расположены под 90 градусов, но они синфазны.
Для такой антенны необходимо повышенное напряжение питания.
…расчет емкости вибратора несколько затруднен, ввиду разнообразия фигур образующих диполь… одной общей формулы для вычисления токов смещения быть не должно
…антенна принимает мощность Э.М.В. и отдельно на напряженность электрического и магнитного поля реагирует слабо, поэтому настраивать на прием в железобетонном помещении такую антенну на прием не стоит, можно ошибиться. Хорошо ведет себя такая антенна особенно при приеме местных станций работающих на полуволновой диполь, так как в относительной близости от длинных антенн преобладают Е поля, электрическая компонента сигнала. Сила сигнала от таких станций падает значительно, а дальние остаются на том же уровне и еще уменьшение общего шума.
Здесь предпочтительнее увеличивать толщину, емкость вибратора, а не длину так как с увеличением последней увеличивается доля шумов.
Увеличивая емкость вибратора, тем самым, увеличивают токи смещения в пространстве вокруг него, но саму емкость лучше увеличивать «за счет» увеличения площади, а не длины, так как длина увеличивает долю шумов.
Значит длинные, толстые цилиндры, хоть и весьма технологичны, но не оптимальны.
Все это говорит о том, что данная короткая антенна не полевая, а потоковая DB. DB предпочтительней употреблять вместо ЕН, так как последние величины, это величины удельные. В такой антенне излучается мощность, энергия, (она возбуждает среду) а не одна из компонент Э.М.П.
… Концепция короткой потоковой антенны полностью соответствует классической теории, ничего придумывать не надо, а разумней шире (свободнее) использовать ее в практике.
Какие пути воплощения просматриваются?
Антенна представляет из себя цепь с большим сопротивлением потерь на излучение. Это и определяет ее модель, формулу. С учетом сказанного выше просматривается конструкция состоящая из объемного вибратора соединеного с повышающим трансформатором (все это уже было!,это трансформатор ТЕСЛА) и компенсирующей индуктивностью. Оригинальное решение применил RA3OZ В.Дудко. Он запитал свой вибратор через полуволновый повторитель длиной около 27 метров, при этом входное сопротивление вибратора передается к выходу трансивера или согласующего устройства в котором оно не только трансформируется, но еще с помощью дополнительного вариометра компенсируется. Вот пример хорошего решения при котором не надо лезть на мачту для настройки, а в комфорте домашнего дивана настраивать антенну на разные диапазоны.
Тэд Харт предложил замечательную антенну – короткий, толстый вибратор, много меньше длины волны (см.10 и 11) » 0,01l. На слуху это «баночные» антенны, но последнее обстоятельство сути не меняет. После беглого опробования, скепсис быстро улетучился и взглянуть пришлось более внимательно. Это диполь Герца плюс мост Бушеро – Ширэ [см.8]. Эта антенна действительно хороша. Этот тандем сокрушил некоторые, казалось бы, нерушимые истины. Заявленные показатели антенны соответствуют, проверено. В виду малых размеров вибратора токи распределены равномерно, фазы начала и конца вибратора одинаковы. Антенна не резонансна. И, все-таки, это диполь Герца, у которого емкость вибратора скомпенсирована индуктивностями моста см. рис.4.
РИС.3 Изменение диаграммы направленности горизонтального вибратора длиной l, от высоты подвеса.
| H=0,03 | H=0,06l | H=0,125l | H=l/4 | H=l/2 |
РИС. 4. – амплитудно-временная (фазовая) диаграмма распределения, по короткому вибратору, токов смещения и их векторная “картина”.
В схеме применен мост Бушеро – Ширэ (известный еще с позапрошлого века; см.[8]) этот мост отлично согласует и симметрирует, практически, любые антенны см. рис. 4 в).
О некоторых теоретических предпосылках, с Тедом Хартом, можно поспорить, но результат у него получился хороший. Хорошо “летают” только красивые антенны. Начнем спорить и восхищаться.
Версия – гипотеза, (в том виде в каком она дошла до нас по интернету) главная концепция EH антенны о том, что ток и напряжение индуктивностями сдвигается так, что находятся в фазе и одновременно возбуждают Э.М.В., мне кажется, «не прокатывает», так как в длинных антеннах мы всегда стремимся к тому же. Бегущая волна и минимальный К.С.В. подтверждение нашим сомнениям, ток и напряжение совпадают по фазе, а в пространстве, геометрически расположены под 90 градусов. Результат, правда, разный. В длинных антеннах на долю бегущей волны приходится не вся подводимая энергия, а только ее часть. В коротком, толстом вибраторе излучающим элементом является объем тока смещения в пространстве с напряжением находящимся с ним в фазе.
В такой антенне нет резонансов, ее «внутренний» колебательный контур вырожден полностью или почти полностью. В EH антенне достаточно большая активная составляющая входного сопротивления, образуемая емкостями цилиндров, последние и определяет токи смещения. Это сопротивление (активное) доминирует, преобладает значительно над остальными. В этом вибраторе нет распределенной индуктивности! Это важно.
Емкость цилиндров компенсируется индуктивностями моста. Удлиняя цилиндры в EH антенне, тем самым увеличивают ток смещения. Сопротивление излучения (согласно закону Ома уменьшается), но напряженность полей растет. Наблюдается некоторая зависимость, пропорция между током и напряжением. Для максимально возможной колебательной способности вибратора необходимо соотношение полей Е и Н, так как среда имеет своё сопротивление для Э.М.В. Для любой работы необходима мощность.
Для приема, такая антенна, это то же, чисто активное звено. Энергия наводимая в такой антенне не переизлучается, так как нет Rое. …известно что резонансные антенны половину наводимой энергии переизлучают… Для Э.М.В. такая антенна является “Абсолютно черным телом” (общефизическое понятие) т.е. поглощает весь приходящий поток энергии.
Далее в тексте … сопротивление излучения ЕН антенны не зависит от частоты или размеров… последнее то же не корректно, как раз наоборот, от размеров очень зависит.
И все же, концепцию ЕН антенны, … совмещение тока и напряжения…, считаю надуманной, но по сути, по цели, правильной. Зачем их совмещать, если простым вырождением образующегося контура и компенсацией емкостной составляющей, достигается та же цель?
Хорошую антенну предложил Тэд Харт! Что значит взглянуть на привычные вещи нетрадиционно! Не все еще сделано на К.В.! Бум малых антенн еще не начался, но настанет непременно. Перешагнуть этот порог, порог устоявшихся традиций и сбросить тяжесть прошлых знаний – нелегко. Знания, порой, не дают, ограничивают свободу мысли.
…к 1895 году, в мире, великие умы стояли на пороге открытия радио. Идея витала в воздухе, многие теоретические вопросы были решены ими, но тяжесть прошлых знаний не дала им сделать первыми этот шаг. Как известно А.С. Попов взглянул на все это нетрадиционно. Весь мир мгновенно оценил и подхватил эту идею, тем более, что теоретическая база была.
Литература и источники:
1. А.А.Харкевич «Основы радиотехники» Москва 1962 «Связьиздат» 2. Г.Б.Белоцерковский «Основы радиотехники и антенны» Москва 1978 Сов.радио. 3. Г.З.Айзенберг и др. «Коротковолновые антенны» Москва Радиосвязь 1985. 4. Е.М.Верещагин «Антенны и распространение радиоволн» Москва 1964 Воен.изд. 5. Х.Мейнке, Ф.Гундлах «Радиотехнический справочник» 1960. Гос.энерг.издат. 6. В.П.Чернышов «Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещания» 1978 Москва Связь. 7. В.В.Овсянников “Вибраторные антенны с реактивными нагрузками” 1985 Москва Радио и связь. 8. К.Ротхаммель “Антенны” изд.11 под ред.А.Кришке Минск 2001 “Наш Город” 9. А.М.Кугушев и др.”Основы радиоэлектроники”1969 Москва “Энергия” 10.Гусман «Радиомир КВ и УКВ» №№5-9, 2002год. 11.W0KPH http://WWW.eheuroantenna.com/
Мясоед Владимир Петрович
Старый Оскол, Россия, 309513, м-н Парковый дом 5, кв.47.
тел. 24-65-04, раб.26-60-90. RN3ZM.