Излучение электромагнитных волн вибратором

Любая цепь, в которой течет переменный ток, в том числе обычный колебательный контур, является источником электромагнитных волн. Переменный ток создает переменное магнитное поле, последнее создает переменное электрическое поле и т. д. Однако, чтобы сделать излучение интенсивным, нужно создать специальный излучающий контур. Дело в том, что энергия, излучаемая обычным колебательным контуром в пространство, очень мала по сравнению с энергией, циркулирующей в контуре. Поэтому такой контур называют закрытым (рис. 130, а). Чтобы контур эффективно излучал, его надо сделать открытым. Превращение закрытого колебательного контура в открытый осуществляется посредством раздвижения пластин конденсатора, что последовательно представлено на рис. 130 б,в (ради удобства одна катушка индуктивности заменена двумя).

Максимальное излучение энергии будет происходить при соблюдении условия резонанса, то есть при условии, что частота питающего напряжения совпадает с частотой колебаний контура, определяемой формулой Томсона (10.13):

Чтобы повысить частоту излучения контура, надо уменьшить L и С.

Для этой цели удаляют конденсатор, а также катушку индуктивности и получают предельно простое устройство (рис. 130 г), предназначенное для излучения электромагнитных волн высокой частоты. Это — открытый вибратор, или вибратор Герца.

Так как на вибратор подается переменное напряжение, то в нем возникают стоячие волны магнитного и электрического полей, подобно стоячим механическим волнам в упругой струне. Так же как и в случае струны, длина стоячих электромагнитных волн определяется длиной вибратора l и условиями на его конце (в месте отражения волн). Если оба конца вибратора граничат с диэлектриком, то на них будут расположены узлы напряженности магнитного поля (рис. 131 а,б,в) и пучности для электрического поля. Поэтому возможные длины волн λ излучения вибратора определяются условием

и в соответствии с этим условием вибратор будет излучать электромагнитные волны с длиной волны

или с частотой

Стоячая волна, соответствующая n = 1, формируется основным колебанием вибратора. Распределение амплитуды магнитного поля (или тока) в ней соответствует рис. 131 а. Сам же вибратор с длиной l = λ/2 называется полуволновым вибратором. Такие полуволновые вибраторы используются, в частности, в телевидении в качестве антенн, как при передаче, так и при приеме электромагнитных сигналов. Так, приемная антенна телевизора наилучшим образом принимает телевизионную программу, если она представляет собой полуволновой вибратор, длина которого равна половине длины волны, на которой передается данная телевизионная программа. Полуволновой вибратор, как и элементарный диполь, излучает по разным направлениям в меридиональной плоскости (плоскости, содержащей ось вибратора) неравномерно. В частности, он совершенно не излучает «вдоль себя». На рис. 132 изображена диаграмма направленности полуволнового вибратора (пунктирная кривая соответствует диаграмме направленности элементарного диполя). Пиведенная диаграмма направленности относится к полю на достаточно большом удалении от антенны. Поле вблизи антенны (так называемая ближняя зона) рассматривать не будем.

Применяя более сложные системы излучателей (в виде решеток из полуволновых вибраторов), можно управлять диаграммой направленности, определенным образом формируя ее (менять ширину и количество «лепестков» диаграммы направленности). Это обусловлено интерференцией электромагнитных волн, излучаемых каждым вибратором решетки. Так, антенна передающей радиолокационной станции должна иметь широкую диаграмму направленности, чтобы освещать сразу весь сектор обзора или значительную его часть. Антенна же приемной станции должна иметь узкую диаграмму направленности для точного определения угловых координат цели.

Поиск по сайту: