Излъчване и приемане на радиовълни
Излъчване и приемане на радиовълни. Излъчването на радиовълните е процес на вълнуващи пътуващи електромагнитни вълни на радиодиапазона в пространството, заобикалящо източника на колебания на ток или заряд. В този случай енергията на източника се преобразува в енергията на електромагнитните вълни, разпространяващи се в космоса. Приемането на радиовълни е обратният процес на излъчване. Състои се в преобразуване на енергията на електромагнитните вълни в енергия на променлив ток. И. и п. П. извършва се с помощта на предавателни и приемащи антени.
Излъчване на радиовълни. Източникът на първични електрически трептения може да бъде променлив ток, протичащ през проводници, променливи полета и др. Променливите токове с относително ниска честота (например мощност 50 Hz) са неподходящи за излъчване: при тези честоти е невъзможно да се създаде ефективен излъчвател. Всъщност, ако възникнат електрически трептения, например в индуктор, чиито размери са малки в сравнение с дължината на вълната l, съответстваща на честотата на трептене на тока, протичащ в намотката, за всяка секция с една посока на тока, например A (фиг. един), има друг участък В, отдалечен от А на разстояние по-малко от l/2, в който в същото време посоката на тока е противоположна. На големи разстояния от контура вълните, излъчвани от елементи А и В, се отслабват взаимно. Тъй като намотката се състои от такива двойки антифазни елементи, тя, а оттам и цялата намотка, излъчва слабо. Осцилаторна верига, съдържаща индуктор и кондензатор, също излъчва слабо. Във всеки момент във времето зарядите на кондензаторните плочи са равни по големина, противоположни по знак и раздалечени един от друг на разстояние значително по-малко от l/2.
Фигура: 1. Намотка на индуктор.
Фигура: 4. Моментални модели на линии на електрическо поле в близост до дипола за интервали от време, отдалечени един от друг с 1/8 от периода T на текущите трептения.
Вълните, излъчвани от дипола, имат определена поляризация. Векторът на силата на електрическото поле E на вълната в точката на наблюдение O (фиг. 3) лежи в равнината, преминаваща през дипола и радиус-вектора r, изтеглен от центъра на дипола до точката на наблюдение. Векторът на магнитното поле H е перпендикулярен на тази равнина.
Променливо електромагнитно поле възниква в цялото пространство около дипола и се разпространява от дипола във всички посоки. Диполът излъчва сферична вълна, която може да се счита за плоска (локално плоска) на голямо разстояние от дипола. Амплитудите на силата на електрическото и магнитното поле, създадени от дипола, и следователно излъчената енергия, са различни в различни посоки. Те са максимални в посоки, перпендикулярни на дипола, и постепенно намаляват до нула по оста на дипола. Диполът практически не излъчва в тази посока. Разпределението на излъчената мощност в различни посоки се характеризира с радиационен модел. Диаграмата на пространствената посока на дипола има формата на тороид (фиг. пет).
Фигура: 5. Диаграма на пространствената посока на електрическия дипол.
Общата мощност, излъчвана от дипол, зависи от входната мощност и съотношението между дължината му l и дължината на вълната l. За да може един дипол да излъчи значителна част от захранваната към него мощност, дължината му не трябва да е малка в сравнение с l/2. С това е свързана трудността при излъчването на много дълги вълни. Ако l е избран правилно и енергийните загуби за нагряване на проводниците на дипола и линията са малки, тогава преобладаващата част от мощността на източника се изразходва за излъчване. По този начин диполът е консуматор на източника на енергия, подобно на активно съпротивление, свързано към края на линията, която консумира входната мощност. В този смисъл диполът има радиационна устойчивост Ri, равна на активното съпротивление, при което ще се консумира същата мощност.
Описаният по-горе дипол е най-простата предавателна антена и се нарича дипол. За първи път такъв вибратор е използван от Г. Херц (1888) в експерименти, които са открили съществуването на радиовълни. Електрическите трептения в дипола на Hertz (виж вибратора Hertz) се възбуждат от искров разряд - единственият източник на електрически трептения, известен по това време. Заедно със симетричен вибратор се използва и асиметричен вибратор (за по-дълги вълни) (фиг. 6), възбудена в основата и излъчваща равномерно в хоризонталната равнина.
Фигура: 6. Асиметричен вибратор; G - генератор на електрически трептения.
Заедно с телените антени (телени вибратори) има и други видове излъчватели на радиовълни. Магнитната антена е широко използвана. Това е пръчка, изработена от магнитен материал с висока магнитна пропускливост m, върху която е навита намотка от тънка тел. Линиите на магнитното поле на магнитната антена повтарят модела на линиите на електрическото поле на жичния дипол (фиг. 7, а, б), поради принципа на двойственост.
Фигура: 7. Сравнение на електрически дипол (а), магнитен (6) и прорези (в, г) излъчватели; 1 - проводник с ток; 2 - пръчка, изработена от материал с висока магнитна пропускливост; 3 - метален екран, в който се изрязва слот; 4 - проводници, идващи от генератора на високочестотни електрически трептения; 5 - силови линии на електрическото поле; 6 - линии на магнитното поле.