РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Рассмотрим простейшие антенны, применяемые главным образом на средних волнах.

Прием радиоволн основан на том, что они воздействуют на всякий проводник, находящийся на их пути, и наводят в нем эдс. Электромагнитное поле радиоволны приводит в колебание электроны, находящиеся ,в таком проводнике, и создает в нем ток с частотой, равной частоте тока в антенне передатчика. Простейшие приемные антенны, как правило, не настраиваются на частоту принимаемых сигналов, и поэтому длина провода у них не имеет важного значения.

В любой антенне имеются потери энергии. Наличие значительных потерь в приемной антенне для современных приемников, дающих огромное усиление сигналов, не играет особой роли. Эти приемники дают хороший прием даже с плохими антеннами. Но для простых приемников с малым усилением желательно применять хорошие антенны, в которых потери энергии невелики.

Наилучший прием дают наружные антенны. Высота антенны должна быть в сельской местности примерно 6—10 м от земли, а в городах 3—5 м от крыши. Провод применяется голый медный или специальный канатик диаметром 1—2 мм. В крайнем случае можно использовать стальной провод. Изолированный провод также пригоден, так как изоляция не является препятствием для радиоволн. Для радиовещательного приема используются следующие типы антенн.

Однопроводная Г-образная антенна (рис.1) по форме напоминает букву Г. На концах горизонтальной части ставятся изоляторы, предотвращающие утечку тока антенны в землю. Благодаря этому ток идет в приемник по снижению, которое также изолируется от земли.

Однопроводная Т-образная антенна устанавливается обычно в случае, если приемник расположен посредине между двумя высокими точками подвеса. Снижение берется от середины горизонтальной части.

Вертикальная или наклонная антенна делается без горизонтальной части и имеет один вертикальный или наклонный провод. На больших зданиях иногда устанавливают одну центральную мачту, от которой в разные стороны идут наклонные антенны. Присоединять к одной антенне несколько приемников нельзя, так <как они будут мешать друг другу.

Антенны с сосредоточенной емкостью отличаются от предыдущей тем, что на верхнем конце их имеется проводник в виде спирали или пучка проволок («метелка»), увеличивающий емкость. Эти антенны не имеют особых преимуществ перед простыми вертикальными.

Комнатные и суррогатные антенны, применяются в случае, когда невозможна установка наружной антенны. С ними прием получается хуже и в городских условиях обычно сопровождается большими помехами. Чем выше расположена комната, тем лучше работает комнатная антенна. Железобетонные стены сильно поглощают радиоволны и делают комнатную антенну мало пригодной.

Суррогатной антенной может быть какой-либо проводник, служащий для других целей, например, осветительная сеть. В приемник включается один ее провод через разделительный конденсатор емкостью 50—100 пф (точная величина емкости значения не имеет) и предохранитель на ток не больше 0,25 а (рис.2).

 

Конденсатор практически не пропускает переменный ток сети вследствие малой частоты его, а токи высокой частоты, возникающие в проводах сети под влиянием радиоволн, свободно проходят через конденсатор в приемник. Однако использование в качестве антенны осветительной сети следует делать осторожно.

Кроме того, через сеть в приемник проникают помехи от электрических установок.

Современные приемники имеют высокую чувствительность и могут давать прием удаленных станций на антенну в виде провода длиной в несколько десятков сантиметров. Но все же прием на наружную антенну значительно лучше.

Поле электромагнитной волны, воздействующей на приемную антенну, оценивают величиной напряженности электрического поля этой волны. Она равна разности потенциалов, приходящейся на 1 м длины электрических силовых линий. Дальние радиостанции создают в месте приема напряженность поля нескольких микровольт на метр (мкв/м). Если напряженность поля какой-либо радиостанции составляет 10 мкв/м, то это равносильно напряженности поля в конденсаторе, имеющем обкладки на расстоянии 1 м друг от друга и заряженном до напряжения в 10 мкв. Более сильные поля радиоволн измеряются в милливольтах на метр (мв/м).

Электродвижущая сила, наводимая в антенне радиоволнами, зависит от напряженности поля волны, высоты приемной антенны и ее конструктивных особенностей. Для сравнения качества антенн различной высоты и формы введено понятие о действующей высоте антенны, которая обычно меньше геометрической высоты.

Если обозначить действующую высоту антенны hд, а напряженность поля Е, то эдс Еа, возникающая в антенне под действием радиоволны, может быть рассчитана по формуле

Например, если hд = 8 м и Е = 50 мкв/м, то Еa = 400 мкв. Вертикальная антенна, работающая на собственной волне, имеет действующую высоту, равную примерно 0,64 геометрической высоты h. Если же высота такой антенны много меньше λ/4 то hд будет около 0,5 h. При наличии горизонтальной части hд может достигать величины 0,8 h и даже 0,9 h.

Земля в радиоустановках играет двоякую роль. Она образует одну из проводящих обкладок емкости антенна — земля, а также служит для предохранения радиоустановки от разрядов атмосферного электричества. Для выполнения первой задачи земля может быть заменена специальным проводником — противовесом. Вторую задачу может выполнить только земля. На антенне нередко накапливаются большие электрические заряды. Это бывает при прохождении заряженной грозовой тучи над антенной или при близком ударе молнии. Иногда зимой сухой наэлектризованный снег или летом пыль, поднятая ветром, могут зарядить антенну до значительного потенциала. Если антенна изолирована от земли, то накопившийся в ней заряд может перейти в виде искры в землю и при этом повредить приемник или вызвать пожар. Поэтому у радиостанций с наружными антеннами надо обязательно заземлять антенну при приближении грозы и после окончания работы.

Для быстрого отключения антенны от приемника и соединения ее с землей служит грозовой переключатель в виде ползунка с двумя контактами или рубильника (рис.3). Устанавливают его на оконной раме или около окна, чтобы вводы антенны и заземления шли к нему кратчайшим путем. Дополнением к переключателю является грозовой предохранитель — искровой промежуток примерно в 0,5 мм между двумя остриями или зубчатыми пластинками, присоединяемыми к антенне и земле. Тогда, если антенна не заземлена, заряд с нее может уходить в землю в виде искр через грозовой предохранитель.

Антенна вовсе не «притягивает» молнию, как думают многие. Молния ударяет не всегда в самый высокий предмет, так как она распространяется по линии наименьшей электрической прочности воздуха, которая обычно извилиста. Заранее предвидеть, куда молния ударит — невозможно. Все зависит от состояния воздуха в данный момент. Удары молнии в антенну весьма редки. В большинстве случаев они три заземленной антенне менее разрушительны, чем при отсутствии антенны или молниеотвода.

В городе для заземления можно, использовать трубы водопровода. Если делается специальное заземление, то закапывают в яму какой-либо (металлический предмет или забивают в землю кусок водопроводной трубы с припаянной проволокой.

Заземление иногда может быть не пригодно для приема. Например, заземление в сухой почве имеет очень большое сопротивление. В городских условиях заземление может служить источником помех от «блуждающих токов», причиной которых является главным образом трамвай, у которого ток проходит не только через рельсы, но и кратчайшим путем к электростанции через землю.

Поэтому иногда вместо заземления присоединяют противовес, который делается в виде провода, подвешиваемого под антенной изолированно от земли. Противовесом всегда пользуются на передвижных радиостанциях, для которых постоянное хорошее-заземление сделать невозможно, так как местоположение станции меняется.
На самолетах противовесом обычно служит металлический корпус самолета. Антенна может висеть под самолетом с грузиком на конце. Она выпускается после взлета, а при посадке убирается. Делается также постоянная (жесткая) антенна в виде провода, натянутого вдоль корпуса или плоскостей самолета. На морских и речных судах в качестве заземления служит вода.

Передающие антенны конструируют и строят так, чтобы потери энергии в них были минимальны, так как уменьшение полезной мощности приводит к уменьшению дальности действия передатчика. Чтобы мощность излучаемых волн была наибольшей, передающие антенны всегда настраиваются на частоту передатчика. Поэтому длина провода этих антенн обычно определяется диапазоном волн передатчика. Чем больше мощность передатчика, тем выше напряжение в антенне и тем лучше она должна быть изолирована от земли.

Антенны для мощных передатчиков представляют собой огромные сооружения. Они делаются большой высоты и иногда специально конструируются для излучения волн преимущественно в одном направлении. Из рассмотренных выше антенн в качестве передающих применяются Г-образная, Т-образная и вертикальная или наклонная антенны. Размеры антенны зависят от диапазона волн.

Для коротких волн антенны имеют сравнительно небольшие размеры, а для средних волн емкость антенны должна быть значительной. С целью увеличения емкости антенны горизонтальную часть выполняют из нескольких проводов. Иногда их располагают в виде цилиндра. Такая антенна встречается на кораблях. Для передающих антенн заземление из-за значительных потерь не применяется, а используются противовесы различных систем.

Частота свободных колебаний открытого контура зависит от его емкости и индуктивности, которые могут быть грубо определены, если известна длина и толщина провода антенны. Очень грубо можно считать, что каждый метр провода имеет емкость около 5 пф и индуктивность около 2 мкгн. Например, если длина антенны 40 м, то ее емкость Сa получается порядку 200 пф и индуктивность Lа = 80 мкгн.

Чем длиннее провод, тем больше индуктивность и емкость антенны, а следовательно, меньше частота (и больше длина волны), соответствующая собственным свободным колебаниям антенны. Если учесть, что скорость распространения электромагнитного поля вдоль провода равна 300 000 км/сек, то можно получить формулы для расчета собственной длины волны или частоты антенны в зависимости от длины провода. Волна проходит в одном направлении вдоль провода антенны за полупериод. Значит, длина провода открытого контура L равна λ/2 . Это же вытекает из распределения тока и напряжения в антенны. Отсюда следует формула

Таким образом, длина волны собственных колебаний изолированной от земли антенны равна удвоенной длине провода. Заменяя длину волны частотой по формуле

где f выражено в килогерцах, получаем

 

Практически вследствие влияния земли и других местных предметов собственная длина волны обычно несколько больше удвоенной длины провода.

Для максимального излучения волн нужно получить в антенне наиболее сильные колебания. Антенна питается от генератора и в ней получаются вынужденные колебания. Их амплитуда максимальна в случае резонанса, когда частота генератора равна собственной частоте антенны. При индуктивной связи с генератором антенна является вторичным контуром и в ней может быть резонанс напряжений.

Если передатчик должен работать на различных волнах, то необходимо настраивать антенну, т. е. изменять ее собственную частоту. Можно для этого изменять длину провода антенны, но такой метод неудобен.
Практически антенну, как и замкнутый колебательный контур, настраивают при помощи конденсаторов переменной емкости или вариометров.

Для удлинения собственной волны антенны в нее последовательно включают катушку, что равносильно увеличению длины провода. (Например, можно включить вариометр, который будет также служить для плавной настройки (рис.1 а). Последовательное включение в антенну конденсатора вызывает укорочение собственной длины волны антенны (рис.2 б), так как конденсатор включен последовательно с емкостью самой антенны Са, в результате чего общая емкость антенного контура уменьшается. Для более широкого диапазона настройки иногда в антенну включают и удлинительную катушку, и укорачивающий конденсатор.

 

В случае заземленной антенны на конце провода, соединенном с землей, не может быть пучности напряжения, так как земля имеет нулевой потенциал. Следовательно, у земли получается узел напряжения и пучность тока. Поэтому при возбуждении колебаний на основной волне (на 1-й гармонике) в заземленной антенне вдоль нее укладывается ¾*λ. Распределение тока и напряжения для этого случая показано на рис.2. Таким образом, зависимость собственной длины волны от длины провода у заземленной антенны выражается так:

Вследствие влияния земли и местных предметов собственная длина волны получается обычно больше. Практически считают, что

Рассмотрим более подробно симметричный вибратор, который является основной частью многих антенн, работающих на коротких и ультракоротких волнах. Он представляет собой четвертьволновую разомкнутую линию, провода которой развернуты в одну прямую (рис.1 а). Большинство свойств двухпроводной линии, рассмотренных ранее, сохраняется и у вибратора. В нем также создаются стоячие волны, причем на концах провода всегда получаются узлы тока и пучности напряжения. Распределение тока и напряжения вдоль вибратора получается такое же, как и вдоль проводов линии. В зависимости от соотношения между длиной вибратора и длиной волны генератора входное сопротивление вибратора принимает различные значения. В частности, при резонансе оно чисто активное.

Скорость распространения электромагнитных волн вдоль реального вибратора несколько меньше, чем скорость света, и поэтому резонанс получается в случае, когда длина провода

 

вибратора немного меньше ½*λ (примерно 0,47 *λ). Если вибратор расположен близко к земле и различным местным предметам, то приходится брать его еще короче. Кроме того, если в середину вибратора включена катушка для связи с генератором, то длина вибратора должна быть взята с учетом того, что провод катушки является частью провода вибратора. При наличии такой катушки в ее средней точке получается пучность тока и узел напряжения.

Основное отличие вибратора от линии заключается в его способности хорошо излучать радиоволны. Двухпроводная линия излучает радиоволны слабо, так как магнитные поля обоих проводов во внешнем пространстве почти полностью взаимно уничтожаются вследствие противоположных направлений токов в проводах; у вибратора же обе половинки провода расположены по одной прямой и токи в них совпадают по направлению. Поэтому излучения от этих токов складываются.

Поскольку вибратор хорошо излучает радиоволны, нельзя считать его идеальной линией. В нем получается режим смешанных, а не стоячих волн. В результате теоретического и практического исследования полуволнового вибратора выяснилось, что энергия излучаемых им волн эквивалентна потерям в активном сопротивлении 73 ом, которое следует считать включенным в пучность тока. Такое условное сопротивление, потери в котором эквивалентны потерям на излучение, называют сопротивлением излучения (Rизл).

Если бы в самом проводе и в изоляторах не было потерь энергии, то входное сопротивление вибратора в пучности тока при резонансе составляло бы 73 Ом. Но в каждом вибраторе имеются потери на нагрев провода и изоляторов, на утечку и т. п. Поэтому Zвх, называемое иначе полным сопротивлением антенны Ra, для полуволяового вибратора приближенно считают равным 80 ом (добавляя 7 ом потери). Именно такое сопротивление оказывает вибратор для генератора, включенного в пучность тока (в середину вибратора).

Полная мощность колебаний в антенне (в вибраторе) Ра определяется через ток в пучности Iа и сопротивление Rа:

Мощность излучаемых волн:

Отсюда следует, что КПД вибратора определяется как

Величина КПД для полуволнового вибратора получается достаточно высокой — порядка 0,9 и даже выше.
При изображении распределения тока и напряжения в вибраторе следовало бы учитывать наличие бегущей волны, которая переносит вдоль вибратора энергию, идущую на излучение и на потери в самом вибраторе. Однако для упрощения принято изображать только стоячую волну.

 

Надо помнить, что (рис.1 б) показывает распределение тока и напряжения без учета сдвига фаз на 90° между ними. Для более полного представления о колебательном процессе в вибраторе на рис.2 даны графики распределения тока и напряжения в нем в различные моменты времени в течение одной половины периода. В начале (рис.2 а) тока еще нет, а напряжение имеет наибольшее значение. За время 1/8 Т от начала колебания напряжение уменьшилось и возник ток (рис.2 б). Через четверть периода от начала колебания ток достигает наибольшей величины, а напряжение равно нулю (рис.2 в). Затем ток уменьшается, и снова появляется напряжение, но уже противоположного знака, так как половинки провода перезаряжаются (рис.2 г). Когда пройдет полпериода от начала колебания, ток уменьшится до нуля, а напряжение возрастет до-максимума (рис.2 д). После этого процесс повторяется в обратном направлении.

На рис.3а показаны электрическое и магнитное поля вокруг вибратора. Распространившиеся от вибратора электромагнитные волны всегда имеют определенную поляризацию, т. е. электрические и магнитные силовые линии у них располагаются в определенных плоскостях. Если волны распространяются свободно, без преломлений и отражений, то на значительном ударении по направлению, перпендикулярному к вибратору, электрические силовые линии располагаются параллельно вибратору, а магнитные силовые линии — перпендикулярно к нему (рис.3 б).

Принято поляризацию радиоволн определять по направлению электрического поля. Когда вибратор расположен вертикально (рис.3), волна поляризована вертикально, так как электрические силовые линии расположены в вертикальной плоскости. Если же вибратор расположен горизонтально, то излучаемые им волны имеют горизонтальную поляризацию.

Следует обратить внимание на то, что электромагнитные поля вблизи вибратора и вдали от него имеют различный характер. На значительном расстоянии от вибратора поле представляет собой бегущую волну, удаляющуюся от вибратора. Здесь, как и во всякой бегущей волне, колебания электрического и магнитного полей совпадают по фазе и энергия распределена поровну между этими полями. Такое электромагнитное поле принято называть полем излучения. Конечно, это поле существует и вблизи вибратора, поскольку он излучает и в нем имеются бегущие волны тока и напряжения, переносящие вдоль вибратора к отдельным его элементам энергию, расходующуюся на излучение.

Однако в вибраторе имеются также стоячие волны, амплитуда которых гораздо больше, чем амплитуда бегущих волн. Энергия стоячих волн является чисто реактивной. Поле этих волн не удаляется от вибратора, а в нем совершается лишь колебание энергии, переходящей из электрического поля в магнитное и обратно. Таким образом, непосредственно около вибратора существует сравнительно сильное электромагнитное поле стоячих волн, в котором электрическое и магнитное поля совершают колебания со сдвигом фаз 90°. Это поле, значительно более сильное, нежели поле излучения, называют полем индукции. Его напряженность очень быстро убывает при удалении от вибратора.

Пространство вблизи вибратора на расстояниях, меньших длины волны от него, в котором существует поле индукции, называют зоной индукции или ближней зоной. А пространство на расстояниях, значительно больших длины волны, в котором практически наблюдается только поле излучения, называют дальней или волновой зоной (или зоной излучения).

Разумеется, что резкой границы между ближней и дальней зонами нет. Одна постепенно переходит в другую, и между ними существует промежуточная зона, в которой поле индукции и поле излучения имеют напряженности одного порядка.

Антенной называется система проводников, служащих для излучения радиоволн на передающей станции и для улавливания радиоволн на приемной станции. Иначе говоря, антенна осуществляет преобразование энергии тока высокой частоты в, энергию радиоволн или, наоборот, преобразует энергию радиоволн в энергию тока высокой частоты.

Впервые в мире антенну применил А. С. Попов. В дальнейшем в теорию и технику антенных устройств большой вклад внесли советские ученые М. В. Шулейкин, А. А. Пистолькорс, В. В. Татаринов, М. А. Бонч-Бруевич, А. Л. Минц, Г. 3. Айзенберг и другие. В Советском Союзе были разработаны и осуществлены многие оригинальные типы антенн.

В состав антенного устройства во многих случаях, помимо самой антенны, служащей для излучения или приема радиоволн, входит еще фидерная линия, которая служит для передачи с наименьшими потерями электромагнитных волн от передатчика к антенне или от антенны к приемнику. Для правильной работы антенного устройства сами фидерные линии не должны обладать антенным эффектом, т. е. излучать или принимать радиоволны.

Принято разделять антенны на передающие и приемные, хотя принципиальной разницы в устройстве между ними в большинстве случаев нет. Передающая антенна должна излучать в нужном направлении электромагнитные волны с возможно большей энергией. В приемной антенне радиоволны, пришедшие в определенном направлении, должны создавать колебания с возможно большей энергией.

Антенные устройства обладают свойством обратимости. Это значит, что любая передающая антенна, как правило, может работать в качестве приемной и наоборот. Кроме того, если антевна, работающая в качестве передающей, обладает некоторыми свойствами, то подобные же свойства остаются и в случае использования данной антенны для приема. Например, если антенна лучше всего излучает волны в некотором определенном направлении, то она будет принимать лучше всего волны, приходящие с этого же направления. Практически иногда передающие и приемные антенны все же имеют некоторые различия.

Рассмотрим прежде всего элементарные принципы устройства и работы простейших антенн.

Замкнутый колебательный контур, имеющий малые размеры по сравнению с длиной волны, очень плохо излучает электромагнитные волны. Это можно объяснить следующим образом.

Электромагнитные волны излучаются проводником, по которому проходит ток высокой частоты. Если провод согнуть в Рис.1. Противоположные направления токов в элементах колебательного контура виде петли (рис.1 а), то в двух его половинках токи направлены в противоположные стороны.

 

Волны, создаваемые этими токами, противоположны по фазе и, если расстояние между проводами d мало по сравнению с длиной волны, то эти волны будут в пространстве взаимно уничтожаться.

Таким образом, провод в виде петли почти не излучает электромагнитные волны. То же можно оказать и о проводе в виде прямоугольного или круглого витка (рис. 1 (б) и (в)), имеющего размеры много меньше длины волны. Токи в противоположных сторонах квадратного витка направлены в разные стороны и волны, создаваемые этими токами, имеют противоположные фазы. В направлении, перпендикулярном к плоскости витка, эти волны взаимно уничтожаются. А в направлении вдоль плоскости витка сдвиг фаз между этими волнами немного отличается от 180°, так как одна из волн проходит лишний путь, равный d, и несколько запаздывает по фазе. Но если сторона витка много меньше длины волны, то запаздывание ничтожно и практически волны, идущие в этом направлении, также взаимно уничтожаются.

У круглого витка малого диаметра каждому данному элементу провода, например элементу А на рис.1 в, соответствует другой диаметрально противоположный элемент (Б на рис.1 б), причем в этих элементах токи направлены в разные стороны. Волны, создаваемые этими элементами, имеют противоположные фазы и практически взаимно уничтожаются.

Если бы размер d составлял заметную часть длины волны λ, то волны, идущие в направлении вдоль плоскости витка от его противоположных сторон, имели бы сдвиг фаз, значительно отличающийся от 180°, так как одна из волн заметно запаздывала бы, и поэтому взаимного уничтожения волн не получалось бы. Только в направлении, перпендикулярном витку, волны шли бы путями одинаковой длины и взаимно уничтожали бы друг друга.

В радиотехнических колебательных контурах, работающих на средних и коротких волнах, витки катушек имеют обычно диаметр порядка нескольких сантиметров, а длина волны измеряется десятками и сотнями метров. При таком соотношении практически можно считать, что каждый виток в отдельности не излучает, а следовательно, и вся катушка в целом также не будет излучать.

Весь контур на этих волнах можно представить как один виток, в противоположных элементах которого токи протекают в разных направлениях. В соединительных проводах АБ и ВГ (рис.1) токи имеют противоположные направления. То же можно сказать и о токах в участках АВ и БГ, т. е. в катушке и в конденсаторе. Так как геометрические размеры контура малы по сравнению с длиной волны, то контур практически излучает очень слабо.

Однако возможно изменить устройство колебательного контура так, что в отдельных его элементах токи будут иметь одинаковое направление в пространстве, т.е. колебания в отдельных элементах контура совпадут по фазе. Тогда волны, создаваемые этими элементами, взаимно не уничтожатся и получится значительное излучение. Это достигается превращением замкнутого контура (рис. 2 а) в открытый контур, т.е. в антенну.

 

Если раздвинуть обкладки конденсатора и развернуть соединительные провода в прямую линию (рис.2 6), то направления токов в этих проводах станут одинаковыми. Подобный контур излучает волны все же недостаточно, так как отсутствует излучение катушкой, и токи, протекающие по обкладкам конденсатора, направлены в противоположные стороны и под прямым углом к токам в соединительных проводах.

Дальнейшее увеличение излучения волн получится, если вытянуть провод катушки в прямую линию и вместо обкладок для создания необходимой емкости применить провода достаточной длины (рис.2 в). Тогда направление токов во всех элементах провода будет одно и то же, т. е. колебания во всех частях провода будут совершаться в одинаковых фазах, и излучение волн станет наибольшим. Таким образом, открытый контур в простейшем случае представляет собой прямолинейный провод. Практически в нем все же обычно оставляют небольшую катушку Lee для связи с генератором (рис.2 г).

Всякий провод обладает собственной индуктивностью и собственной емкостью, распределенными по его длине, а поэтому является своеобразным колебательным контуром, в котором можно получить свободные электрические колебания. На схеме (рис.3 а) в положении 1 переключателя П обе половины провода заряжаются от батареи Б.

 

Если перевести переключатель в положение 2, то электроны будут двигаться вдоль провода в направлении от нижней его половины к верхней, а затем в обратном направлении, т. е. в проводе возникнут свободные затухающие колебания.

Отдельные фазы колебательного процесса в проводе показаны на (рис.3 б). В верхней части рисунка показано распределение электрического и магнитного полей, а в нижней части — график изменения тока и напряжения в антенне.

Напряжением в какой-либо точке антенны принято называть разность потенциалов между данной точкой и симметрично ей расположенной точкой на второй половине провода. График тока показывает также изменение напряженности магнитногЬ поля, а график напряжения—изменение напряженности электрического поля. На (рис.3 6) график напряжения и соответствующее ему электрическое поле изображены штриховой линией, а график тока и соответствующее ему магнитное поле — сплошной линией.

В начальный момент (0 на рис.3 6) провод обладает потенциальной энергией электрического поля зарядов, сосредоточенных на верхней и нижней половинах провода. Тока еще нет, а разность потенциалов имеет максимальную величину. При возникновении движения электронов вдоль провода ток возрастает, а напряжение уменьшается, и энергия электрического поля переходит в кинетическую энергию магнитного поля, создаваемого током. Через четверть периода электрическое поле заменяется магнитным полем. В этот момент (1 на рис.3 б) ток максимален, а напряжение равно нулю. Затем ток и магнитное поле уменьшаются. Возникает эде самоиндукции, которая поддерживает движение электронов и провод перезаряжается. Энергия переходит из магнитного поля в электрическое. К концу второй четверти периода (момент 2) снова энергия сосредоточена в электрическом поле, но направление поля изменилось на обратное. Далее, в течение следующей половины периода весь процесс повторяется в обратном направлении и восстанавливается первоначальное состояние.

В промежуточные моменты, не изображенные на верхнем чертеже, одновременно существуют электрическое и магнитное поля, так как энергия распределена между обоими полями. Электрическое и магнитное поля имеются вдоль всего провода, причем магнитное поле наиболее сильное в середине провода, где ток наибольшей величины, а на концах провода ток равен нулю и магнитное поле отсутствует.

Открытый контур, представляющий собой прямолинейный провод, в котором могут происходить свободные электрические колебания, называют симметричным вибратором или, короче, просто вибратором, или диполем. Для получения в нем незатухающих колебаний его связывают с генератором, например, при помощи индуктивной связи (рис.4). В простейшем случае антенное устройство для длинных, средних, а иногда и коротких волн может быть выполнено следующим образом. По возможности выше над землей подвешивается сама антенна, т.е. система проводов, играющая роль одной обкладки конденсатора. Второй обкладкой является земля или второй провод, называемый противовесом и подвешенный невысоко над землей.

 

Такое антенное устройство является несимметричным. Емкость Са между антенной и землей (или противовесом) доходит до десятков или даже сотен пикофарад. Схематически антенные устройства с заземлением и с противовесом показаны на (рис.5 а) я б. На этих же рисунках даны условные обозначения антенны, земли и противовеса, применяемые в радиотехнических схемах.

Рис.5 — Антенное устройство с заземлением (а) и с противововесом (б)