Страница:Радио всем 1928 г. №12.djvu/9

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок
Эта страница не была вычитана


Инж. А. Н. Повов.

ЭЛЕМЕНТЫ РАДИОТЕХНИКИ.

Излучение электромагнитной энергии. Направленность излучения.

До сих пор *) мы говорили только про излучение вообще и совершенно не касались вопроса о его направленности. Мы знаем, что поток энергии, мерилом которого является вектор Пойн- тинга, уходит в пространство от излучающей системы (симметричный вибратор или того или иного вида антенна). Совершенно естественным является вопрос: во всех ли направлениях одинаково излучает антенна? Здесь, как и повсюду, где речь идет об излучении, исследование можно произвести при помощи вектора Пойнтинга.

Возьмем обычную антенну, состоящую из вертикального засемленного провода (рис. 1). Подсчитаем поток энергии на 1 см2, который она дает в направлении ОА, составляющем угол я с горизонтом. В условном масштабе изобразим величину потока отрезком ОА, причем, конечно, прямая О А составит тот же угол я с горизонтальной прямой, изображающей плоскость земли. Если проделать такую операцию для целого ряда направлений (ОВ, ОС и т. д.) и соединить полученные точки, то окажется, что они расположатся кривой, довольно близкой к полуокружности.

Что можно заключить из этой диаграммы? Очевидно, наибольший отрезок у нас будет 00х, совпадающий по направлению с горизонтом. Это значит, что наша антенна излучает наибольшее количество энергии вдоль земной поверхности; как иногда говорят, она дает наиболее сильный луч по земле. По мере увеличения угла я, излучение делается все слабее и слабее, и, наконец, в вертикальном направлении антенна не излучает вовсе. Не трудно сообразить, что левая сторона диаграммы рис. 1 будет совершенно симметрична правой. Так обстоит дело с распределением излучения в вертикальной плоскости.

Что же касается распределения излучения в плоскости горизонтальной, то

там картина ■будет весьма простая. Представим себе, будто мы смотрим на нашу антенну сверху, «с высотыптичь- его полета»; тогда она изобразится одной точкой О (см. рис. 2). Если

») См. „Р.В.“ И.

откладывать величину вектора Пойнтинга, соответствующую различным направлениям ОА, ОВ и т. д., то получится точная окружность: в горизонтальной плоскости наша антенна излучает одинаково по всем направлениям.

Заметим кстати, что'направления лучей АО, ОВ и т. д. мы можем определить углом (3, который мы будем отсчитывать от какого-нибудь направления OOi, принимаемого за начальное.

До сих пор мы подразумевали, что антенна работает на собственной длине волны, т. е. что высота 'антенны равна 74 рабочей волны. Спрашивается: останется ли картина распределения излучения такой же, если на антенну будет уложено, напр., 2 волны? Оказывается, что направление наибольшего выхода энергии будет весьма заметно меняться в зависимости от распределения стоячей волны вдоль провода.

Забегая несколько вперед, скажем, что в технике коротких волн явилась необходимость давать наиболее сильный луч не по земле, а кверху, причем по земле можно было и не давать никакой энергии. Эту задачу можно решить, если уложить на антенну, напр., 2 полуволны. Диаграмма излучения для этого случая дана на рис. 3 (сплошные линии).' Как видим, по земле и вертикально вверх излучения нет, но зато мы имеем наиболее сильный луч в направлении ОМ (или симметрично ON), примерно под углом в 40° к горизонту. На том же рисунке для сравнения показана пунктиром диаграмма для антенны, работающей на V4 длины волны.

Мы не можем подробно останавливаться на объяснении этого явления, но суть дела здесь в следующем. Если мы обратили внимание на диаграммы распределения силы тока вдоль провода в двух упомянутых случаях (рис. 3 слева), то заметим, что в первом случае (’/4 длины волны) сила тока имеет одинаковое направление вдоль

всего провода; во втором случае на одной половине провода она имеет одно направление, на другой—противоположное. В образовании магнитного поля около вибратора будет участвовать весь провод, причем, очевидно, противоположные токи вызовут и противоположные напряжения магнитного поля.

Там, где они будут равны, поле уничтожится и, следовательно, не будет излучения.

К этому нужно добавить еще следующее. Как ни велика скорость распространения электромагнитного поля, все же поле устанавливается не мгновенно. Конечно, речь здесь может итти только о ничтожных долях секунды, но ведь и полный период колебания при радиочастотах, в особенности при коротких волнах, также ничтожная доля секунды. Для ориентировки возьмем такой простой пример. Пусть рабочая длина волны равна 30 м. Тогда за полный период колебаний электромагнитное поле распространится на 30 м за полпериода—на 15 и, наконец, за периода всего лишь на 7,5 м. Все эти величины одного порядка с размерами применяющихся антенн. А если вспомнить, что за 1/i периода сила тока (или напряжение) пробегает (в одном направлении) все те величины, которые оно будет иметь в дальнейшем, нам станет понятным огромное значение того обстоятельства, что поле распространяется не мгновенно. Короче говоря, дело сводится к тому, что в одну н ту же точку поля от различных мест вибратора будут проходить не одновременно. . .

Сказанное иллюстрировано на рис. 4. На антенну уложено волны. Допустим, что мы хотим найти в точке М то напряжение магнитного поля, которое получится от кусочков А и В нашего провода. Прй расчете нам придется принять во внимание три обстоятельства: 1) величину тока в этих местах; как видим, ток в В (отрезок Вв) больше тока в А (Аа); 2) направление токов; как видно, они противоположны, и-наконец, 3) хотя в проводе токи в А и В меняются совершенно одновременно, но в точке М ток от А проявит себя раньше, нежели ток от В, так как расстояние МА меньше, чем МВ. Не забудем еще, что для получения полной величины магнитного поля в точке М нужно сложить действие всех мелких кусочков провода, какие показаны при А и В.

В результате всех этих сложных воз-