ГЛАВНАЯ | ФОТОАЛЬБОМ | ФАЙЛЫ | СХЕМЫ | ФОРУМ
♠ Многих радиолюбителей интересует вопрос, -
Важная особенность ЭМП - это деление его на "ближнюю" и "дальнюю" зоны.
В "ближней" зоне излучения, электромагнитная волна еще не сформирована.
Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющей полей
(электромагнитной волны), ответственных за излучение. "Дальняя" зона диполя
Герца - это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния
более чем λ/3. Краткий вывод:
1. Антенны Герца создают E и H поля, которые
находятся пространственно под 90° друг к другу, и они находятся не в фазе,
пока они не распространились далеко от антенны. Когда они становятся в фазе,
создается электромагнитное излучение.
2. Для характеристики величины ЭМП
используется понятие напряженность электрического поля, обозначение Е, единица
измерения В/м (Вольт-на-метр). Величина магнитного поля характеризуется
напряженностью магнитного поля Н, единица А/м (Ампер-на-метр). Теперь возьмем
для обсуждения традиционный полуволновой вибратор (диполь Герца). Рассмотрим
его в трех основных аспектах доступных каждому радиолюбителю:
1. Апертура;
2. Потери на излучение;
3. Понятие согласования;
Начнем с апертуры.
1. Если
взять бесконечно тонкую антенну, она не излучает. Здесь отсутствует апертура
антенны. С появлением толщины, часть энергии подводимой к ней потребляется
на излучение, но только часть энергии. Главная цель антенны, породить и
создать вокруг себя ЭМП, и максимально преобразовать подведенную мощность
генератора в потери на излучение (Rп). Антенна должна быть хорошим излучателем
энергии от генератора к среде. Антенна - это преобразователь электрической
энергии в ЭМП. Рассмотрим диполь Герца длиной λ/2 как стандартный излучатель,
т.к. на него часто опираются в расчетах. С уменьшением его длинны, апертура
антенны падает, а уровень излучения ЭМП уменьшается с квадратичной зависимостью.
Значит, для эффективной работы диполь λ/2 должен иметь определенную длину
и толщину.
2. Диполь Герца, это прежде всего, длинная линия с потерями на
излучение (Rп), а так же с потерями на активное сопротивление антенны (Rа)
и прочие реактивные нагрузки. Последние по понятным причинам должны быть
минимальными. В диполе Герца они присутствуют в полном объеме, если быть
более точным, это очень простой ряд включенных RLC элементов. Это очень
длинный резонансный элемент. На образование электромагнитной волны в тонкой
антенне расходуется достаточно низкий уровень подводимой к ней мощности!
Такова природа диполя. Надо честно осознать, что за период времени в 120
лет, человечество не смогло придумать нечто более совершенное, чем диполь
Герца.
3. Теперь вспомним теорию баланса сопротивлений. Четырехполюсник,
- его входное и выходное сопротивления должны равняться сопротивлению генератора
и нагрузки. А что такое КСВ, знает любой начинающий радиолюбитель. Радиолюбитель
согласует входное сопротивление антенны с генератором и часто не задумывается
о согласовании сопротивления излучения со средой. Баланс должен быть везде,
в том числе между антенной и средой. Среда, как известно это эфир. В "дальней"
зоне диполя Герца есть связь между Е и Н: Е = 377Н, где 377 - волновое сопротивление
вакуума. Мы пришли к выводу, что идеальная антенна, это некий прибор, имеющий
100% потерь только на излучение с входным сопротивление в 50 Ом, и сопротивлением
излучения 377 Ом. Тогда мы в своих фантазиях можем позволить себе увидеть
некую производную диполя Герца (далее - ПДГ) без реактивных элементов для
создания ЭМП, а именно: ГЕНЕРАТОР -(50 Ом; N Вт)- "ПДГ" -(377 Ом; 100% N
Вт)- ЭФИР = (377 Ом). Получилась красивая и весьма наглядная трактовка.
Глядя на нее, становится понятным, что на некий ПДГ ложится огромная задача
преобразовать выходное сопротивление генератора в сопротивление эфира и
преобразовать всю электрическую энергию в ЭМП в широком диапазоне частот.
Человек всегда хотел иметь вечный двигатель, по этому нам хотелось что -бы
наша антенна приближалась к идеалу… В диполе Герца этому мешают распределенные
реактивные элементы, по этому он узкополосен и малоэффективен.
В связи с
этим у идеальной антенны не должно быть как реактивных элементов, так и
активных, и соответственно идеальная антенна не должна иметь резонанса.
У идеальной антенны в ближней зоне не должно быть отставания по фазе векторов
Е и Н. К сожалению, мы не можем себе представить идеальную антенну как некую
нейтральную субстанцию, в ней в любом случае должен присутствовать один
из выше перечисленных элементов. Элемент Rа хотелось бы иметь минимальным
по умолчанию. Нам необходим некий вибратор с характеристикой самого пространства.
Это должна быть либо индуктивность, либо емкость. Тэд Хард выбрал емкость,
а эквивалентная схема антенны выглядит как на рис.1. Емкость контура, это
развернутая емкость (два цилиндра), которая работает на излучение. Это толстые
и укороченные вибраторы.
Попробуем обосновать его выбор.
Увеличение толщины вибратора позволяет:
- сильнее связать его с пространством, а значит увеличить долю потерь энергии на излучение;
- снизить добротность антенны, и тем самым расширить полосу пропускания антенны.
И здесь главное во время вспомнить особенности ЭМП, а именно:
⇒ продолжение