РАДИО ВСЕМ, №11, 1928 год. ЭЛЕМЕНТЫ РАДИОТЕХНИКИ.

"Радио Всем", №11, июнь 1928 год, стр. 287-288

ЭЛЕМЕНТЫ РАДИОТЕХНИКИ1).

Инж. А. Н. ПОПОВ.

Излучение электромагнитной энергии. Отшнуровывание силовых линий.

Сейчас мы рассмотрим наиболее распространенную иллюстрацию явления излучения, именно при помощи силовых линий электрического поля.

Мы уже достаточно выяснили, как изображается поле посредством этих линий: движущемуся электрическому полю должны соответствовать движущиеся силовые линии. До сих пор мы разбирали только явления, где силовые линии идут от одного наэлектризованного тела к другому (линии между двумя шарами, из которых один обладает избытком электронов, а другой — их недостатком, линии одиночного провода, натянутого над землей и т. п.). Очевидно, что в свободной электромагнитной волне силовые линии не могут быть связаны ни с каким телом: они должны быть свободны и нестись в пространстве со скоростью света.

С другой стороны, антенна, источник, центр волнового возмущения в эфире как раз и должен порождать эти силовые линии. Мы знаем, что любой проводник, при прохождении по нем тока, создает около себя силовые линии, однако такие, что они всегда связаны с ним. С этой точки зрения, излучение состоит в том, что часть силовых линий отделяется, как говорят «отшнуровывается» от проводника и уходит в пространство. Очевидно, что излучающим проводником будет всякий проводник, от которого силовые линии могут отделяться.

Перейдем к самому графическому изображению. Классические опыты Герца по излучению производились не с заземленным приводом, о котором мы говорили до сих пор, а с проводником, показанном на рис. 1. По внешнему виду здесь трудно узнать современную длинноволновую антенну, однако, явления, происходящие в этом вибраторе, по существу те же, что и разобранные нами. Куски прямолинейного проводника дают распределенную самоиндукцию, а недостаточная емкость их увеличивается приделанными на концах шарами. Эдс (электродвижущая сила) подведена посредине. Если мы забудем на время про нижнюю половину вибратора и представим себе, что ливни тока от верхней части могут как-то замыкаться на себя, то станет ясно, что одна половина вибратора аналогична вертикальному заземленному проводу. Распределение напряжения по ней будет то же самое (см. рис. 2). Те же рассуждения можно приложить и к нижней половине, причем, однако, нужно помнить, что электричества на двух половинах будут всегда противоположны по знаку, а следовательно и напряжения будут направлены в противоположные стороны (рис. 2). Сила тока будет одного знака в обеих половинах. Последнее легко уяснить себе, взглянувши на рис. 3. Эдс высокой частоты мы можем заменить мгновенным элементом постоянного тока. Далее, так как ток проводимости в вибраторе замыкается током смещения в окружающем диэлектрике, мы можем таковые линии диэлектрика свести к одной трубке, по которой движутся электроны (пунктир). Круговое движение электронов понятно без пояснений. Как видим, в вибраторе они движутся в одном направлении.

Рассматривая рис. 2 легко заметить, что на нашем вибраторе укладывается полволны напряжения и тока. Заземленный провод представляет собой вибратор Герца с отрезанной нижней половиной. Вот почему герцевский вибратор называют симметричным, а о заземленном проводе, — простейшей антенне, — часто говорят как о несимметричном вибраторе.

Чтобы еще больше привести в порядок наши представления, проследим, как путем простых рассуждений можно перейти от однопроводной линии к симметричному вибратору.

Мы говорили (см. «Р. В.» № 8), что обратным проводом для однопроводной линии служит земля. Само собой ясно, что по ней идет ток проводимости: ток же смещения находит путь через воздух. Сделаем допущение, что ток проводимости в земле идет непосредственно под линией и захватывает сечение, равное сечению провода. Иными словами: представим себе, что у нас имеется обратный провод, сделанный из земли. Тогда схему рис 4а легко заменить рис 4b, разогнувши провода (рис. 4b), мы получим симметричный вибратор (рис. 4с).

Картина появления, движения и отшнуровывания силовых линий была впервые вычислена и начерчена Герцем именно для симметричного вибратора, изображенного на рис. 5а. (Отрезок АВ; эдс посредине в точке О). Проследим эту картину, начиная с момента появления напряжения на вибраторе. Положим, что нижней половине вибратора сообщается избыток электронов, а в верхней получается их недостаток (вверху +, внизу —). Тогда силовые линии электрического поля будут направлены сверху вниз, как показано стрелками на рис. 5b (дана картина их по прошествии ¼ периода колебаний; пунктиром обведена область, на которую распространилось возмущение). Дальше, с течением времени, эти силовые линии будут отодвигаться от вибратора, выпучиваться (рис. 5с) и, вместе с тем, вследствие уменьшения напряжения, концы их будут сдвигаться к центру вибратора (рис. 5d). По прошествии полпериода силовых линий на вибраторе снова не будет, а вышедшие в пространство линии сомкнутся своими концами и образуют отшнуровавшееся поле (рис. 5е).

Далее, система этих «бобов» будет уноситься от вибратора, и на нем начнется образование новых линий, только противоположного тока (рис. 5f, пунктирные линии). Рис. 5g и h понятны без пояснений.

Две волны, посланные вибратором в пространство, будут выглядеть, как показано на рис. 6. Здесь ясно видна сферическая волна, о которой мы раньше говорили. Кроме того, можно увидеть и замороженную синусоиду Е, с которой мы начали определение электромагнитной волны (см. «Р. В.» №7, рис. 3). Действительно, наибольшая густота силовых линий (точки с + и — на рис. 6) соответствует горбам синусоиды, а нули ее здесь видны как чистые кусочки. Точки, обозначенные — это положительные макушки, — отрицательные.

Картину излучения вертикального заземленного провода мы получим, если отрежем нижнюю половину рис. 6.

Заметим кстати, что приведенная иллюстрация касается только отделяющихся линий. Она ничего не говорит про линии, связанные с вибратором. А мы знаем, что они имеются и также совершают движения в соседней около вибратора области, не отделяясь от него.

Разобранный симметричный вибратор далек от длинноволновых антенн, однако им часто пользуются при очень коротких волнах.

Ответы на вопросы предыдущего номера.

  1. λ = vТ = 1/435 м = 0,76 м = 76 см2).
  2. λ = 3 * 105 * (1/25) км = 12 000 км.
  3. Грубо говоря, можно, так как колебания происходят в одной плоскости.
  4. λ0 = 4l = 4 * 90 = 360 м.
  5. 200 м.
  6. Тоже нуль.
  7. Показания будут одинаковые: в смысле безопасности лучше к земле, так как в противном случае человек будет под напряжением катушки.
  8. Первые, так как они стоят в пучности напряжения.


1) См. "Р. В". № 9.

2) Так в тексте. Правильно должно быть: (330/435) м = 0,76 м — см. исходные данные из условия (примечание составителя).