Инж. Н. Н. Шумская.
За последнее время в иностранной литературе имеется большое количество работ, посвященных вопросу о распространении электромагнитных волн. Но обычно исследуется распространение волн на больших расстояниях от передатчика. Общество «Телефункен» опубликовало в своем журнале «Телефункен-Цейтунг» интересную работу S. Klimke, занимающуюся исследованием распространения энергии вблизи передатчика и изучением влияния различных препятствий, находящихся между передатчиком и приемником. Целью настоящей статьи является ознакомление читателя с вышеуказанной работой.
Коснемся предварительно вопроса, как и в чем должно проявиться влияние препятствия, стоящего на пути распространения волны. Электромагнитная волна представляет собой волну напряжения электрического и магнитного полей1). В нормальных условиях распространения (напр. по ровному месту) считают, что электрическое поле Е направлено вертикально, а магнитное — Н — горизонтально, и плоскость, в которой они находятся, перпендикулярна направлению распространения волны (см. рис. 1).
Рис. 1. Электромагнитная волна.
Когда на пути движения волны станет какое-нибудь препятствие, это соотношение нарушается, так как электрическая и магнитная составляющая по разному будут на него реагировать. Кроме того, направление Е и Н также может измениться. Электрическое поле может наклониться и дать, кроме вертикальной, еще и горизонтальную составляющую, которая в ряде случаев может по величине превзойти вертикальную. Все эти явления будут зависеть от свойств препятствия, как увидим ниже.
Рис. 2. Схема измерения.
Скажем еще несколько слов о методе измерений. На рис. 2 дана принципиальная схема приемника — лампового детектора с сеточным детектированием, в анодной цепи которого поставлен гальванометр. При настройке на измеряемую станцию замечается максимальное отклонение гальванометра при резонансе. Прибор предварительно градуируется прямо на величины Е и H. При измерении электрического поля Е, с детектором при помощи катушки L связывается маленькая антенна; при измерении магнитного поля Н — рамка, так как антенна реагирует на электрическое поле, а рамка, главным образом, — на магнитное. Фотографии прибора со включенной рамкой и антенной даны на рис. 3 и 4. Как видно, прибор весьма портативен.
Рис. 3. Устройство для измерения магнитного поля.
Рассмотрим результаты опытов о влиянии домов. На рис. 5 показан график изменения электрического поля Е по мере удаления от кирпичного дома. По горизонтальному направлению отложено расстояние от стены дома в метрах, а по вертикальному — ослабление электрического поля в % от нормальной величины Е, которая получается там, где препятствие уже не влияет. Мы видим, что около самой стены поле ослаблено на 80%, и только на расстоянии около 30 м оно приобретает нормальное значение. Что же касается магнитного поля, то на него кирпичный дом не оказывает никакого влияния и оно остается таким же, как если бы этого дома на пути не было вовсе.
Рис. 4. Устройство для измерения электрического поля.
Отчего это происходит? Сильное изменение электрического поля объясняется проводимостью кирпичных стен, благодаря чему силовые линии концентрируются в стене, как это видно из рис. 6.
Изменение магнитного поля получается в случае возникновения в стенах вихревых токов, вызванных индукцией от приходящего поля, которые взаимодействуют с вызывающим их полем и изменяют его. Как показал опыт, вихревые токи в кирпиче, если и есть, то весьма слабые и поэтому магнитное поле в нашем случае осталось без изменения.
Рис. 5. Электрическое поле около кирпичного дома.
Иначе обстоит дело с железо-бетонными сооружениями, где в арматуре2) могут возникнуть сильные вихревые токи (рис. 7). Электрическое поле в этом случае также сильно слабеет вблизи стен, а магнитное возрастает со стороны, обращенной к передатчику, и сильно слабеет с противоположной. Этот пример показывает нам влияние вихревых токов. Там, где направление приходящего магнитного поля совпало с направлением магнитного поля от вихревых токов, — мы получим усиление, а там, где направление вихревых токов изменилось на обратное, — получилось ослабление.
Исследование влияния деревянных домов показало, что на магнитное поле они не оказывают влияния, а на электрическое — слабое. Это зависит, конечно, от сухости дерева.
Рассмотренное влияние домов на величину электрического поля позволяет сказать, что приемную антенну невыгодно вешать вблизи стены, а лучше ее, по возможности, отнести в сторону, так как этим мы выиграем в силе приема.
Рис. 6. Концентрация электрических силовых линий в кирпичной стене.
Рассмотрим теперь, что происходит внутри домов.
Как показывает опыт, электрическое поле внутри кирпичного дома слабеет по мере опускания от верхнего этажа к нижнему. Так в доме с черепичной крышей в 4-м этаже электрическое поле ослаблено на 10—20%, в 3-м — на 30—60%, во 2-м на 60—80% и в 1-м на 70—95%.
Железная крыша, громоотводы, трубы и пр. способствуют еще большему ослаблению поля. В доме с железо-бетонной крышей даже в самом верхнем этаже нельзя обычно обнаружить наличия электрического поля. В одном и том же этаже в узких и маленьких помещениях поле слабее, чем напр., в большом зале. Влияние труб и проводов сказывается еще в наклонении электрических силовых линий. Это явление определяется исключительно местными условиями. Ослабление электрического поля объясняется тем, что силовые линии концентрируются в стене (см. выше). Число их, проникающее в дом, зависит от проводимости стен, и будет тем меньше, чем больше проводимость. Получается экранирующее действие. Так как по мере опускания к земле все большее число силовых линий засасывается стеной, то прием в нижних этажах хуже, чем в верхних.
Рис. 7. Действие железо-бетонного здания на электромагнитную волну.
Что касается магнитного поля внутри домов, то тут явление иное. В большинстве случаев поле внутри дома не отличается от поля снаружи и прием во всех этажах одинаков. Небольшое изменение поля получается при возникновении сильных вихревых токов. Полное исчезновение приема получилось в одном только случае: когда прием производился под крышей башни, причем эта крыша была сделана из медных листов. В данном случае получился экран от магнитного поля.
Отсюда мы можем вывести, что прием на комнатную антенну вещь мало выгодная, в особенности в нижних этажах высоких домов. Прием на рамку будет практически повсюду одинаково хорош, если нет каких-либо исключительных условий.
Металлические фонарные столбы, железные решотки, каменные ограды и т. п., все это оказывает влияние на силу приема. Расстояние, на которое распространяется влияние такого препятствия, примерно равно его высоте.
Благодаря такому количеству влияющих факторов, сила приема на небольшом (в пределах города) расстоянии от станции будет зависеть от того, что находится между передатчиком и местом приема. Поэтому точки с одинаковой силой приема будут лежать не на окружности, в центре которой находится станция, а на какой-то ломаной линии.
Проверить все сказанное на опыте весьма нетрудно.
1) Подробнее см. "Р. В." № 7 за 1928 г. статью инж. Попова — "Понятие электромагнитной волны".
2) Арматурой в железо-бетонных сооружениях называются железные скрепления (балки, прутья и т. п.), которые закладывают в бетон.