П. А. Н.
Известно, что антенна представляет собой электрическую цепь, обладающую емкостью, самоиндукцией и сопротивлением (1). Обычно соотношение между этими величинами таково, что в антенне могут возникать электрические колебания. Мы говорим, что антенна — «колебательный» контур.
Это понятие хорошо известно всякому, кто мало-мальски знаком с радиотехникой. Во всяком приемнике существуют один или несколько колебательных контуров. Некоторые можно видеть воочию, если они состоят из катушки и конденсатора; их можно настраивать на ту или иную длину волны, либо вращая ручку конденсатора, либо меняя число витков катушки. Это наши "полезные" колебательные контуры. На ряду с ними есть «вредные», которые не так-то легко обнаружить. Они проявляются либо в виде плохой слышимости, тупой настройки, либо свиста, писка и других помех в ламповом приемнике.
Антенна коренным образом отличается от перечисленных — назовем их обычными — колебательных контуров. На черт. 1 показано электрическое поле хорошо известного всем плоского конденсатора. Мы видим, что электрические силовые линии почти целиком сосредоточены между двумя его обкладками. Вне этих обкладок электрическое поле совсем не заметно (ничтожное количество силовых линий), так что практически можно считать, что за обкладками оно не существует. Электрическое поле вертикального заземленного провода, который представляет собой простейшую антенну, показано на черт. 2. Если мы вспомним обычные размеры конденсаторов и антенн, нам станет ясна разница, здесь существующая. Пусть расстояние между обкладками конденсатора будет хотя бы 10 сантиметров, а высота антенны 10 метров (на передающих станциях она всегда гораздо больше). Мы видим, что электрическое поле вертикального провода распространяется на значительно большее расстояние; иначе говоря, оно захватывает значительно большую часть пространства сравнительно с полем плоского конденсатора. Та же разница существует между магнитным полем катушки (черт. 3) и магнитным полем провода (черт. 4). Электрическое поле конденсатора и магнитное поле катушки заключены в сравнительно малые объемы: первое между обкладками, второе внутри намотки. Колебательные контуры этого вида называются замкнутыми. В противоположность им антенна называется открытым колебательным контуром.
Благодаря небольшому расстоянию между обкладкамн конденсатора, можно считать, что участок, по которому течет ток, имеет очень малую длину. Это означает, что конденсатор равноценен чрезвычайно короткому проводнику, по которому даже протекает ток может быть большой силы. По основному закону физики, сила магнитного поля получающаяся от действия какого-нибудь тока в проводнике, зависит не только от силы тока в проводнике, но и от длины проводника. Именно: напряжение магнитного поля тем больше, чем длиннее проводник. Практически можно считать, что конденсатор не дает никакого магнитного поля: в нем сосредоточено одно лишь электрическое поле.
Те же рассуждения применимы в общем и к катушке, хотя они и отстоят здесь от истины дальше, чем в случае конденсатора. Дело в том, что каждая катушка обладает определенной собственной емкостью, которую нужно представлять себе (черт. 5), как конденсатор, приключенный параллельно к идеальной, "чистой", самоиндукции. Очевидно, что емкость катушки колебательного контура мы всегда можем присчитать к емкости конденсатора. Тогда наши рассуждения сохраняют полную силу и целиком приложим к колебательному контуру, показанному на черт. 6. Итак, мы будем считать, что в катушке сосредоточено все магнитное поле контура.
Иначе обстоит дело в вертикальном проводе. Там каждый кусочек его обладает емкостью по отношению к земле и тот же кусочек обладает определенной величиной самоиндукции.
После сказанного ясно, почему закрытые колебательные контуры называются цепями с сосредоточенными емкостью и самоиндукцией, открытые же - с распределенными.
Необходимо подчеркнуть, что всюду в пространстве около антенны ее электрическое и магнитное поле существуют одновременно, чего нет в закрытых колебательных цепях.
Две изложенные особенности антенных устройств и являются причиной процесса излучения, на котором основана каждая радио-передача. Теория и опыт показывают, что движущееся электрическое и магнитное поле тесно связаны друг с другом. Так (см. черт. 7) движущиеся магнитные силовые линии порождают электрическое поле, направленное перпендикулярно к ним) и к направлению их движения. Если это электрическое поле подействует на проводник, мы обнаружим в нем ток. Сила его будет тем больше, чем больше сила магнитного поля и скорость его движения. Изложенное не что иное, как хорошо известный закон индукции, который гласит, что электродвижущая сила появляется в проводнике, когда его пересекают магнитные силовые линии. Не трудно показать, что скорость изменения магнитного потока, пронизывающего петлю проводника, и скорость движения магнитных линий — по существу одно и то же. Около движущегося электрического поля таким же путем возникают магнитные линии, как показано на черт. 8. Это явление не имеет такого широкого технического применения и составляет предмет лишь лабораторного опыта. Некоторые ученые, в связи с развитием электронной теории находят возможным даже отказаться от понятия магнитного поля и подразумевать под этим названием круг явлений, возникающих в результате движения электрического поля.
Как бы то ни было, не трудно себе представить, что движущееся электрическое и магнитное поля поддерживают одно другое и могут существовать независимо от источника, в котором они возникли. Таким образом, если бы нам удалось каким-либо путем оторвать движущиеся поля от антенны, мы могли-бы получить их свободное движение в пространстве. Этот отрыв в действительности и получается, благодаря первому свойству открытого колебательного контура (большое пространственное поле) и конечной, хотя и очень большой, скорости распространения электрического и магнитного полей. Действительно, мы знаем, что оба поля распространяются в воздухе со скоростию света, равной 300 000 км в секунду. В цепях с сосредоточенными самоиндукцией и емкостью можно считать, что электрическое поле достигает мгновенно одной и той же величины во всем конденсаторе, а магнитное поле во всей катушке. В открытых же колебательных цепях уже необходимо принимать во внимание, что поля не всюду одновременно достигают своей величины. Таким образом, при быстром изменении тока и заряда в антенне (колебания высокой частоты) поля на некотором расстоянии (напр., 3—4 длины волны) уже запаздывают в своем изменении. В этой области приблизительно и происходит отделение электромагнитного поля, которое все время уносится в окружающее пространство со скоростью света. Мы получаем разбегающуюся волну электрического и магнитного полей.
В следующей статье мы расскажем, как эта волна распространяется и возбуждает ток в приемной антенне.
