Введение. Общие представления об антенных устройствах и разновидностях радиоволн их роль в развитии техники и средств связи. Современные проблемы распространения радиволн

Лекция 1

Антенной называется устройство, преобразующее колебания электрического тока в проводнике в электромагнитное поле излучения, то есть в электромагнитную волну.

Это преобразование относится к передающей антенне.

Приемная антенная – это устройство, преобразующее энергию электромагнитного поля (электромагнитной волны) в синхронные колебания тока в проводнике.

Если наводимое напряжение в приемной антенне осуществляется магнитной (электрической) составляющей электромагнитного поля, то такая антенна называется магнитной (электрической). Это уже первый классификационный признак. Антенны бывают электрическими и магнитными.

Принцип работы передающей антенны.

Представим себе проводник с током. Из теории электромагнитной индукции имеем. Вокруг проводника с током образуется замкнутое магнитное поле кольцевой формы. Направление магнитных силовых линий подчиняется правилу буравчика (штопора), согласно которому, если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока, то направление магнитной силовой линии описывается движением ручки буравчика.

Следует заметить, что только в этой точке присутствует синфазность тока в проводнике с магнитной составляющей электромагнитного поля. Далее электрический вектор образуется по законами индукции из поля магнитной компоненты волны и отстает от неё на 90^о.

Именно здесь во всех учебниках допускается графическая ошибка. Эта ошибка неизбежно приводит к ошибкам измерения фазы между магнитными и электрическими антеннами.

Энергия, излучаемая передающей антен­ной, распространяется в пространстве в ви­де электромагнитных волн.

Образование волн проще всего наблю­дать на спокойной водной поверхности, когда брошенный предмет порождает ее колебания, но продвижение волн не вызы­вает течения воды. Это легко заметить по поведению поплавков в безветренную пого­ду: они поднимаются и опускаются в ритме волн, находясь на одном и том же месте. Серия волн распространяется в форме ко­лец, тогда как поверхность воды остается неподвижной.

Серия волн описывается следующими параметрами:

• длина волны l - минимальное расстоя­ние между двумя точками, принадлежа­щими одинаковым участкам волны, на­пример между ближайшими гребнями или ближайшими впадинами волн;

• частота f - число волновых движений за секунду;

• скорость распространения с - скорость, с которой гребень волн удаляется от ис­точника энергии.

Соотношение этих параметров выража­ется формулой

l= c/f (1)

Для электромагнитных волн с = 3 ´ 10⁸ м/с (скорость света).

Эти соотношения по аналогии с колеблю­щейся водной поверхностью можно приме­нить к распространению электромагнитных волн. Они также характеризуются длиной волны, измеряемой в метрах в диапазонах длинных, средних, коротких и метровых волн.

Обычно переменный ток синусои­дальной формы представляют в виде гра­фика, приведенного на рис. 1.

Если по горизонтали откладывать вре­мя, а по вертикали - напряжение, которое измерено в какой-либо точке провода, то окажется, что это напряжение с течением времени будет изменяться по синусои­дальному закону, как показано на рис. 1. Аналогичный график служит «мгновен­ным снимком» незатухающей электромаг­нитной волны: его можно получить, если одновременно измерить напряжение в каж­дой точке провода. Мгновенное значение напряжения изменяется по величине и знаку со временем (с расстоянием). Оче­видно, что длину волны допустимо изме­рять на нулевом или любом ином уровне между произвольными соседними точка­ми одинаковой фазы.

Принято выражать фазу в угловой мере, полагая, что полный колебательный процесс (одна длина волны) соответствует 360°. Бла­годаря этому легко сравнивать фазы и ха­рактеризовать фазовые сдвиги.

Частота колебательного процесса изме­ряется в герцах (Гц):

В безвоздушном пространстве скорость распространения электромагнитных волн составляет 300 000 000 м/с (скорость све­та). Под безвоздушным пространством по­нимают абсолютную пустоту, некое идеаль­ное, несуществующее состояние. Однако даже космическое пространство не являет­ся абсолютно пустым.

Поскольку данный процесс постоянно повторяется с периодичностью переменно­го тока, распространение электромагнит­ной волны происходит с частотой (то есть на длине волны), в точности соответствую­щей возбуждающему переменному току. Волна удаляется от проводника в окружа­ющее пространство со скоростью света.

Этот механизм действует, если генератор в строго определенные моменты времени вырабатывает ток противоположного на­правления, чтобы не допустить исчезнове­ния убывающего поля и вытолкнуть его об­ратно в окружающую среду. Электромагнитные волны распространя­ются в свободном пространстве в направ­лении, перпендикулярном векторам на­пряженности электрического и магнит­ного полей, как это показано на рис. 2 (Е и Н обозначают напряженности элект­рического и магнитного полей соответствен­но). Их векторное произведение называют вектором Умова-Пойнтинга S. Этот вектор описывает перенос энергии в направлении распространения волн, перпендикулярен Е и Н и определяет количество энергии, переносимой за одну секунду в указанную сторону сквозь площадку размером 1 м², нормальную к направлению распростране­ния радиоволн.

Дата добавления: 2014-01-07