Undele electromagnetice sunt radiate de un conductor prin care trece un curent de înaltă frecvență. Într-un conductor curbat sub forma unei bucle (Figura 3.4, a), curenții I din cele două jumătăți sunt direcționați în direcții opuse. Undele electromagnetice generate de acești curenți sunt opuse în fază, și atunci când distanța dintre fire este mică în comparație cu lungimea de undă, aceste valuri se vor anula reciproc în spațiu. În consecință, firele sub formă de bucla nu emit unde electromagnetice. Același lucru se poate spune despre circuitul oscilator (fig.3.4, 6).
Circuitul oscilator închis nu emit oscilații electromagnetice, deoarece câmpul electric este concentrat în principal în condensator și curenții de deplasare din dielectric sunt închise prin cea mai scurtă cale - între plăcile sale. Câmpul magnetic este concentrat în principal în bobină.
Dacă extindeți plăcile condensatoarelor și puneți firele de legătură într-o linie dreaptă (Figura 3.4, c), atunci curenții din aceste fire vor avea aceeași direcție. Un astfel de circuit este numit deschis, poate emite unde electromagnetice.
Fig. 3.4. Direcțiile curenților în elementele circuitului oscilator:
a - elementul buclei firului care nu emite unde electromagnetice; b - circuit oscilator închis; - un circuit oscilator deschis; d este un element de sârmă rectilinie care emite unde electromagnetice; d - element de cuplare inductivă
Creșterea radiației undelor electromagnetice poate fi obținută dacă bobina de sârmă de tragere într-o linie dreaptă, în loc de plăcile condensatorului și pentru a crea capacitatea necesară de a aplica o lungime suficientă de sârmă (fig. 3,4 g). Apoi direcția curentului în toate elementele firului va fi aceeași, adică oscilațiile electromagnetice în toate părțile firului vor fi efectuate în aceleași faze și radiația va deveni cea mai mare. Astfel, conturul deschis în cel mai simplu caz este un fir rectiliniu. În practică, circuitul de oscilație (fig. 3.4, d) este inclusă în bobina mică din stânga pentru cuplaj inductiv cu generator de înaltă frecvență și transmițătorul cu o forță de radio selectivă la care orificiul de intrare este de obicei.
Fiecare fir are propria inductanță și capacitate, distribuite de-a lungul lungimii sale și, prin urmare, este un fel de circuit oscilator. În circuitul din Fig. 3.5, în timp ce în poziția comutatorului 1 P ambele jumătăți firele sunt încărcate de baterie B. După comutatorul de transfer în poziția 2 electroni se va deplasa de-a lungul firului în direcția de la partea sa inferioară până jumătatea superioară, iar apoi în direcția opusă, și anume în cablu vor apărea oscilații amortizate. Fazele individuale ale procesului oscilator din sârmă sunt prezentate în fig. 3.5, 6. Partea superioară a figurii prezintă distribuția câmpurilor electrice și magnetice, iar în partea inferioară - graficul variației curentului și tensiunii din antena.
Fig. 3.5. Schema pentru oscilații libere interesante în aer liber
contur și proces oscilator în el:
a este circuitul echivalent al circuitului oscilant; b - scheme care explică oscilațiile
proces în circuit; c - liniile de forță ale câmpurilor magnetice și electrice
Tensiunea din orice punct al antenei se numește diferența de potențial dintre un punct dat și un punct situat simetric pe cealaltă jumătate a firului. Graficul curent afișează de asemenea schimbarea rezistenței câmpului magnetic, iar graficul de tensiune indică modificarea intensității câmpului electric.
La momentul inițial (punctul 0 din Figura 3.5.6), firul are energia potențială a câmpului electric al încărcărilor concentrate în jumătățile superioare și inferioare. Diferența de potențial are o valoare maximă, dar nu există curent. Pe măsură ce încărcăturile se deplasează de-a lungul firului, curentul crește, iar tensiunea scade, iar energia câmpului electric trece peste energia cinetică a câmpului magnetic creată de curent. După un sfert de perioadă, câmpul electric este înlocuit cu un câmp magnetic. În acest moment (punctul 1 din figura 3.5, 6) curentul atinge un maxim, iar tensiunea este zero. Apoi, curentul și câmpul magnetic scad, rezultând un EMF de auto-inducție, care susține mișcarea electronilor, iar firul este reîncărcat. Energia trece de la câmpul magnetic la câmpul electric și așa mai departe. La momente intermediare, există atât câmpuri electrice cât și magnetice. Câmpurile electrice și magnetice sunt de-a lungul firului, câmpul magnetic fiind cel mai puternic în mijlocul firului, unde curentul este cel mai mare, iar la capetele firului curentul este zero și câmpul magnetic este absent.
Curenții de polarizare din circuitul oscilator deschis sunt închise prin spațiul din jur, deplasându-se la o distanță considerabilă de sursele lor (încărcare pe fir). Prin urmare, un câmp electric alternativ, creat de curenți de deplasare care au atins o anumită distanță de fir, își pot pierde conexiunea cu acesta (deconectați). În acest caz, liniile curenților de deplasare vor fi închise pentru ei înșiși, adică Se creează un câmp electric alternativ sinusoidal care creează un câmp magnetic alternativ, care la rândul său creează un câmp electric etc. (Figura 3.5, a). Există un proces de undă. Undele electromagnetice care nu sunt conectate la sursele lor (valuri libere) se propagă în spațiu. Astfel, emisia este posibilă din cauza vitezei finite de propagare a undelor electromagnetice, prin faza câmpului într-un punct distanțat de radiator se situează faza sursei. Cu cât este mai mare frecvența oscilațiilor tensiunii de alimentare, cu atât mai ușor are loc procesul de radiație.
Dacă firele de buclă deschisă și în imediata apropiere (o distanță mai mică decât lungimea de undă), câmpul magnetic este deplasat cu 90 ° în raport cu câmpul electric, exteriorul acestei distanțe câmpurile magnetice și electrice libere sunt în fază, ca formarea una fără cealaltă.
Circuit deschis sub forma unui fir drept, în care se poate produce oscilații electrice se numește un dipol sau un vibrator (dipol). Pentru ca oscilațiile electrice să fie ignorate, acestea sunt conectate la generator (Gene) printr-o cuplare inductivă (a se vedea figura 3.4, d).
În cel mai simplu caz, dispozitivul de antenă pentru unde lungi, medii și uneori scurte poate fi realizat așa cum se arată în Fig. 3.6. Deasupra pământului la o anumită înălțime (cu cât este mai mare radiația, cu atât radiația este mai eficientă) antena - firul sau sistemul de sârmă este suspendată, rolul unei plăci de condensator este suspendat. A doua placă este solul sau al doilea fir - o contragreutate, suspendată puțin deasupra solului.
Vibratorul este partea principală a antenelor care lucrează pe unde scurte și ultrascurte.
Puterea undelor electromagnetice emise este calculată prin formula
unde Ia - curentul în antinodul vibratorului; Risle este rezistența radiației vibratorului, a cărei valoare este de 73-80 Ohm.
Fig. 3.6. Dispozitiv antenă cu masă (a) și contragreutate (b)
Rezistența la vibrații a vibratorului este definită ca
unde l este lungimea firului antenei; l este lungimea undei electromagnetice.
Undele electromagnetice care se propagă din vibrator au întotdeauna o polarizare definită, adică Liniile electrice și magnetice de forță sunt situate în planurile lor respective.
În Fig. 3.7 reprezintă o reprezentare grafică a undelor radio sub forma a două sinusoide situate în planuri reciproc perpendiculare. Vectorii câmpului electric E sunt situați în plan vertical și vectorii câmpului magnetic H sunt în plan orizontal și acești vectori sunt perpendiculați pe vectorul II numit vectorul Umov-Poynting. Direcția vectorului Π coincide cu direcția de propagare a undelor electromagnetice, iar lungimea sa pe scara acceptată corespunde cu cantitatea de energie electromagnetică transferată de undele radio:
În ceea ce privește distanța de la antena radiantă, densitatea fluxului de energie al undei radio scade:
unde r este distanța de radiație.
Frecvența oscilațiilor naturale ale bucla deschisă depinde de capacitatea și inductanța firului. Putem presupune că fiecare metru de fir are o capacitate de aproximativ 5 pF și o inductanță de aproximativ 2 μH. O sârma mai lungă corespunde unei capacități și unei inductanțe mai mari și, prin urmare, o frecvență mai mică (și o lungime de undă mai mare a undei electromagnetice) a vibrațiilor naturale ale antenei.
Fig. 3.7. Reprezentarea grafică a unui val electromagnetic
Deoarece unda electromagnetică trece de-a lungul antenei cu fir pentru jumătate o anumită distanță, lungimea firului coincide cu buclă deschisă și această distanță este calculată ca
unde l este lungimea undei electromagnetice.
Același lucru rezultă din distribuția curentului și a tensiunii în antenă. În consecință, lungimea undei radio este
Puterea maximă radiată de antenă poate fi atinsă dacă frecvența generatorului și frecvența oscilațiilor naturale ale bucla (antena) deschisă sunt egale. Din acest motiv, posturile de radio care operează în lungimea lungimii de undă necesită antene lungi.
În practică, pentru a extinde undele electromagnetice ale oscilațiilor naturale ale antenei, bobina este inserată secvențial în ea, ceea ce echivalează cu creșterea lungimii firului (Figura 3.8, a). Un condensator conectat în serie la antena va cauza o scurtare a lungimii proprii a undei antenei electromagnetice, deoarece capacitatea totala scade odata cu pornirea succesiva a condensatoarelor (fig.3.8, 6).
Pentru o antenă împământată, va fi lungimea undei radio
Luând în considerare influența pământului și a obiectelor din jur, lungimea undelor radio va fi
Fig. 3.8. Schemele de alungire (a) și scurtarea (b) a lungimilor undelor radio ale noastre
oscilațiile antenei (Lsw - bobină de comunicație)
La transmiterea undelor electromagnetice utilizate pentru comunicare pe suprafața pământului este influențată de relieful suprafeței pământului, și proprietățile electrice ale solului, precum și proprietățile majorității atmosferei inferioare (troposfera) și straturile superioare ale atmosferei ionizate (ionosferă). Troposfera este un strat de atmosferă de până la 16 km înălțime, adiacent la suprafața pământului și cu o presupunere acceptată ca dielectric fără pierderi. Pierderile se pot datora mișcării moleculelor (ingredientelor) care au momente electrice și magnetice. Pierderile cresc la frecvențe ultra-frecvente cu ploaie și ceață.
Ionosfera este situată la o altitudine de aproximativ 60 km de suprafața pământului și se extinde până la o înălțime de 600 km. Gradul de ionizare a ionosferei depinde puternic de efectul razelor ultraviolete ale soarelui. Între troposferă și ionosferă se află stratosfera.
Undele radio de la antena de transmisie ajung în ionosferă și se reflectă din ea. Când se întâlnesc obstacole opace, undele electromagnetice tind să se îndoaie în jurul lor. Acest fenomen se numește difracție. Cu cât deviația electromagnetică este mai lungă, cu atât efectul difracției este mai puternic. Undele radio care se propagă pe suprafața globului, învelind-o datorită difracției, se numesc valuri radio terestre (unde de suprafață). Undele radio care se propagă în jurul globului datorită unei singure sau mai multe reflexii din ionosferă se numesc spațiale sau ionosferice.
Dacă Pământul ar fi perfect plat și are o conductivitate ridicată, iar aerul era izolator perfect, unde radio ar propaga în dielectric aer fiind reflectată de suprafață, ca dintr-un nu pătrunde adânc în ecranul său. Dar, deoarece pământul nu este un dirijor ideal, liniile undelor radio pătrund parțial în el și formează curenți acolo, ducând la pierderea de energie pentru încălzirea solului.
În plus, undele radio sunt absorbite de dielectrici solizi, semiconductori și conductori atunci când aceștia se întâlnesc. Absorbția undelor radio de către un conductor se explică prin faptul că o undă electromagnetică acționează electronii unui conductor și creează în el un curent de înaltă frecvență. Formarea acestui curent consumă și energia electromagnetică a undei radio. Dacă undă electromagnetică se deplasează de-a lungul conductorului, atunci absorbția de energie este mult mai mică. Prin urmare, pe suprafața conductivă, de exemplu apa, șinele de cale ferată, undele radio se propagă mai mult decât pe uscat.
Când propagarea undelor radio (în special în orașe) este absorbită nu numai de pământ, ci și de acoperișuri metalice, structuri din beton armat și alte structuri conductive electric. Undele radio se pot reflecta atunci când se întâlnesc cu corpuri conductive electric. Sensul fizic al reflectării undelor radio este că undele radio incidente creează curenți în stratul de suprafață al corpului reflectant, care dau radiații unor noi, adică undele radio reflectate.
Astfel, undele radio propagatoare de la antena de emisie la antena de recepție sunt slăbite în putere datorită absorbției de către pământ, absorbției și reflexiei de către alte obstacole.
În conformitate cu reglementările internaționale de radio banda de undă radio frecvențe electromagnetice ocupă de 3 × 10 3 30 x 10 acompaniat de și 12Hz este împărțită în nouă intervale (Tabelul 3.1.).
Undele radio cu lungimea de 10 până la 1 km se numesc valuri lungi (DW), de la 1 km până la 100 m - mediu (SW), de la 100 până la 10 m - scurt (KV), mai puțin de 10 m - ultrascurt (VHF).
Valurile lungi au o răspândire superficială. Avantajul undelor lungi este că gama acțiunilor lor în timpul zilei și nopții, vara și iarna variază puțin. Comunicarea privind valurile lungi are o utilizare limitată, deoarece pentru comunicarea pe distanțe lungi sunt necesare transmițătoare radio puternice. În plus, în banda lungă de undă, operarea simultană a unui număr mare de posturi de radio este imposibilă.
Undele ultra-scurte sunt utilizate pe scară largă în radiocomunicații, televiziune, radiolocație de radiodifuziune, inclusiv în radiocomunicarea Protecției împotriva incendiilor. Aceste valuri, ca regulă, nu sunt reflectate din ionosferă. Prin urmare, ele sunt conectate numai cu valul de suprafață. pentru comunicațiile radio în banda VHF, este necesar să se asigure o vizibilitate directă între antenele de emisie și recepție. Gama de comunicații radio de pe suprafața pământului este de 40-60 km și crește odată cu creșterea antenei. Efectul refractiei atmosferice (îndoire a căii de propagare a undelor radio într-un mediu de aer neomogenă) conduce la o creștere notabilă în linia de vedere, și, prin urmare, pentru a crește intervalul de comunicație radio.
Undele de centimetru și milimetru sunt utilizate în comunicațiile radio, radar și în alte scopuri speciale. Se propagă aproape rectiliniu și sunt puternic absorbite de un mediu umed.
Articole similare
-
Radiație - unde radio - o enciclopedie mare de petrol și gaze, articol, pagina 1
-
Lămpile laser și radio împotriva "picăturilor" - cum să facă față unui nas curbat fără medicamente
Trimiteți-le prietenilor: