Антенна как открытый колебательный контур
Представим себе, что выходной каскад передатчика индуктивно связан с замкнутым колебательным контуром LC (рис. 24, а). В этом контуре электрическое поле сосредоточено в небольшом зазоре между обкладками конденсатора, а магнитное поле охватывает небольшое пространство вокруг контурной катушки.
Как известно, электромагнитные волны представляют собой совокупность электрического и магнитного полей, распространяющихся в пространстве со скоростью света. В электромагнитной волне электрическое и магнитное поля не разделены пространственно. Поэтому в данном случае, когда поля разделены (электрическое сконцентрировано в конденсаторе, а магнитное — в катушке самоиндукции), получение (излучение) электромагнитных волн практически невозможно. Строго говоря, замкнутый колебательный контур излучает радиоволны, поскольку в нем имеется ток смещения, но обычно этот ток не ответвляется от конденсатора в пространство, тогда излучение контура ничтожно мало.
Рис. 24. Схема преобразования замкнутого колебательного контура в антенну
Условия излучения выполняются в открытом колебательном контуре, к которому можно перейти от замкнутого, раздвигая пластины конденсатора и одновременно увеличивая их размеры для сохранения неизменной собственной частоты контура (рис. 24, б, в, г).
Антенна, полученная в результате такого схематично описанного перехода от замкнутого колебательного контура к открытому, отличается геометрической симметрией и потому называется симметричным вибратором (диполем). Такой же вибратор был получен из разомкнутой длинной линии и это не случайно: длинная линия, работающая в режиме стоячих волн, эквивалентна колебательному контуру.
Рис. 25. Распределение тока и напряжения в симметричном вибраторе
Симметричные
участки вибратора
,
2—2', 3—3',... обладают некоторой
индуктивностью, распределенной вдоль
проводов, и некоторой емкостью между
проводами (рис. 23, а).
Под влиянием переменного напряжения,
приложенного к входным клеммам антенны,
в индуктивностях возникает ток
проводимости, а в емкостях — ток смещения.
Это единый ток, направление которого
показано на рисунке стрелками. Поскольку
имеющийся ток смещения охватывает
большой объем пространства, то становится
возможным эффективное излучение
электромагнитных волн.
Симметричному
вибратору свойственно неравномерное
распределение тока и напряжения. Так,
при длине вибратора
токи, возникающие на любом элементарном
участке антенны, обязательно проходят
через зажимы генератора и индуктивности
,
через индуктивности 2—2' уже проходит
меньший ток, так как в эту цепь не попадает
емкостный ток участка
;
через индуктивности 3—3' не замыкаются
токи смещения не только участка
,
но и 2—2', и т. д. В итоге амплитуда тока
уменьшается в направлении от середины
к концам вибратора от максимума до нуля
(рис. 26), как в соответствующей разомкнутой
линии. Аналогично доказывается, что при
амплитуда напряжения
уменьшается от максимума до нуля при
движении от концов вибратора к его
средней точке (рис. 25, б).
Рис. 26. Распределение тока и напряжения в несимметричном вибраторе
На практике широко применяются несимметричные вибраторы (рис. 26), в которых земля заменяет второй провод симметричного вибратора. Такая замена возможна благодаря сравнительно хорошей проводимости земли.
В несимметричном вибраторе, как и в симметричном, емкости элементарных участков соединяются между собой параллельно, а индуктивности этих участков — последовательно (рис. 26, а). Поэтому на открытом конце несимметричной антенны ток равен нулю при максимальном напряжении, а на заземленном конце вибратора напряжение равно нулю при максимальном токе (рис. 26, б).