СВОЙСТВА РАДИОВОЛН УКВ ДИАПАЗОНА

В 1885-89 годы профессор физики технического университета города Карлсруэ Генрих Герц провёл свои знаменитые опыты по беспроводному распространению «электрической силы», доказавшие существование электромагнитных волн. Это явилось экспериментальным подтверждением электромагнитной теории Джеймса Максвелла.

Герц подробно исследовал отражение, интерференцию, дифракцию и поляризацию электромагнитных волн, показал, что скорость их распространения совпадает со скоростью распространения света, и что свет представляет собой не что иное, как разновидность электромагнитных волн. Результаты, полученные Герцем, впоследствии легли в основу развития радио, хотя сам он полагал, что его открытие не найдет какого-либо практического применения.

В данном опыте демонстрируют основные свойства электромагнитных волн метрового диапазона, излучаемых антенной типа симметричный вибратор, называемой также диполем. В такой антенне создаются стоячие волны, как и в двухпроводной линии Лехера, причем на ее концах располагаются узлы тока и пучности напряжения. Двухпроводная линия излучает радиоволны слабо, так как магнитные поля обоих проводников взаимно уничтожаются из-за противоположных направлений токов в них; у вибратора же оба проводника расположены по одной прямой и токи в них совпадают по направлению. Поэтому излучения от этих токов складываются. КПД полуволнового вибратора достаточно большой - порядка 90% и более.

Электромагнитное поле вблизи (а) вибратора и на значительном от него удалении (б)

Рис. 134. Электромагнитное поле вблизи (а) вибратора и на значительном от него удалении (б)

На рис. 134 а показаны силовые линии электрической (пунктирные линии) и магнитной (сплошные линии) составляющих электромагнитного поля вблизи вибратора, а на рис. 1346- фрагмент излучаемого этим вибратором электромагнитного поля на значительном удалении. Вблизи вибратора поле магнитной индукции порождено мощной стоячей волной и потому оно сравнительно мощное. Здесь электрическая и магнитная составляющие колеблются со сдвигом фаз 90°, а напряженность быстро убывает при удалении от вибратора.

На расстояниях же, много больших длины излучаемой волны, называемых зоной излучения (или волновой зоной, а также дальней зоной), электрические силовые линии ориентированы параллельно вибратору, а магнитные линии - перпендикулярно к нему. Здесь электромагнитное поле представляет собой бегущую волну, в которой колебания электрического и магнитного полей совпадают по фазе, энергия же между этими полями распределена поровну.

Демонстрационная установка (рис. 135) состоит из передатчика - высокочастотного двухлампового генератора с антенной-диполем длиной 100 см и приемника - приемной антенны того же типа, в разрыве которой установлена миниатюрная лампа накаливания. Штыри приемной антенны

Установка для демонстрации свойств радиоволн метрового диапазона

Рис. 135. Установка для демонстрации свойств радиоволн метрового диапазона

телескопические, что позволяет, произвольно изменяя их длину, настраивать эту антенну на прием сигналов определенного передатчика. Перед демонстрацией длину приемной антенны устанавливают такой же, как и у передающей антенны.

Передатчик и приемник и ставят в исходное положение - на расстояние 80-100 см друг от друга, их антенны параллельны, а отрезок, соединяющий центры антенн, перпендикулярен этим антеннам. При работе передатчика в приемной антенне наводится стоячая электромагнитная волна, мощность которой достаточна для свечения индикаторной лампочки.

При удалении приемника от передатчика свечение лампочки уменьшается, а при его приближении - увеличивается. Это свидетельствует о том, что мощность поля передатчика убывает по мере удаления от него. Затем приемник таким же образом двигают с противоположной от передатчика стороны, а потом и над передатчиком, демонстрируя тем самым симметрию конфигурации электромагнитного поля в местах расположения приемника. Излучение симметричного вибратора в волновой зоне максимально в направлениях, перпендикулярных его штырям, и отсутствует на линии расположения штырей (рис. 136).

Следует иметь в виду, что регистрация радиоволн в этом опыте осуществляется в области поля индукции, диаграмма направленности которого несколько отличается от

Диаграмма направленности полуволнового диполя

Рис. 136. Диаграмма направленности полуволнового диполя

приведенной на рисунке. Поэтому давать точную характеристику напряженности поля, ориентируясь лишь на яркость свечения индикаторной лампочки, не вполне корректно.

Далее можно показать поляризацию излучаемой радиоволны, то есть асимметрию распределения напряженностей ее электрической или магнитной составляющих относительно направления ее распространения. Установку ставят в исходное положение, индикаторная лампочка должна ярко светить. Приемник плавно поворачивают вокруг проходящей через него вертикальной оси до положения, при котором его антенна расположится перпендикулярно антенне передатчика. Лампочка при этом не светит. Дальнейший поворот приемника еще на 90° приводит к свечению лампочки с прежней яркостью. Затем делают подобные повороты приемника в вертикальной плоскости и убеждаются, что при скрещенных антеннах лампочка не светит.

При объяснении эффекта следует указать, что колебания электрической составляющей радиоволны индуцируют в приемной антенне переменную ЭДС только тогда, когда штыри этой антенны располагаются вдоль линий напряженности. Поэтому свечение лампочки при условии параллельности антенн и ослабление свечения при нарушении этого условия свидетельствует о поляризации принимаемых волн. Кроме того, наблюдаемый эффект свидетельствует еще о поперечности радиоволны, поскольку у продольных волн поляризация невозможна.

Для демонстрации способности радиоволн поглощаться электропроводящими предметами и способности отражаться от их поверхности надо воспользоваться металлическим стержнем метровой длины, в качестве которого удобно использовать металлическую указку. При внесении указки в промежуток между передающей и принимающей антеннами, как это показано на рисунке 137, свечение индикаторной лампочки ослабевает вплоть до полного гашения, когда указка находится на одном с антеннами уровне.

Демонстрация поглощения метровых радиоволн

Рис. 137. Демонстрация поглощения метровых радиоволн

Если же указку расположить за пределами промежутка между передающей и приемной антеннами, но близ одной из них, то для указки можно найти такое положение, при котором лампочка светит заметно ярче, чем в ее отсутствие. Указка при этом располагается параллельно антенне, на одном с ней уровне и на расстоянии 20-30 см от нее.

Это явление объясняется тем, что на приемную антенну, помимо волны, распространяющейся непосредственно от передатчика, падает еще волна, отраженная от указки. Эти две волны, складываясь, индуцируют в антенне увеличенную ЭДС лишь при условии их синфазности, то есть выполнения условия интерференции волн на максимум. Реализация же этого условия достигается подбором расстояния между антенной и указкой.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >