Marea Enciclopedie Sovietică - emisia și recepția undelor radio.
Recepția se realizează folosind antene de transmisie și recepție. Emisia de unde radio. Sursa oscilațiilor electrice primare pot fi curenții alternativi care circulă prin conductori, câmpuri alternative etc. Curenții alternativi de frecvență relativ joasă (de exemplu, frecvența industrială 50 Hz) sunt nepotriviți pentru radiație: la aceste frecvențe este imposibil să se creeze o emițător eficient. Într-adevăr, dacă apar oscilații electrice, de exemplu, într-o bobină de inductanță, ale cărei dimensiuni sunt mici în comparație cu lungimea de undă l corespunzătoare frecvenței de oscilație a curentului care curge în bobină, pentru fiecare secțiune cu o direcție a curentului, pt. exemplu A (Fig. 1), mai există o secțiune îndepărtată de A la o distanță mai mică de l/2, în care în același moment de timp sensul curentului este opus. La distanțe mari de bobină, undele emise de elementele A și B se slăbesc reciproc. Deoarece bobina constă din astfel de perechi de elemente antifază, aceasta și, prin urmare, întreaga bobină, radiază slab. Un circuit oscilator care conține un inductor și un condensator, de asemenea, radiază slab. În fiecare moment de timp, sarcinile de pe plăcile condensatorului sunt egale ca mărime, semn opus și sunt separate una de cealaltă la o distanță semnificativ mai mică de l/2. Din cele de mai sus rezultă că pentru radiația eficientă a undelor radio este necesar un circuit deschis (deschis), în care fie nu există secțiuni cu oscilații antifază de curent sau de sarcină, fie distanța dintre ele nu este mică în comparație cu l/2 . Dacă dimensiunile circuitului sunt astfel încât timpul de propagare a electricității se modifică câmp magneticîn ea este comparabilă cu perioada oscilațiilor curentului sau a sarcinii (viteza de propagare a perturbațiilor este finită), atunci condițiile procesului cvasi-staționar nu sunt îndeplinite (vezi Procesul cvasi-staționar) și o parte din energia sursei se pierde sub formă a undelor electromagnetice. În scopuri practice, se folosesc de obicei unde electromagnetice cu undă l (Fig. 2). În segmentele A și B, sub influența câmpului electric al undei, are loc o mișcare a sarcinilor, adică. AC. În fiecare moment de timp, sarcinile din punctele O și O" sunt egale ca mărime și opuse ca semn, adică segmentele A și B formează un dipol electric, care determină configurația câmpului electric creat de acesta. Pe de altă parte, curenții din segmentele A și B coincid în direcție, prin urmare, liniile câmpului magnetic, ca și în cazul unui curent în linie dreaptă, sunt cercuri (Fig. 3 Astfel, în spațiul care înconjoară dipolul, apare un câmp electromagnetic). în care câmpurile E și H sunt perpendiculare între ele Câmpul electromagnetic se propagă în spațiu, îndepărtându-se de dipol. Undele emise de dipol au o anumită polarizare unda în punctul de observare O (fig. 3) se află în planul care trece prin dipol și vectorul rază r este trasat de la centrul dipolului către punctul de observare câmp electromagnetic alternativ apare în întreg spațiul care înconjoară dipolul și se răspândește din dipol în toate direcțiile. Dipolul emite o undă sferică, care distanta lunga de la dipol poate fi considerat plat (local plat). Cu toate acestea, amplitudinile intensităților câmpului electric și magnetic creat de dipol și, prin urmare, energia emisă, sunt diferite în direcții diferite. Ele sunt maxime în direcții perpendiculare pe dipol și scad treptat până la zero de-a lungul axei dipolului. În această direcție, dipolul practic nu radiază. Distribuția puterii radiate în diferite direcții este caracterizată de un model de radiație. Modelul de radiație spațială al dipolului are forma unui toroid (Fig. 5). Puterea totală emisă de un dipol depinde de puterea furnizată și de relația dintre lungimea lui l și lungimea de undă l. Pentru ca un dipol să radieze o fracțiune semnificativă din puterea furnizată acestuia, lungimea sa nu ar trebui să fie mică în comparație cu l/2. Legat de aceasta este dificultatea de a emite unde foarte lungi. Dacă l este selectat corect și pierderile de energie pentru încălzirea conductoarelor dipol și a liniei sunt mici, atunci ponderea predominantă a sursei de putere este cheltuită pe radiație. Astfel, dipolul este un consumator de energie sursă,
similar cu o rezistență activă conectată la capătul liniei care consumă puterea de intrare. În acest sens, dipolul are o rezistență la radiații Ri egală cu rezistența activă în care s-ar consuma aceeași putere. Dipolul descris mai sus este cea mai simplă antenă de transmisie și se numește vibrator simetric. Este prima dată când folosesc un astfel de vibrator. Hertz (1888) în experimente care au descoperit existența undelor radio. Oscilațiile electrice într-un dipol Hertz (vezi vibratorul Hertz) au fost excitate folosind o descărcare de scânteie - singura sursă de oscilații electrice cunoscută la acel moment. Alături de un vibrator simetric, se folosește un vibrator asimetric (Fig. 6) (pentru unde mai lungi), excitat la bază și emitând uniform în plan orizontal. Împreună cu antene cu fir (vibratoare cu sârmă) există și alte tipuri de emițători de unde radio. Antenele magnetice sunt utilizate pe scară largă. Este o tijă din material magnetic cu permeabilitate magnetică mare m, pe care este înfășurată o bobină de sârmă subțire. Liniile de câmp magnetic ale antenei magnetice repetă modelul liniilor de câmp electric ale dipolului de sârmă (Fig. 7, b), care se datorează principiului dualității. Dacă o fantă este tăiată în pereții unui ghid de undă radio sau ai rezonatorului cu cavitate, unde curg curenți de suprafață alternanți de frecvențe ultraînalte, astfel încât să intersecteze direcția curentului, atunci distribuția curenților este brusc distorsionată, ecranarea este întreruptă și energia electromagnetică este radiată spre exterior. Distribuția câmpului unui emițător slot este similară cu distribuția câmpului unei antene magnetice. Prin urmare, emițătorul slot se numește dipol magnetic (Fig. 7, c, d; vezi și Antena slot). Modelul direcțional al emițătorilor magnetici și slot, precum și al dipolului electric, este un toroid. Mai multă radiație direcțională este creată de antene formate din mai multe emițători de sârmă sau slot. Acesta este rezultatul interferenței undelor radio emise de emițători individuali. Dacă curenții care le alimentează au aceeași amplitudine și fază (excitație uniformă în fază), atunci la o distanță suficient de mare pe direcția perpendiculară pe suprafața radiantă, undele de la emițători individuali au aceleași faze și dau radiație maximă. Câmpul creat în alte direcții este mult mai slab. O anumită creștere a intensității câmpului are loc în acele direcții în care diferența de fază a undelor care provin de la emițătorii cei mai exteriori este egală cu (n + 1) p/2, unde n este un număr întreg. În acest caz, secțiunea transversală plană a modelului de radiație conține un număr de lobi (Fig. 8), dintre care cel mai mare se numește lob principal și corespunde radiației maxime, restul se numește lobi laterali. Tehnologia modernă a antenei utilizează rețele de antene care conțin până la 1000 de emițători. Suprafața pe care sunt amplasate se numește deschidere (deschidere) antenei și poate avea orice formă. Prin specificarea diferitelor distribuții de amplitudini și faze ale curenților pe deschidere, se poate obține orice formă a modelului de radiație. Excitarea în modul comun a emițătorilor care formează o matrice plată face posibilă obținerea unei directivitati foarte ridicate a radiației, iar modificarea distribuției curentului de-a lungul deschiderii face posibilă schimbarea formei modelului de directivitate. Pentru a crește directivitatea radiației, care se caracterizează prin lățimea lobului principal, este necesară creșterea dimensiunii antenei. Relația dintre lățimea lobului principal q, dimensiunea cea mai mare deschiderea L și lungimea de undă emisă l sunt determinate de formulele: pentru excitația în fază și dacă emițătorii sunt localizați de-a lungul unei anumite axe, iar defazarea lor este selectată astfel încât radiația maximă să fie direcționată de-a lungul acestei axe (Fig. 9). ). C sunt constante, în funcție de distribuția amplitudinii curentului pe deschidere. Dacă ghidul de undă radio se extinde treptat spre capătul deschis sub formă de pâlnie sau corn (Fig. 10), atunci unda din ghidul de undă este convertită treptat într-o undă caracteristică spațiului liber. O astfel de antenă cu corn produce radiații direcționale. Directivitatea foarte mare a radiației (până la fracții de grad la decimetru și unde mai scurte) se realizează folosind antene de oglindă și lentile. În ele, datorită proceselor de reflexie și refracție, frontul de undă sferic emis de un dipol electric sau magnetic sau de un emițător de corn este transformat într-unul plat. Cu toate acestea, din cauza difracției undelor, în acest caz modelul are, de asemenea, un lobi principal și lateral. Antena reflector este o oglindă metalică 1, adesea sub forma unei părți a unui paraboloid de revoluție sau a unui cilindru parabolic, în centrul căruia se află emițătorul primar (Fig. 11). Lentilele pentru unde radio sunt grile tridimensionale de bile metalice, tije etc. (dielectrici artificiali) sau un set de ghiduri de undă dreptunghiulare. Recepția undelor radio. Fiecare antenă de transmisie poate servi ca antenă de recepție. Dacă este pornit dipol electric Când o undă se propagă în spațiu acționează, câmpul său electric excită oscilații de curent în dipol, care sunt apoi amplificate, convertite în frecvență și afectează dispozitivele de ieșire. Se poate demonstra că modelele de radiație ale dipolului în modurile de recepție și de transmisie sunt aceleași, adică că dipolul primește mai bine în acele direcții în care radiază mai bine. Aceasta este proprietate comună a tuturor antenelor, rezultat din principiul reciprocității: dacă plasați două antene - care transmit A și recepționează B - la începutul și la sfârșitul liniei de comunicație radio, atunci antena de alimentare a generatorului A, a trecut la antenă de recepție B, creează în dispozitivul de recepție comutat pe antena A același curent pe care, fiind conectat la antena A, îl creează în receptorul conectat la antena B. Principiul reciprocității face posibilă determinarea caracteristicilor sale de antenă de recepție prin proprietăți. a antenei de transmisie. Energia pe care o extrage un dipol dintr-o undă electromagnetică depinde de relația dintre lungimea sa l, lungimea de undă l și unghiul y dintre direcția v de sosire a undei și dipol. Unghiul j dintre direcția vectorului undei electrice și dipol este de asemenea semnificativ (Fig. 12). Cele mai bune condiții de recepție, la j = 0. La j = p/2 curent electric nu este excitat în dipol, adică nu există recepție. Dacă 0 această energie este asociată cu polarizarea undei de intrare. Din cele de mai sus rezultă că în cazul dipolilor de emisie şi recepţie pt cele mai bune conditii Pentru recepție, este necesar ca ambii dipoli să se afle în același plan și ca dipolul de recepție să fie perpendicular pe direcția de propagare a undei. În acest caz, dipolul receptor extrage din unda de intrare atâta energie cât această undă poartă cu ea, trecând printr-o secțiune transversală în formă de pătrat cu latura egală cu zgomotul antenei. Antena de recepție este întotdeauna în condiții în care, pe lângă semnalul util, este afectată de zgomot. Aerul și suprafața Pământului de lângă antenă, absorbind energie, în conformitate cu legea Rayleigh-Jeans a radiațiilor creează radiatii electromagnetice. Zgomotul apare și din cauza pierderilor Joule în conductorii și dielectricii dispozitivelor de alimentare. Tot zgomotul de origine externă este descris de așa-numitul zgomot, sau antenă, temperatură TA. Puterea Psh a zgomotului extern la intrarea antenei în banda de frecvență Dn a receptorului este egală cu: Psh =k TA Dn (k - constanta Boltzmann). La frecvențe sub 30 MHz, zgomotul atmosferic joacă un rol predominant. În zonă unde centimetrice Contribuția decisivă o are radiația de la suprafața Pământului, care intră în antenă de obicei datorită lobilor laterali ai modelului său de radiație. Prin urmare, pentru antenele slab direcționale, temperatura antenei datorată Pământului este ridicată; poate ajunge la 140-250; pentru antenele cu direcție puternică este de obicei 50-80 K, iar cu măsuri speciale poate fi redusă la 15-20 K. Pentru tipuri specifice de antene, caracteristicile și aplicațiile acestora, vezi art. Antenă. Lit.: Khaikin. E., Unde electromagnetice, ed. a II-a, . - L., 1964; Goldstein. D., Zernov. V., Câmpuri și unde electromagnetice, M., 1956; Rameau S., Winnery J., Câmpuri și valuri în ingineria radio modernă, trad. din engleză, ed. a II-a, M. - L., 1950. Editat de L. Bahrazha.
Cred că toată lumea a întors selectorul radioului, comutând între „VHF”, „DV”, „SV” și au auzit șuierat din difuzoare.
Dar în afară de descifrarea abrevierilor, nu toată lumea înțelege ce se ascunde în spatele acestor litere.
Să aruncăm o privire mai atentă asupra teoriei undelor radio.
Unda radio
Lungimea de undă (λ) este distanța dintre crestele undelor adiacente.
Amplitudine(e) - abatere maximă de la valoarea medie în timpul mișcării oscilatorii.
Perioada(T) - timpul unei mișcări oscilatorii complete
Frecvența (v) - numărul de cicluri complete pe secundă
Există o formulă care vă permite să determinați lungimea de undă după frecvență:
Unde: lungimea de undă (m) este egală cu raportul dintre viteza luminii (km/h) și frecvența (kHz)
„VHF”, „DV”, „SV”
Valuri ultra lungi- v = 3-30 kHz (λ = 10-100 km).Au capacitatea de a pătrunde adânc în coloana de apă până la 20 m și, prin urmare, sunt utilizate pentru comunicarea cu submarinele, în plus, barca nu trebuie să plutească la această adâncime; nivel.
Aceste unde se pot răspândi în jurul pământului, distanța dintre suprafața pământului și ionosferă reprezintă pentru ele un „ghid de undă” de-a lungul căruia se propagă nestingherite.
Valuri lungi(LW) v = 150-450 kHz (λ = 2000-670 m). 
Acest tip de undă radio are capacitatea de a se îndoi în jurul obstacolelor și este folosit pentru comunicare pe distanțe lungi. De asemenea, are o putere de penetrare slabă, așa că, dacă nu aveți o antenă de la distanță, este puțin probabil să puteți prelua orice post de radio.
Valuri medii(SV) v = 500-1600 kHz (λ = 600-190 m). 
Aceste unde radio sunt bine reflectate din ionosferă, situată la o distanță de 100-450 km deasupra suprafeței pământului. Particularitatea acestor unde este că în timpul zilei sunt absorbite de ionosferă și nu are loc efectul de reflexie. Acest efect este folosit practic pentru comunicare, de obicei peste câteva sute de kilometri noaptea.
Unde scurte(HF) v= 3-30 MHz (λ = 100-10 m). 
La fel ca undele medii, ele sunt bine reflectate din ionosferă, dar spre deosebire de acestea, indiferent de ora din zi. Ele se pot propaga pe distanțe lungi (câteva mii de km) datorită re-reflexelor din ionosferă și o astfel de propagare se numește hop; Pentru aceasta nu sunt necesare transmițătoare de mare putere.
Unde ultrascurte(VHF) v = 30 MHz - 300 MHz (λ = 10-1 m). 
Aceste valuri se pot îndoi în jurul obstacolelor de câțiva metri și au, de asemenea, o putere de penetrare bună. Datorită acestor proprietăți, această gamă este utilizată pe scară largă pentru emisiunile radio. Dezavantajul este atenuarea lor relativ rapidă la întâlnirea cu obstacole.
Există o formulă care vă permite să calculați raza de comunicare în domeniul VHF:
Deci, de exemplu, atunci când difuzați de la turnul de televiziune Ostankino de 500 m înălțime la o antenă de recepție de 10 m înălțime, raza de comunicare, supusă vizibilității directe, va fi de aproximativ 100 km.
Frecvențe înalte (gamă HF-centimetri) v = 300 MHz - 3 GHz (λ = 1-0,1 m).
Nu se îndoaie în jurul obstacolelor și au o bună capacitate de penetrare. Folosit în rețele comunicare celularăși rețele wi-fi.
încă unul caracteristică interesantă valuri din acest interval este că moleculele de apă sunt capabile să-și absoarbă energia cât mai mult posibil și să o transforme în căldură. Acest efect este utilizat în cuptoarele cu microunde.
După cum puteți vedea, echipamente wi-fiŞi cuptoare cu microunde functioneaza in acelasi interval si poate afecta apa, prin urmare, dormi intr-o imbratisare cu router wi-fi, perioadă lungă de timp nu merita.
Frecvențe extrem de înalte (undă milimetrică EHF) v = 3 GHz - 30 GHz (λ = 0,1-0,01 m).
Ele sunt reflectate de aproape toate obstacolele și pătrund liber în ionosferă. Datorită proprietăților lor sunt utilizate în comunicațiile spațiale.
AM - FM
Adesea, dispozitivele de recepție au poziții ale comutatorului am-fm, ce este aceasta:A.M.- modulația de amplitudine
Aceasta este o modificare a amplitudinii frecvenței purtătoare sub influența unei vibrații de codare, de exemplu, o voce de la un microfon.
AM este primul tip de modulație inventat de om. De lipsuri, ca oricare vizualizare analogică modulație, are imunitate scăzută la zgomot.
FM- modulația de frecvență 
Aceasta este o modificare a frecvenței purtătoarei sub influența unei oscilații de codare.
Deși acesta este, de asemenea, un tip de modulație analogică, are imunitate la zgomot mai mare decât AM și, prin urmare, este utilizat pe scară largă în sunetul transmisiunilor TV și al transmisiilor VHF.
De fapt, tipurile de modulație descrise au subtipuri, dar descrierea lor nu este inclusă în materialul acestui articol.
Mai mulți termeni
Interferență- ca urmare a reflexiilor undelor de la diverse obstacole, undele se adună. În cazul adunării în faze identice, amplitudinea undei inițiale poate crește în cazul adunării în faze opuse, amplitudinea poate scădea până la zero;Acest fenomen este cel mai evident la recepționarea semnalelor VHF FM și TV.
Prin urmare, de exemplu, calitatea recepției în interior este slabă antenă de interior Televizorul plutește mult.
Difracţie- un fenomen care apare atunci când o undă radio întâlnește obstacole, în urma cărora unda poate schimba amplitudinea, faza și direcția.
Acest fenomen explică conexiunea pe HF și SW prin ionosferă, când unda este reflectată de diverse neomogenități și particule încărcate și, prin urmare, schimbă direcția de propagare.
Același fenomen explică capacitatea undelor radio de a se propaga fără vizibilitate directă, îndoindu-se în jurul suprafeței pământului. Pentru a face acest lucru, lungimea de undă trebuie să fie proporțională cu obstacolul.
PS:
Sper că informațiile pe care le-am descris vor fi utile și vor aduce o oarecare înțelegere asupra acestui subiect.Transmiterea informațiilor în spațiu cu ajutorul undelor radio se realizează încă de la inventarea radioului la sfârșitul secolului al XIX-lea. În prezent, interesul pentru comunicațiile radio a crescut datorită tendinței de eliminare a firelor. A apărut un termen la modă: comunicare fără fir„(wireless), care este un sinonim pentru „comunicare radio”.
Ele transmit de obicei vorbire, muzică, texte, imagini etc. Aceste informații sunt convertite într-un semnal video, de ex. dependența curentului sau tensiunii de timp. Semnalul video poate fi analog, ca în sistemele existente și învechite, sau digital, ca în cele mai noi sisteme. În acest din urmă caz semnal analogic convertite într-un flux de cifre, de obicei scrise în formă binară.
În acest scop, semnalul video analogic este cuantificat după timp și nivel. Ca rezultat, fiecare moment discret de timp este atribuit celui mai apropiat nivel digital. Fluxul de cifre este convertit în vedere binară. În cele din urmă, urmează să fie transmis un flux de unu și zero, reprezentând informația inițială.
Spectrul unui semnal video, sub orice formă este prezentat - analog sau digital - conține foarte frecvente joase– de ordinul hertzului și kilohertzului. Este inutil să radiați astfel de frecvențe în spațiu, deoarece, așa cum se va vedea mai târziu, antena radiază numai atunci când dimensiunile sale sunt proporționale cu lungimea undei emise sau mai mari decât aceasta.
Este necesar să mutați spectrul semnalului video de-a lungul axei frecvenței în sus până la intervalul ale cărui frecvențe sunt radiate efectiv. În acest scop, trebuie efectuate două operații:
creați un câmp electromagnetic de înaltă frecvență;
converti un semnal video într-un semnal radio prin modularea oscilațiilor de înaltă frecvență cu semnalul video.
Aceste operațiuni sunt efectuate în transmițătorul sistemului radio. Undele electromagnetice de înaltă frecvență sunt numite unde purtătoare, deoarece transportă informații.
Ei încearcă să limiteze lățimea spectrului emis pentru a nu interfera cu alte stații. Pentru a limita spectrul, semnalul video este supus tratament special– filtrare și codare.
În conformitate cu principalele funcții îndeplinite de emițător, diagrama generalizată a acestuia este prezentată în Fig. B.1.
Antena de recepție primește un semnal radio foarte slăbit. În plus, antena conține interferențe cauzate de interferențe externe sau zgomotul propriu al receptorului, precum și semnale de la alte posturi de radio. Sarcina receptorului este, în primul rând, de a izola semnalul radio util de interferență și, în al doilea rând, de a extrage informația transmisă din semnalul primit. Selectarea semnalului radio se realizează prin filtrare, extragerea informațiilor se realizează prin demodulare.
Este posibil să se filtreze cu succes zgomotul și semnalele de interferență atunci când frecvența semnalului util este scăzută. În acest scop, receptoarele sunt proiectate să reducă frecvența purtătoare recepționată la o frecvență intermediară, la care se efectuează filtrarea principală. O diagramă bloc tipică a unui receptor radio este prezentată în Fig. B.2.
Preselectorul este un filtru preliminar reglat la frecvența semnalului util și eliminând suprasarcina amplificatorului frecventa inalta(UHF). Circuitul conține un convertor de frecvență format dintr-un mixer și un generator de înaltă frecvență numit oscilator local. La ieșirea convertorului există un filtru care selectează frecvența intermediară și filtrează toate semnalele interferente.
Câştig semnale slabe se efectuează la trei frecvențe: amplificator de înaltă - înaltă frecvență, intermediar - amplificator de frecvență intermediară (IFA) și amplificator de joasă - joasă frecvență (LFA), unde semnalul video selectat este amplificat. Ca rezultat, este posibil să se obțină un câștig foarte mare - de la microvolți la intrare la câțiva volți la ieșire.
Dispozitivul terminal din receptor poate fi un difuzor dinamic, căști, dispozitiv digital, ecran etc.
După cum puteți vedea, următoarele operațiuni de bază sunt efectuate în sistemele de comunicații radio:
Generarea de oscilații electromagnetice ale frecvenței purtătoare;
Procesare semnal video;
Modularea oscilațiilor frecvenței purtătoare de către un semnal video, de ex. formarea semnalului radio;
Consolidarea puterii semnalului radio;
Conversie de frecvență;
Demodularea.
Acest manual examinează aceste procese. O atenție considerabilă este acordată undelor radio, formării, propagarii și radiației acestora.
Unde radio
Câmp electromagnetic
Undele radio sunt oscilații electromagnetice care se propagă într-un mediu, ale căror frecvențe se află în intervalul 3 kHz - 3 THz, ceea ce corespunde lungimilor de undă în vid de la 100 km la 0,1 mm. Undele electromagnetice sunt o formă de existență a unui câmp electromagnetic, care este determinată de următoarele elemente de bază mărimi fizice:
vector de intensitate a câmpului electric, V/m sau N/C;
vector de inducție magnetică [Tesla].
Tensiunea E este forța F care acționează din câmpul electric asupra unui corp având o sarcină electrică q = 1 C:
Inducția magnetică B este forța Amperi cu care câmpul magnetic acționează asupra unui conductor de lungime l = 1 m cu un curent I = 1 A, cu condiția ca vectorul să fie perpendicular pe conductor:
Setări de mediu
Condiții de propagare a undelor radio în medii diferite au caracteristici în funcție de parametrii de mediu. Următorii parametri sunt importanți pentru propagarea undelor radio:
Constanta dielectrica absoluta
unde e’ este constanta dielectrică relativă, , e0= F/m este constanta dielectrică. Constanta dielectrică relativă e' arată de câte ori intensitatea câmpului electric într-un mediu scade în comparație cu vid;
Permeabilitate magnetică absolută
unde m’ este permeabilitatea magnetică relativă, H/m, pentru mediile feromagnetice >>1. Permeabilitatea magnetică relativă m' arată de câte ori crește inducția magnetică B într-un mediu magnetic în comparație cu vidul;
Conductivitatea electrică g este coeficientul de proporționalitate dintre densitatea curentului conductorului și intensitatea câmpului electric:
Ecuația (1.1) este legea lui Ohm în formă diferențială.
Vectori suplimentari de câmp electromagnetic
Alături de mărimile fizice de bază și care caracterizează domeniul, se folosesc și altele suplimentare:
vector de inducție electrică:
vector de intensitate a câmpului magnetic:
Când se studiază propagarea undelor radio, se utilizează de obicei o pereche de vectori și, deoarece ecuațiile de câmp sunt simetrice.
Mărimi scalare care caracterizează câmpul electromagnetic
Alături de vectori, cantitățile scalare sunt folosite pentru a descrie câmpul:
1) potențial de câmp electric
unde este energia potențială a sarcinii q într-un câmp electric;
2) flux magnetic
unde integrala produsului scalar al vectorilor și este preluată pe suprafața închisă S.
1.2 Ecuațiile lui Maxwell
Teoria câmpului electromagnetic se bazează pe ecuațiile lui Maxwell, pe care le-a formulat în Tratatul său despre electricitate și magnetism, publicat în 1873.
La derivarea ecuațiilor câmpului electromagnetic, Maxwell a folosit rezultatele studiilor câmpurilor electrice și magnetice statice (adică, constante în timp) (vezi Anexa 1). Maxwell a dezvoltat binecunoscutele ecuații ale câmpurilor statice în raport cu un câmp electromagnetic alternativ, datorită a două idei (Anexa 2):
1) apariția liniilor de forță închise ale câmpului electric în jurul liniilor de inducție magnetică, cu condiția ca valoarea lui B să se modifice în timp (aceasta rezultă din legea lui Faraday a inducției electromagnetice);
2) introducerea conceptului de „densitate curentă de polarizare”
Rezultă că liniile închise ale vectorului de inducție magnetică apar nu numai în jurul vectorului de densitate a curentului de conducție (adică în jurul traiectoriei sarcinilor electrice în mișcare), ci și în jurul liniilor de forță dacă E se modifică în timp.
Numărul ecuațiilor lui Maxwell a fost redus de G. Hertz și O. Heaviside, în comparație cu ceea ce era scris în tratat, le-au adus la o formă compactă modernă. Următoarea notație a ecuațiilor lui Maxwell este în prezent acceptată.
Formă diferențialăFormă integrală
; 
;
Aici Ipr este curentul de conducere:
unde pe partea dreaptă este integrala peste suprafața închisă S a produsului scalar al vectorilor și ; c - densitatea sarcinii electrice q: – proiecția vectorului pe axele corespunzătoare.
Semnificația geometrică a ecuațiilor lui Maxwell în formă diferențială este următoarea. Rotorul unui vector este axa în jurul căreia se răsucesc liniile închise ale câmpului corespunzător. Din prima ecuație a lui Maxwell rezultă că o astfel de axă pentru un câmp magnetic este liniile de densitate a curentului de conducție sau liniile intensității câmpului electric dacă E se modifică în timp.
Axa liniilor de câmp electric închise rezultate sunt liniile de câmp magnetic, cu condiția ca H să depindă de timp. Aceasta rezultă din a doua ecuație a lui Maxwell.
Divergența unui vector este un punct din spațiu de la care încep liniile de câmp deschis. După cum se poate observa din a treia ecuație a lui Maxwell, liniile deschise de forță ale câmpului electric încep în punctele în care există sarcini electrice. Din a patra ecuație a lui Maxwell rezultă că linii deschise de intensitate a câmpului magnetic nu există.
Rezolvând ecuațiile lui Maxwell în diverse medii, putem găsi 6 proiecții de vectori și: , , , , , .
EMISIA ȘI RECEPȚIA UNDELOR RADIO
și recepția undelor radio. Emisia de unde radio este procesul de excitare a undelor electromagnetice care se deplasează din domeniul radio în spațiul din jurul sursei de curent sau oscilații de sarcină. În acest caz, energia sursei este convertită în energia undelor electromagnetice care se propagă în spațiu. Recepția undelor radio este procesul invers al radiației. Constă în transformarea energiei undelor electromagnetice în energie de curent alternativ. I. și p.r. realizate folosind antene de transmisie si receptie.
Emisia de unde radio. Sursa oscilațiilor electrice primare pot fi curenții alternativi care circulă prin conductori, câmpuri alternative etc. Curenții alternativi de frecvență relativ joasă (de exemplu, frecvența industrială 50 Hz) sunt nepotriviți pentru radiație: la aceste frecvențe este imposibil să se creeze o emițător eficient. Într-adevăr, dacă apar oscilații electrice, de exemplu, într-o bobină de inductanță, ale cărei dimensiuni sunt mici în comparație cu lungimea de undă l corespunzătoare frecvenței de oscilație a curentului care curge în bobină, pentru fiecare secțiune cu o direcție a curentului, pt. exemplu A (Fig. 1), există o altă secțiune B, îndepărtată din A la o distanță mai mică de l/2, în care în același moment de timp sensul curentului este opus. La distanțe mari de bobină, undele emise de elementele A și B se slăbesc reciproc. Deoarece bobina constă din astfel de perechi de elemente antifază, aceasta și, prin urmare, întreaga bobină, radiază slab. Un circuit oscilator care conține un inductor și un condensator, de asemenea, radiază slab. În fiecare moment de timp, sarcinile de pe plăcile condensatorului sunt egale ca mărime, semn opus și sunt separate una de cealaltă la o distanță semnificativ mai mică de l/2.
Din cele de mai sus rezultă că pentru radiația eficientă a undelor radio este necesar un circuit deschis (deschis), în care fie nu există secțiuni cu oscilații antifază de curent sau de sarcină, fie distanța dintre ele nu este mică în comparație cu l/2 . Dacă dimensiunile circuitului sunt astfel încât timpul de propagare a modificărilor câmpului electromagnetic în acesta este comparabil cu perioada oscilațiilor curentului sau a sarcinii (viteza de propagare a perturbațiilor este finită), atunci condițiile procesului cvasi-staționar sunt nu este satisfăcut (vezi Procesul cvasistaționar) și o parte din sursa de energie se pierde sub formă de unde electromagnetice. În scopuri practice, unde electromagnetice cu l< 10 км.
Emițători. Cel mai simplu emițător de unde radio este format din două secțiuni A și B ale unui conductor drept, conectate la capetele OO" ale unei linii cu două fire de-a lungul căreia unde electromagnetice(Fig. 2). În segmentele A și B, sub influența câmpului electric al undei, are loc o mișcare a sarcinilor, adică curent alternativ. În fiecare moment de timp, sarcinile din punctele O și O" sunt egale ca mărime și opuse ca semn, adică segmentele A și B formează un dipol electric, care determină configurația câmpului electric creat de acesta. Pe de altă parte, curenții din segmentele A și B coincid în direcție, prin urmare, liniile câmpului magnetic, ca și în cazul unui curent în linie dreaptă, sunt cercuri (Fig. 3 Astfel, în spațiul care înconjoară dipolul, apare un câmp electromagnetic). în care câmpurile E și H sunt perpendiculare între ele Câmpul electromagnetic se propagă în spațiu, îndepărtându-se de dipol (fig. 4).
Undele emise de dipol au o anumită polarizare. Vectorul de intensitate a câmpului electric E al undei în punctul de observație O (Fig. 3) se află în planul care trece prin dipol și vectorul rază r trasat de la centrul dipolului la punctul de observație. Vectorul câmp magnetic H este perpendicular pe acest plan.
Un câmp electromagnetic alternativ apare în întreg spațiul din jurul dipolului și se răspândește din dipol în toate direcțiile. Dipolul emite o undă sferică, care la o distanță mare de dipol poate fi considerată plată (local plată). Cu toate acestea, amplitudinile intensităților câmpului electric și magnetic creat de dipol și, prin urmare, energia emisă, sunt diferite în direcții diferite. Ele sunt maxime în direcții perpendiculare pe dipol și scad treptat până la zero de-a lungul axei dipolului. În această direcție dipolul practic nu radiază. Distribuția puterii radiate în diferite direcții este caracterizată de un model de radiație. Modelul de radiație spațială al dipolului are forma unui toroid (Fig. 5).
Putere maximă, emisă de un dipol, depinde de puterea furnizată și de raportul dintre lungimea lui l și lungimea de undă l. Pentru ca un dipol să radieze o fracțiune semnificativă din puterea furnizată acestuia, lungimea sa nu ar trebui să fie mică în comparație cu l/2. Legat de aceasta este dificultatea de a emite unde foarte lungi. Dacă l este selectat corect și pierderile de energie pentru încălzirea conductoarelor dipol și a liniei sunt mici, atunci ponderea predominantă a sursei de putere este cheltuită pe radiație. Astfel, dipolul este un consumator de putere sursă, asemănător unei rezistențe active conectate la capătul liniei care consumă puterea furnizată. În acest sens, dipolul are o rezistență la radiație R și egală cu rezistența activă în care s-ar consuma aceeași putere.
Dipolul descris mai sus este cea mai simplă antenă de transmisie și se numește vibrator simetric. Un astfel de vibrator a fost folosit pentru prima dată de G. Hertz (1888) în experimente care au descoperit existența undelor radio. Oscilațiile electrice într-un dipol Hertz (vezi vibratorul Hertz) au fost excitate folosind o descărcare de scânteie - singura sursă de oscilații electrice cunoscută la acel moment. Alături de un vibrator simetric, se folosește un vibrator asimetric (Fig. 6) (pentru unde mai lungi), excitat la bază și emitând uniform în plan orizontal.
Alături de antenele de sârmă (vibratoare de sârmă), există și alte tipuri de emițători de unde radio. Antenele magnetice sunt utilizate pe scară largă. Este o tijă din material magnetic cu permeabilitate magnetică mare m, pe care este înfășurată o bobină de sârmă subțire. Liniile de câmp magnetic ale antenei magnetice repetă modelul liniilor de câmp electric ale dipolului de sârmă (Fig. 7, a, b), care se datorează principiului dualității.
Dacă o fantă este tăiată în pereții unui ghid de undă radio sau ai rezonatorului cu cavitate, unde curg curenți alternativi de suprafață de frecvențe ultraînalte, astfel încât să traverseze direcția curentului, atunci distribuția curenților este brusc distorsionată, ecranarea este întreruptă și energia electromagnetică este radiată spre exterior. Distribuția câmpului unui emițător slot este similară cu distribuția câmpului unei antene magnetice. Prin urmare, emițătorul slot se numește dipol magnetic (Fig. 7, c, d; vezi și Antena slot). Modelul direcțional al emițătorilor magnetici și slot, precum și al dipolului electric, este un toroid.
Mai multă radiație direcțională este creată de antene formate din mai multe emițători de sârmă sau slot. Acesta este rezultatul interferenței undelor radio emise de emițători individuali. Dacă curenții care le alimentează au aceeași amplitudine și fază (excitație uniformă în fază), atunci la o distanță suficient de mare pe direcția perpendiculară pe suprafața radiantă, undele de la emițători individuali au aceleași faze și dau radiație maximă. Câmpul creat în alte direcții este mult mai slab. O ușoară creștere a intensității câmpului are loc în acele direcții în care diferența de fază a undelor care provin de la emițătorii cei mai exteriori este egală cu (n + 1) p/2, unde n este un număr întreg. În acest caz, secțiunea transversală plană a modelului de radiație conține un număr de lobi (Fig. 8), dintre care cel mai mare se numește lob principal și corespunde radiației maxime, restul se numește lobi laterali.
Tehnologia modernă a antenei utilizează rețele de antene care conțin până la 1000 de emițători. Suprafața pe care sunt amplasate se numește deschidere (deschidere) antenei și poate avea orice formă. Prin specificarea diferitelor distribuții de amplitudini și faze ale curenților pe deschidere, se poate obține orice formă a modelului de radiație. Excitarea în modul comun a emițătorilor care formează o matrice plată face posibilă obținerea unei directivitati foarte ridicate a radiației, iar modificarea distribuției curentului de-a lungul deschiderii face posibilă schimbarea formei modelului de directivitate.
Pentru a crește directivitatea radiației, care se caracterizează prin lățimea lobului principal, este necesară creșterea dimensiunii antenei. Relația dintre lățimea lobului principal q, cea mai mare dimensiune a deschiderii L și lungimea de undă emisă l este determinată de formulele:
pentru excitaţia în modul comun şi
dacă emițătorii sunt localizați de-a lungul unei anumite axe, iar defazarea lor este selectată astfel încât radiația maximă să fie direcționată de-a lungul acestei axe (Fig. 9). C sunt constante, în funcție de distribuția amplitudinii curentului pe deschidere.
Dacă ghidul de undă radio se extinde treptat spre capătul deschis sub formă de pâlnie sau corn (Fig. 10), atunci unda din ghidul de undă este convertită treptat într-o undă caracteristică spațiului liber. O astfel de antenă cu corn produce radiații direcționale.
Directivitatea foarte mare a radiației (până la fracții de grad la decimetru și unde mai scurte) se realizează folosind antene de oglindă și lentile. În ele, datorită proceselor de reflexie și refracție, frontul de undă sferic emis de un dipol electric sau magnetic sau de un emițător de corn este transformat într-unul plat. Cu toate acestea, din cauza difracției undelor, în acest caz modelul are, de asemenea, un lobi principal și lateral. O antenă reflector este o oglindă metalică 1, adesea sub forma unei părți a unui paraboloid de revoluție sau a unui cilindru parabolic, în centrul căruia se află emițătorul primar (Fig. 11). Lentilele pentru unde radio sunt grile tridimensionale de bile metalice, tije etc. (dielectrici artificiali) sau un set de ghiduri de undă dreptunghiulare.
Recepția undelor radio. Fiecare antenă de transmisie poate servi ca antenă de recepție. Dacă un dipol electric este afectat de o undă care se propagă în spațiu, atunci câmpul său electric excită oscilații de curent în dipol, care sunt apoi amplificate, convertite în frecvență și afectează dispozitivele de ieșire. Se poate demonstra că modelele de radiație ale dipolului în modurile de recepție și de transmisie sunt aceleași, adică că dipolul primește mai bine în acele direcții în care radiază mai bine. Aceasta este o proprietate comună a tuturor antenelor, care rezultă din principiul reciprocității: dacă plasați două antene - care transmit A și recepționează B - la începutul și la sfârșitul liniei de comunicație radio, atunci antena de alimentare a generatorului A, a trecut la antena de recepție. B, creează în dispozitivul de recepție, comutat în antena A, același curent pe care, fiind conectat la antena A, îl creează în receptorul conectat la antena B. Principiul reciprocității ne permite să determinăm caracteristicile sale de antenă de recepție prin proprietățile antenei de transmisie.
Energia pe care o extrage un dipol dintr-o undă electromagnetică depinde de relația dintre lungimea sa l, lungimea de undă l și unghiul y dintre direcția v de sosire a undei și dipol. Unghiul j dintre direcția vectorului undei electrice și dipol este de asemenea semnificativ (Fig. 12). Cele mai bune condiții de recepție sunt la j 0. La j p/2 curentul electric din dipol nu este excitat, adică nu există recepție. Daca 0< j < p/2, то очевидно, что энергия, извлекаемая приёмной антенной из поля ~ (Ecos j)2. Иными словами, эта энергия связана с поляризацией приходящей волны. Из сказанного выше следует, что в случае излучающего и принимающего диполей для наилучших условий приёма необходимо, чтобы оба диполя лежали в одной плоскости и чтобы приёмный диполь был перпендикулярен направлению распространения волны. При этом приёмный диполь извлекает из приходящей волны столько энергии, сколько несёт с собой эта волна, проходя через сечение в форме квадрата со стороной равной
Zgomot de antenă. Antena de recepție este întotdeauna în condiții în care, pe lângă semnalul util, este afectată de zgomot. Aerul și suprafața Pământului de lângă antenă, absorbind energie, în conformitate cu legea radiației Rayleigh-Jeans, creează radiații electromagnetice. Zgomotul apare și din cauza pierderilor Joule în conductorii și dielectricii dispozitivelor de alimentare.
Tot zgomotul de origine externă este descris de așa-numita temperatură de zgomot sau antenă T A. Puterea Psh a zgomotului extern la intrarea antenei în banda de frecvență Dn a receptorului este egală cu:
(k este constanta lui Boltzmann). La frecvențe sub 30 MHz, zgomotul atmosferic joacă un rol predominant. În regiunea undelor centimetrice, contribuția decisivă o are radiația de la suprafața Pământului, care pătrunde în antenă de obicei datorită lobilor laterali ai modelului său de radiație. Prin urmare, pentru antenele slab direcționale, temperatura antenei datorată Pământului este ridicată; poate ajunge la 140-250 K; pentru antenele foarte direcționale este de obicei 50-80 K, iar cu măsuri speciale poate fi redus la 15-20 K.
Pentru tipuri specifice de antene, caracteristicile și aplicațiile acestora, a se vedea art. Antenă.
Lit.: Khaikin S.E., Unde electromagnetice, ed. a II-a, M. - L., 1964; Goldshtein L. D., Zernov N. V., Câmpuri și unde electromagnetice, M., 1956; Ramo S., Winnery J., Câmpuri și valuri în ingineria radio modernă, trad. din engleză, ed. a II-a, M. - L., 1950.
Editat de L. D. Bakhrazh.
Marea Enciclopedie Sovietică, TSB. 2012
Vedeți, de asemenea, interpretări, sinonime, semnificații ale cuvântului și ce este RADIAREA ȘI RECEPȚIA UNDULUI RADIO în rusă în dicționare, enciclopedii și cărți de referință:
- RECEPŢIE în Enciclopedia ilustrată a armelor:
DECORATIV - realizarea unei lame prin aplicarea de benzi de oțel sudate modelate în partea de mijloc a lamei cu fier... - RECEPŢIE în Cartea de vis a lui Miller, cartea de vis și interpretarea viselor:
Daca visezi ca te gasesti la un fel de receptie, asta iti promite o intalnire placuta in curand. Dacă pe... - RADIAȚIE în Dicționarul de fizică modernă din cărțile lui Green și Hawking:
B. Transfer de energie verde prin valuri sau... - RECEPŢIE în Lexiconul culturii non-clasice, artistice și estetice a secolului al XX-lea, Bychkova:
(literar) Câteva dintre principiile organizării textului opere de artă. Conceptul de „P”. a devenit utilizat pe scară largă în literatura științifică începând cu anii 1920. XX... - RADIAȚIE în Dicționarul de termeni economici:
IONIZARE - vezi RADIAȚII IONIZANTE... - RECEPŢIE în Enciclopedia literară:
termen introdus de formalişti (V. Shklovsky, Arta ca tehnică, colecţia „Poetica”, P., 1919) pentru a desemna întregul set de mijloace prin care... - RADIAȚIE în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
electromagnetic, procesul de formare a unui câmp electromagnetic liber. (Termenul „I.” este folosit și pentru a desemna câmpul electromagnetic cel mai liber, adică radiat -... - RADIAȚIE în dicționarul enciclopedic modern:
- RADIAȚIE în dicționarul enciclopedic:
electromagnetic, procesul de formare a unui câmp electromagnetic liber, precum și câmpul electromagnetic liber în sine, existent sub formă de unde electromagnetice. Radiația este emisă cu o rată accelerată... - RECEPŢIE în dicționarul enciclopedic:
, -a, m 1. vezi accept. 2. Acțiune individuală, mișcare. Bea un pahar în două doze. 3. O metodă de a face ceva. ... - RADIAȚIE în Marele Dicționar Enciclopedic Rus:
RADIAȚIA Electromagnetică, procesul de formare a electromagnetic liber câmpuri; Am sunat de asemenea, cel mai liber magnet electric. domeniu. Ei emit sarcini care se mișcă rapid. particule (de exemplu... - RECEPŢIE
recepție, recepție, recepție, recepție, recepție, recepție, recepție, recepție, recepție, recepție, recepție, ... - RADIAȚIE în paradigma completă cu accent după Zaliznyak:
radiații, radiații, radiații, radiații, radiații, radiații, radiații, radiații, radiații, radiații, radiații, … - RECEPŢIE în Dicționarul pentru rezolvarea și compunerea cuvintelor scanate:
Element de sport... - RECEPŢIE în Tezaurul Vocabularului de afaceri rusesc:
- RECEPŢIE în tezaurul limbii ruse:
1. Syn: primire, acceptare, acceptare Ant: plecare, trimitere 2. Syn: truc, viclenie, metodă, truc 3. Syn: seară, întâlnire, audiență 4. ... - RECEPŢIE în Dicționarul de Sinonime al lui Abramov:
vezi doză, hrană, obicei, porție, obicei, metodă, șmecherie, șmecherie, parte || dintr-o singură mișcare, dintr-o singură mișcare, aveți tehnici subtile, ... - RECEPŢIE
agro-recepție, anaforă, Apache, articol, audiență, blocare, blocare, luare, vibrato, incluziune, întâlnire, hiperbolă, glissando, mișcare, acțiune, dialogism, doză, presupunere, picurare, obiceiuri, ... - RADIAȚIE în dicționarul de sinonime din rusă:
radiații alfa, raze alfa, radiații gamma, revărsare, revărsare, emisie, scurgere, emisie de raze, radiație, emisie radio, autoemisie, lumină, emisie de lumină, snop, emisie de căldură, ... - RECEPŢIE
- RADIAȚIE în Noul Dicționar explicativ al limbii ruse de Efremova:
mier 1) Procesul de acțiune conform sensului. verb: a radia (1), a radia. 2) Fluxul de energie eliberat în mediul înconjurător... - RECEPŢIE
Bun venit... - RADIAȚIE în Dicționarul lui Lopatin al limbii ruse:
radiatii,... - RECEPŢIE
Bun venit... - RADIAȚIE în Dicționarul de ortografie complet al limbii ruse:
radiatii... - RECEPŢIE în dicționarul de ortografie:
Bun venit... - RADIAȚIE în dicționarul de ortografie:
radiatii,... - RECEPŢIE în Dicționarul limbii ruse a lui Ozhegov:
acțiune separată, mișcare Se bea un pahar în două doze. primire o întâlnire a invitaților (de obicei cu oficiali) în onoarea cuiva sau a ceva P. în ... - RADIAȚIE în Modern dicţionar explicativ, TSB:
electromagnetic, procesul de formare a unui câmp electromagnetic liber; Câmpul electromagnetic liber în sine este numit și radiație. Ei emit particule încărcate în mișcare accelerată (de ex.... - RECEPŢIE
- RECEPŢIE în Dicționarul explicativ al limbii ruse al lui Ushakov:
receptie, m. 1. numai unitati acțiune după verb. acceptă în 1, 2, 3, 4 și 13 cifre. - accept. Bun venit... - RECEPŢIE în Dicționarul explicativ al limbii ruse al lui Ushakov:
hai să venim, vino, vino, plictisește-te, vino, plictisește-te. Unitate h. mugur. vr. de la mancat... - RADIAȚIE în Dicționarul explicativ al limbii ruse al lui Ushakov:
radiații, cf. (carte). Acțiune după verb. radia-radiază și radia-radiază. Radiația căldurii de către soare. Radiația termică. Radiații non-termice. Radioactiv... - RECEPŢIE
m. 1) Acţiune după valoare. verb: accept (1,2,4,6-10,13,15), accept (2). 2) a) Natura întâlnirii oferite cuiva. b) Percepția despre ceva, atitudinea... - RADIAȚIE în Dicționarul explicativ al lui Efraim:
radiație medie. 1) Procesul de acțiune conform sensului. verb: a radia (1), a radia. 2) Fluxul de energie eliberat în mediul înconjurător... - RECEPŢIE
- RADIAȚIE în noul dicționar al limbii ruse de Efremova:
mier 1. proces de acţiune conform cap. radia 1., radia 2. Fluxul de energie eliberat în mediul înconjurător... - RECEPŢIE
m. 1. acţiune sub Ch. accept 1., 2., 4., 6., 7., 8., 9., 10., 13., 15., accept 2. 2. Caracter... - RADIAȚIE în Marele Dicționar explicativ modern al limbii ruse:
mier 1. proces de acţiune conform cap. radiate 1., radiate 2. Rezultatul unei asemenea acțiuni; fluxul de energie eliberat în mediul înconjurător...
Undele electromagnetice sunt emise de un conductor care transportă un curent de înaltă frecvență. Într-un conductor îndoit sub forma unei bucle (Fig. 3.4, O), curenți eu cele două jumătăți ale sale sunt îndreptate în direcții opuse. Undele electromagnetice create de acești curenți sunt opuse în fază, iar dacă distanța dintre fire este mică în comparație cu lungimea de undă, atunci aceste unde se vor anula reciproc în spațiu. Prin urmare, firul în buclă nu emite unde electromagnetice. Același lucru se poate spune despre circuit oscilator(Fig. 3.4, 6).
Un circuit oscilator închis nu emite oscilații electromagnetice, deoarece câmpul electric este concentrat în principal în condensator, iar curenții de polarizare din dielectric sunt închiși pe calea cea mai scurtă - între plăcile sale. Câmpul magnetic este concentrat în principal în bobină.
Dacă depărtați plăcile condensatorului și desfaceți firele de conectare în linie dreaptă (Fig. 3.4, V), atunci curenții din aceste fire vor avea aceeași direcție. Un astfel de circuit se numește deschis și poate emite unde electromagnetice.
O- element de buclă al firului care nu emite unde electromagnetice; b - circuit oscilator închis; V- circuit oscilator deschis; g - un element de sârmă dreaptă care emite unde electromagnetice; d- element de cuplare inductiv
cu antena
O creștere a emisiei de unde electromagnetice poate fi obținută prin extinderea firului bobinei în linie dreaptă și, în locul plăcilor condensatorului, folosind fire de lungime suficientă pentru a crea capacitatea necesară (Fig. 3.4, G). Atunci direcția curenților în toate elementele firului va fi aceeași, adică oscilațiile electromagnetice în toate părțile firului vor avea loc în aceleași faze și radiația va fi cea mai mare. Astfel, un circuit deschis în cel mai simplu caz este un fir drept. În practică, o bobină mică este lăsată în ea pentru cuplarea inductivă cu generatorul de înaltă frecvență al emițătorului și cu forța selectivă a receptorului radio, la intrarea căreia, de regulă, este pornit un circuit oscilator (Fig. 3.4, d).
Fiecare fir are propria sa inductanță și capacitate, distribuite pe lungimea sa și, prin urmare, este un fel de circuit oscilator. În diagrama fig. 3.5, Oîn poziție 1 comutatorul P, ambele jumătăți ale firului sunt încărcate de la bateria B. După mutarea comutatorului în poziția 2, electronii se vor deplasa de-a lungul firului în direcția de la jumătatea sa inferioară spre cea superioară, apoi în direcția opusă, adică. În fir vor apărea oscilații amortizate libere. Fazele individuale ale procesului oscilator din fir sunt prezentate în Fig. 3.5, 6 . Partea superioară a figurii arată distribuția câmpurilor electrice și magnetice, iar partea inferioară prezintă un grafic al modificărilor curentului și tensiunii în antenă.
Orez. 3.5. Circuit pentru oscilații libere excitante într-un deschis
circuit și procesul oscilator din el:
O- circuitul echivalent al circuitului oscilator; b- diagrame care explică oscilatorul -
orice proces din circuit; V- linii de câmp magnetic și electric
Voltajîn orice punct al antenei, se obișnuiește să se numească diferența de potențial dintre acest punct și un punct situat simetric pe cealaltă jumătate a firului. Graficul curent arată, de asemenea, modificarea intensității câmpului magnetic, iar graficul tensiunii arată modificarea intensității câmpului electric.
În momentul inițial (punctul 0 din Fig. 3.5. 6), firul are energia potențială a câmpului electric de sarcini concentrată în jumătățile sale superioare și inferioare. Diferența de potențial este la valoarea sa maximă, dar nu există încă curent. Pe măsură ce sarcinile se deplasează de-a lungul firului, curentul crește și tensiunea scade, iar energia câmpului electric este convertită în energia cinetică a câmpului magnetic creat de curent. După un sfert din perioadă, câmpul electric este înlocuit cu unul magnetic. Momentan (punctul 1 în fig. 3.5, 6) curentul atinge un maxim și tensiunea este zero. Apoi curentul și câmpul magnetic scad, rezultând o femură autoindusă, care menține mișcarea electronilor, iar firul este reîncărcat. Energia se deplasează dintr-un câmp magnetic într-un câmp electric etc. În momentele intermediare, câmpurile electrice și magnetice există simultan. Câmpurile electrice și magnetice există 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 nu există câmp magnetic.
Curenții de deplasare într-un circuit oscilator deschis sunt închiși prin spațiul înconjurător, deplasându-se la o distanță considerabilă de sursele lor (sarcina pe fir). Prin urmare, un câmp electric alternativ creat de curenții de deplasare, care ajunge la o anumită distanță de fir, poate pierde legătura cu acesta (se rupe). În acest caz, liniile de curent de deplasare se vor închide singure, adică. se formează un câmp electric alternativ sinusoidal, creând un câmp magnetic alternant, care, la rândul său, creează un câmp electric etc. (Fig. 3.5, a). Are loc un proces ondulatoriu. Undele electromagnetice neconectate la sursele lor (unde libere) se propagă în spațiu. Astfel, radiația este posibilă datorită vitezei finite de propagare a undelor electromagnetice, în urma căreia faza câmpului într-un punct situat la o oarecare distanță de emițător rămâne în urmă fazei sursei sale. Cu cât frecvența de oscilație a tensiunii de alimentare este mai mare, cu atât procesul de radiație are loc mai ușor.
Dacă în firele unui circuit deschis și în imediata apropiere (o distanță mai mică decât lungimea de undă) câmpul magnetic este deplasat cu 90 ° față de câmpul electric, atunci dincolo de această distanță câmpurile magnetice și electrice libere sunt în fază, deoarece formarea unuia este imposibilă fără cealaltă.
Se numește un circuit deschis sub forma unui fir drept în care pot apărea oscilații electrice vibrator simetric sau doar vibrator (dipol). Pentru ca oscilațiile electrice să fie neamortizate, acesta este conectat la un generator (Gen) prin cuplare inductivă (vezi Fig. 3.4, d).
În cel mai simplu caz, dispozitivul de antenă pentru unde lungi, medii și uneori scurte poate fi proiectat așa cum se arată în Fig. 3.6. O antenă este suspendată deasupra solului la o anumită înălțime (cu cât este mai mare, cu atât radiația este mai eficientă) - un fir sau un sistem de fire care joacă rolul unei plăci condensatoare. Al doilea înveliș este pământul sau al doilea fir - o contragreutate, suspendată jos deasupra solului.
Vibratorul este partea principală a antenelor care funcționează pe unde scurte și ultrascurte.
Puterea undelor electromagnetice emise este calculată prin formula
(3.1)
Unde eu a este curentul la antinodul vibratorului; R emisia este rezistența la radiații a vibratorului, a cărei valoare este de 73-80 ohmi.
Orez. 3.6. Dispozitiv de antenă cu împământare ( O) și contragreutate ( b)
Rezistența la radiații a vibratorului este definită ca
(3.2)
Unde l- lungimea firului antenei; l- lungimea undei electromagnetice.
Undele electromagnetice care se propagă de la un vibrator au întotdeauna o anumită polarizare, adică. liniile lor electrice și magnetice de forță sunt situate în planurile corespunzătoare.
În fig. Figura 3.7 prezintă o reprezentare grafică a undelor radio sub forma a două sinusoide situate în planuri reciproc perpendiculare. Vectori câmp electric E sunt situate în plan vertical, iar vectorii câmpului magnetic N- orizontal, iar acești vectori sunt perpendiculari pe vector P, numit vectorul Umov-Poynting. Direcția vectorială P coincide cu direcția de propagare a undelor electromagnetice, iar lungimea acesteia pe o scară acceptată corespunde cantității de energie electromagnetică transportată de undele radio:
Pe măsură ce vă îndepărtați de antena emitentă, densitatea fluxului de energie a undelor radio scade:
Unde r- distanta fata de radiatii.
Frecvenţă vibratii naturale circuitul deschis depinde de capacitatea și inductanța firului. Putem presupune că fiecare metru de sârmă are o capacitate de aproximativ 5 pF și o inductanță de aproximativ 2 μH. Mai mult fir lung corespund unei capacități și inductanțe mai mari și, prin urmare, o frecvență mai mică (și o lungime de undă electromagnetică mai mare) a oscilațiilor naturale ale antenei.
Orez. 3.7. Reprezentare grafică unde electromagnetice
Deoarece unda electromagnetică se deplasează de-a lungul firului antenei în timpul unui semiciclu pe o anumită distanță, lungimea firului în circuit deschis coincide cu această distanță și se calculează ca
Unde l - lungimea de unda electromagnetica.
Acest lucru rezultă și din distribuția curentului și tensiunii în antenă. Prin urmare, lungimea de undă radio este
Având în vedere că
primim
Puterea maximă radiată de antenă poate fi atinsă cu condiția ca frecvența generatorului și frecvența naturală a circuitului deschis (antena) să fie egale. Din acest motiv, radiourile cu unde lungi au nevoie de antene lungi.
În practică, pentru a prelungi unda electromagnetică a oscilațiilor proprii ale antenei, o bobină este conectată în serie, ceea ce echivalează cu creșterea lungimii firului (Fig. 3.8, a). Un condensator conectat în serie la antenă va provoca o scurtare a lungimii de undă electromagnetică proprie a antenei, deoarece atunci când condensatoarele sunt conectate în serie, capacitatea totală scade (Fig. 3.8, 6).
Pentru o antenă cu împământare, lungimea de undă radio va fi
Luând în considerare influența pământului și a obiectelor din jur, lungimea undelor radio va fi
l=(5-6)l.
Orez. 3.8. Scheme de prelungire (a) și scurtare (b) a lungimilor undelor radio naturale
vibrațiile antenei ( L sv - bobină de comunicare)
Trecerea undelor electromagnetice utilizate pentru comunicare pe suprafața pământului este influențată de topografia suprafeței pământului și de proprietățile electrice ale solului, precum și de proprietățile straturilor cele mai inferioare ale atmosferei (troposfera) și ale straturilor ionizate superioare ale atmosfera (ionosfera). troposfera - acesta este un strat al atmosferei de până la 16 km înălțime, adiacent suprafeței pământului și cu o ipoteză luată pentru un dielectric fără pierderi. Pierderile se pot datora mișcării moleculelor (ingredientelor) care au momente electrice și magnetice. Pierderile cresc la frecvențe ultra-înalte pe timp de ploaie și ceață.
ionosferă este situat la o altitudine de aproximativ 60 km de suprafata pamantului si se extinde pana la o altitudine de 600 km. Gradul de ionizare al ionosferei este foarte dependent de expunerea la razele ultraviolete de la soare. Între troposferă și ionosferă se află stratosferă .
Undele radio de la antena de transmisie ajung în ionosferă și sunt reflectate de ea. Când întâlnesc obstacole opace, undele electromagnetice tind să se îndoaie în jurul lor. Acest fenomen se numește difracţie . Cu cât unda electromagnetică este mai lungă, cu atât efectul difracției este mai puternic. Undele radio care călătoresc pe o suprafață glob, care o învăluie datorită difracției, se numesc unde radio pământeşti (superficial). Undele radio care se propagă pe tot globul datorită reflexiilor simple sau multiple din ionosferă sunt numite spațială sau ionosferic .
Dacă pământul ar fi ideal plat și ar avea o conductivitate electrică mare, iar aerul ar fi un dielectric ideal, undele radio s-ar propaga în acest dielectric aer, reflectându-se de la suprafața pământului, ca de pe un ecran, fără a pătrunde adânc în el. Dar, deoarece pământul nu este un conductor ideal, liniile electrice ale undelor radio pătrund parțial în el și formează curenți acolo, ducând la pierderi de energie din cauza încălzirii solului.
În plus, undele radio sunt absorbite de dielectricii solizi, semiconductori și conductori atunci când le întâlnesc. Absorbția undelor radio de către un conductor se explică prin faptul că o undă electromagnetică pune în mișcare electronii conductorului și creează în ea un curent de înaltă frecvență. Formarea acestui curent consumă energia electromagnetică a undei radio. Dacă o undă electromagnetică se mișcă de-a lungul unui conductor, atunci absorbția de energie este mult mai mică. Prin urmare, undele radio se deplasează mai mult pe o suprafață conducătoare, cum ar fi apa sau șinele de cale ferată, decât pe pământ uscat.
Pe măsură ce undele radio se propagă (în special în orașe), ele sunt absorbite nu numai de sol, ci și de acoperișurile metalice, structurile din beton armat și alte structuri conductoare electric. Undele radio pot fi reflectate atunci când întâlnesc corpuri conductoare de electricitate. Sensul fizic al reflexiei undelor radio este că unda radio incidentă creează curenți în stratul de suprafață al corpului reflector, care dau naștere la noi radiații, de exemplu. unde radio reflectate.
Astfel, undele radio care se propagă de la antena de transmisie la antena de recepție sunt slăbite în putere datorită absorbției de către sol, absorbției și reflectării de către alte obstacole.
Undele radio de la diferiți transmițători radio se pot suprapune (adăuga) unele pe altele la punctul de recepție. Din acest motiv, în receptor se aud scârțâituri, fluierături, bâzâituri etc. Fenomenul de adăugare a două sau mai multe unde radio se numește interferență. Interferența undelor radio de la același emițător, datorită diferenței de faze a undelor radio de intrare, duce la amplificarea sau slăbirea undei radio rezultate în punctul de recepție și, în consecință, la o modificare a semnalului de ieșire al receptor (în special, la o modificare a volumului vorbirii în timpul comunicațiilor radio telefonice).
