Відкритий коливальний контур 1

Електромагнітні коливання, що виникли в замкнутому контурі, в довколишній простір практично не випромінюються. Для цих цілей приміряється відкритий коливальний контур, який називається антеною або вібратором.
Якщо розсовувати пластини конденсатора, інтенсивність випромінювання електромагнітних хвиль в навколишній простір буде зростати, а замкнутий коливальний контур перетвориться у відкритий.

Ємність відкритого коливального контуру утворена двома довгими проводами, що відходять від кінців котушки. По всій довжині будь-якого проводу розподілено величезну кількість елементарних индуктивностей і ємностей. Отриманий коливальний контур називається симетричною полуволновой антеною або симетричним напівхвильового вібратором. Антена складається з двох однакових половин, тому вона симетрична. Полуволновой вона називається тому, що резонанс на частоті сигналу буде в ній в тому випадку, якщо довжина L буде дорівнює половині довжини хвилі вхідне або сигналу.

При появі в ній коливань електричного струму навколо антени будуть утворюватися змінні магнітне і електричне поля, що створюють в сукупності електромагнітне поле. Це поле поширюється в просторі у вигляді електромагнітних хвиль. Частота коливань електромагнітного поля відповідає частоті коливань струму в антені, а дальність його випромінювання залежить від амплітуди змінного струму в антені, т. Е. Від потужності електричних коливань в антені.
Широке поширення має несиметричний вібратор. Він являє собою одну половину симетричній антени, а інша замінена шасі приймача, корпусом радіостанції, корпусом автомобіля або противагою.

Струм максимальний в підставі несиметричною антени, а на кінці дорівнює нулю. Напруга максимально на кінці, а в підставі дорівнює нулю.
Ця антена ще називається четвертьволновой бо резонанс буде в тому випадку якщо її довжина буде дорівнює чверті довжини хвилі сигналу.

поширення радіохвиль

Електромагнітними хвилями або радіохвилями називається сукупність електричних і магнітних полів поширюються в просторі.

Радіохвилі поділяються на діапазони:
ДВ- до 100 кГц, 30-100 кГц;
СВ 100 кГц-1500 кГц;
КВ 6 МГц-30 мГц;
УКХ понад 30 мГц.

УКВ діляться на:
метрові хвилі 30-300 мГц;
дециметрові 300 -3000 мГц;
сантиметрові 3000-30000 мГц.

Електромагнітні хвилі поширюються зі швидкістю, близькою до швидкості світла (С = 300000 км / сек).
На відміну від звукових електромагнітні хвилі можуть поширюватися і в безповітряному просторі, наприклад в космосі. При цьому вони втрачають частину своєї енергії і поступово згасають. Ступінь загасання і величина відстані, «пройденого» електромагнітними хвилями, в значній мірі залежать від довжини хвилі.
Довжиною електромагнітної хвилі λ називають відстань, на яке вона поширюється за період Т одного коливання струму в антені, т. Е. Λ = СТ.
Знаючи довжину хвилі, можна визначити частоту коливань струму в антені: f = C / λ.
На практиці для перекладу частоти коливань в довжину хвилі і довжини хвилі в частоту зручно користуватися такими формулами:

При підстановці в ці співвідношення довжини хвилі в метрах частота буде вимірюватися в мегагерцах.
В однорідному середовищі радіохвилі поширюються прямолінійно. Однак атмосфера - неоднорідна середу. На різних відстанях від передавальної радіостанції тиск, температура, щільність, вологість і інші параметри атмосфери різні.
Під дією сонячних і космічних випромінювань з атомів газів, що входять до складу атмосфери, виділяються вільні електрони, а атоми перетворюються в позитивні іони. Цей процес називають іонізацією. Найбільше іонів міститься в верхньому шарі атмосфери - іоносфері, що знаходиться на відстані 50. 80 км від поверхні Землі. Швидкість поширення радіохвиль в середовищах з різними електричними властивостями неоднакова. Це призводить до того, що при переході з одного середовища в іншу вони переломлюються, т. Е. Змінюється напрям поширення радіохвиль.
Радіохвилі, які випромінює антеною, поширюються уздовж земної поверхні (поверхневі хвилі) і під кутом до горизонту (просторові хвилі).

Поверхневі радіохвилі добре огинають предмети, якщо розміри останніх менше довжини хвилі. При прийомі сигналів радіостанцій, які працюють в довгохвильовому діапазоні, в основному використовується енергія поверхневих хвиль. Але енергія довгих поверхневих хвиль поглинається поверхнею Землі, тому в міру віддалення від станції гучність прийому її передач зменшується аж до повного зникнення. Для збільшення дальності дії такої радіостанції підвищують потужність її передавача.
Середні хвилі гірше огинають різні нерівності земної поверхні і сильніше нею поглинаються. У зв'язку з цим при однакових потужностях передавачів відстань, на якому здійснюється впевнений прийом передач довгохвильової радіостанції, більше, ніж средневолновой.
Основною перевагою поверхневих радіохвиль є те, що в межах їх дії забезпечується стійкий радіозв'язок.
Не вся енергія електромагнітних хвиль, випромінюваних антеною радіостанції, переноситься поверхневими радіохвилями, частина її створює просторові радіохвилі, які, досягнувши шару іоносфери, переломлюються в сторону Землі. Ступінь спотворення залежить від щільності іонізованих атомів газу, кута падіння просторової хвилі і її довжини: чим довше радіохвиля, тим сильніше вона переломлюється.
Просторові радіохвилі довгохвильового діапазону переломлюються в нижніх шарах іоносфери, і спрямування їх поширення в цих шарах змінюється настільки, що вони знову прямують до Землі, як би відбившись від іоносфери. Просторові радіохвилі можуть потрапити в зону, куди не доходять поверхневі радіохвилі. Завдяки цьому можна слухати передачі радіостанції, що працює в ДВ діапазоні, в районі, якого не досягають поверхневі радіохвилі. Між зонами прийому поверхневих і просторових радіохвиль знаходиться зона, в якій прийом сигналу працюючої радіостанції відсутня. Її називають «мертвою» зоною, або зоною мовчання.
Просторові радіохвилі СВ діапазону глибше проникають в іоносферу, ніж довгі хвилі, і внаслідок цього відбувається їх сильніше згасання. Днем воно настільки значне, що радіозв'язок в СВ діапазоні можна здійснювати лише за допомогою поверхневих хвиль. Із заходом сонця іонізація атомів газу зменшується, послаблюється і загасання просторових хвиль. Ось чому вночі СВ діапазон майже повністю «забитий» працюють радіостанціями, а вдень в цьому діапазоні чутні лише близько розташовані або потужні радіостанції.
Поверхневі хвилі короткохвильового діапазону загасають інтенсивніше, ніж середні хвилі. Тому радіозв'язок з пунктами, розташованими на великих відстанях, здійснюється на KB за допомогою просторових хвиль, завдяки їх багаторазового заломлення в іоносфері. Проникнувши в іоносферу, короткі хвилі можуть пройти в ній значну відстань без помітного загасання і повернутися назад на Землю за тисячі кілометрів від радіостанції або, обігнувши Землю, бути прийнятими в місці розташування радіостанції. Недоліком коротких хвиль є наявність зон мовчання. Крім того, мінливість властивостей іоносфери протягом доби (наприклад, внаслідок зміни сонячної активності), пір року не залишає незмінною ступінь заломлення просторової радіохвилі. Це призводить до зміни меж зони прийому просторової хвилі і зони мовчання. При роботі на KB спостерігаються також «завмирання» радіохвиль: гучність радіопередачі зменшується і може навіть повністю зникнути.
Через деякий час вона знову з'являється і збільшується до рівня нормальної.
Ультракороткі хвилі не відбиваються від іоносфери, а проходять через неї. Тому радіозв'язок на УКХ можлива тільки за допомогою поверхневих хвиль.
Можна вважати, що УКХ поблизу земної поверхні поширюються прямолінійно, т. Е. В межах прямої видимості. Однак неоднорідність атмосфери призводить до того, що УКХ поширюються трохи далі прямої видимості. У деяких випадках радіохвилі, які випромінює під малим кутом до горизонту, переломлюються так, що знову потрапляють на Землю, відбиваються від неї, потім, відбившись від нижніх шарів атмосфери, знову потрапляють на Землю і т. Д.

Область, в якій відбувається описане явище, утворює так званий хвилеводний канал. Дальність радіозв'язку в такому випадку може в десятки разів перевищувати дальність прямої видимості. Цим явищем пояснюються випадки зверхдалекого прийому радіо і телепередач.
Щоб збільшити дальність радіозв'язку на УКХ, необхідно збільшити дальність прямої видимості. Для цього передавальну і приймальну антени встановлюють якомога вище. Так як УКХ більш сильно загасають в атмосфері, для збільшення відстані їх поширення слід збільшувати потужність передавача.
Дальність радіопередач можна значно збільшити, використовуючи штучні супутники Землі, які приймають УКВ, підсилюють їх і знову випромінюють на Землю.