Вибратор Герца

Вибра́тор Ге́рца (диполь Герца, антенна Герца) — простейшая антенна, устройство для излучения и приема электромагнитных волн. Представляет собой тонкий прямолинейный электрический проводник малой длины (по сравнению с длиной электромагнитной волны), по которому протекает переменный электрический ток. Первые опыты с такой антенной были осуществлены Герцем в 1886—1888 годах.

Схематичный рисунок силовых линий электрического (E) и магнитного (H) полей вблизи антенны в виде вибратора малой длины. Максимальная плотность потока электромагнитной энергии излучается в направлениях, лежащих в плоскости перпендикулярной вибратору.

В электродинамике под диполем Герца понимают модель в виде элемента (короткого фрагмента) прямолинейного переменного электрического тока малой длины с постоянной по длине амплитудой и фазой колебаний[1]. Поле излучения такого элементарного тока эквивалентно полю излучения электрического диполя, дипольный момент которого изменяется во времени по гармоническому закону, то есть эквивалентно полю, создаваемому двумя электрическими зарядами одинаковой (переменной во времени) величины и противоположного знака, расположенными на линии тока на его концах. Герцу принадлежит создание теории этого объекта.

История

Герц использовал медные стержни с металлическими шарами на концах, в искровой промежуток которых включалась катушка Румкорфа[2]. Если на пару этих проводников подать достаточно высокое напряжение, в промежутке между ними произойдёт электрический пробой воздушного промежутка и проскочит искра, а в вибраторе возникнут электрические колебания с периодом меньше, чем время существования искры. Длина генерируемых электромагнитных волн будет примерно в два раза превышать размеры самого вибратора[3]. Наименьший по длине из применявшихся Герцем вибраторов (0,26 м) позволял получить колебания с частотой порядка 5⋅10⁸ Гц, что соответствует длине волны в 0,6 м. В опытах Герц также помещал вибраторы в фокусе вогнутых металлических зеркал для получения направленных плоских волн.

С помощью металлических зеркал и асфальтовой призмы Герц показал, что законы отражения и преломления электромагнитных волн невидимого спектра подчиняются законам геометрической оптики видимого спектра.

Герц также измерил скорость электромагнитной волны, создав стоячую волну и измерив её длину $\lambda$ .

Симметричный вибратор

Симметричный вибра́тор, диполь — простейшая и наиболее распространённая антенна. В наиболее простом варианте он представляет собой прямолинейный проводник длиной $2l$ радиуса $a,$ питаемый в середине длины от генератора токами высокой частоты.

Полуволновый вибратор

Симметричный вибратор.

l

— Длина плеча;

2a

— диаметр проводника

Анимированная схема приёма радиоволн полуволновым диполем

Полуволно́вый вибра́тор — модель реальной вибраторной антенны, представляющая собой прямолинейный идеальный тонкий проводник (нить тока), длина которого ( $2l$ ) равна половине длины электромагнитной волны в среде, окружающей полуволновый вибратор. Полуволновым вибратором называют также широко распространенную на практике вибраторную антенну и излучающий элемент многоэлементных антенн в виде незамкнутого на концах проводника, общая электрическая длина которого $2l$ близка к $\lambda /2,$ то есть используемую на частоте, близкой к частоте своего первого резонанса (первой моды колебаний).

Тонкий вибратор

Для волны длиной $\lambda$ , если радиус проводников вибратора $a\ll l$ и $a\ll \lambda$ , то такой вибратор называется тонким.

Коротким называется вибратор, у которого длина $l<\lambda /2$ ;
длинным называется вибратор, у которого $l>\lambda /2$ .

Диаграммы направленности вибратора

В зависимости от отношения длины вибратора к длине волны и места включения в него фидера его диаграмма направленности принимает вид, изображённый на рисунке:

Stromverteilung (rot) und Winkelverteilung der Strahlung (blau) an einem Dipol bei verschiedenen Wellenlängen

Примечания

Никольский В. В., Никольская Т. И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1989. С. 324.
Виртуальный компьютерный музей. (неопр.). www.computer-museum.ru. Дата обращения: 8 мая 2017.
Савельев И. В. [§106. Экспериментальное исследование. XV. Электромагнитные волны.] // Курс общей физики. — 3. — М.: Наука, 1988. — Т. 2. — С. 307. — 337 с. — 220 000 экз.

См. также

Ссылки

Вибратор Герца // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] Никольский В. В., Никольская Т. И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1989. С. 324.

[2] Виртуальный компьютерный музей. (неопр.). www.computer-museum.ru. Дата обращения: 8 мая 2017.

[3] Савельев И. В. [§106. Экспериментальное исследование. XV. Электромагнитные волны.] // Курс общей физики. — 3. — М.: Наука, 1988. — Т. 2. — С. 307. — 337 с. — 220 000 экз.