Глава 5

ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

5.1. Введение

Возможность излучения и распространения электромагнитной энергии в пространстве, по существу, непосредственно следует из положения Максвелла, согласно которому электрический ток мо­жет циркулировать в диэлектрике и свободном пространстве в виде тока смещения. При этом ток смещения, как и ток про­водимости, создает вокруг себя магнитное поле. Своим предпо­ложением, основанным на опытах Фарадея, Максвелл как бы приписал диэлектрику и свободному пространству свойства про­водника - проводника тока смещения. Так как электромагнитное поле является носителем электромагнитной энергии, то распро­странение в пространстве токов смещения сопровождается воз­никновением активного потока энергии (мощности излучения), рас­пространяющегося от источника, создающего токи смещения, в ок­ружающее пространство. Принципиальная возможность ответвле­ния (излучения) электромагнитной энергии в пространство доказы­вается теоремой Пойнтинга (см. 1.8), являющейся прямым следст­вием уравнений Максвелла.

Таким образом, любая электрическая схема, способная соз­давать в пространстве токи смещения, является излучателем эле­ктромагнитной энергии или, как принято говорить, излучателем электромагнитных волн. Рассмотрим, например, конденсатор, пи­таемый источником переменной ЭДС (рис. 5.1). В пространстве между обкладками конденсатора циркулирует ток смещения. Так как пространство, окружающее конденсатор, обладает способно­стью проводить ток смещения, то последний должен ответвляться в него так же, как ответвлялся бы ток про­водимости, если бы конденсатор находился в пространстве, обладающем проводимостью. Процесс ответвления токов смещения и, сле­довательно, излучения электромагнитной энер­гии в пространство, окружающее конденсатор, является с точки зрения теории Максвелла таким

ким же естественным, как и процесс ответвления энергии в прово­да, присоединенные к какому-либо источнику эдс.

Практически в качестве излучателей электромагнитных волн (антенн) применяют схемы, удовлетворяющие определенным тре­бованиям. Обычно стремятся уменьшить реактивную мощность, непосредственно связанную с антенной и не излучаемую в про­странство. Показанная на рис. 5.1 схема излучателя в виде уеди­ненного конденсатора из двух параллельных пластин в указанном смысле является неудачной. В этой схеме электромагнитное поле сосредоточено в основном в пространстве между пластинами, что приводит к большой реактивной мощности по сравнению с мощ­ностью излучения. Реактивная мощность уменьшается при пово­роте пластин конденсатора и расположении их так, как показано на рис. 5.2.

Один из вариантов схемы, обеспечивающей интенсивное из­лучение, показан на рис. 5.3. Эта схема, в которой пластины за­менены проводами с шарами на концах, была впервые осущест­влена Генрихом Герцем и известна под названием диполя Герца.

Инициатива и практическое решение вопроса применения ра­диоволн в качестве средства связи принадлежит А.С. Попову, который впервые в мире осуществил сеанс радиосвязи. Им же были предложены и осуществлены передающие и приемные антенны в виде несимметричных вибраторов.