Способы возбуждения электромагнитных волн

Возбуждение электромагнитных волн

Возбуждение электромагнитных волн

Простейший способ возбудить электромагнитные волны — создать электрический разряд. Представим себе металлический стержень с шаром на конце, заряженный положительным электричеством, и другой такой же стержень, заряженный отрицательным электричеством (см. рис. 25). Сблизим стержни настолько, чтобы между ними проскочила искра. Искра — это и есть электрический разряд, кратковременный ток через воздух, он длится тысячные доли секунды. При искровом разряде электрические заряды перескакивают с одного стержня на другой, а потом обратно, меняя направление и величину напряжения в шарах миллионы раз в секунду. Оказывается, что при этом в каждой точке пространства миллионы раз в секунду меняется электрическое и магнитное напряжение. Говорят, что каждая точка пространства получает электромагнитный импульс (толчок), или возбуждение, и это возбуждение распространяется вокруг нашего искрового разрядника, как круги по воде от упавшего камня. Это и есть электромагнитные волны.

Грозовая молния — это тоже искра, но в миллионы раз мощнее лабораторной, это — грандиозный электромагнитный -импульс, источник электромагнитных волн в пространстве.

Рис. 26. Ламповый генератор радиоизлучений — автоколебательный контур с обратной связью

Обычно колебания в описанных излучателях быстро затухают. Что сделать, чтобы они не затухали? Очевидно, то же, что делают, когда хотят, чтобы ритмично, не затухая, колебался маятник или качели: давать им в подходящий момент ритмичные толчки.

Значит, для получения незатухающих электрических колебаний нужны две системы: колеблющийся «маятник» и ритмично действующий «толкач».

В качестве колеблющегося «маятника» мы возьмем «колебательный контур» КК (рис. 26), состоящий из емкости Е и индукционной катушки ИК 1.

В качестве ритмичного «толкача» будет служить электронная лампа Л, точнее, пульсация анодного тока в ней. Электронная лампа замечательна тем, что анодным током в ней можно управлять, лампа может «запираться» и «отпираться» для тока. Рассмотрим, как она работает. Через катод К проходит постоянный ток от батареи накала Б н и накаляет его. Из него вырываются электроны. Если на анод лампы А наложить положительный потенциал, соединив его с положительным полюсом батареи Б (в нашей схеме это делается через контур КК), то электроны в лампе понесутся от катода К к аноду А, через лампу пойдет «анодный ток». Но если на его пути поставить сетку С и наложить на нее отрицательный потенциал, лампа будет «заперта», ток через нее не пойдет. Накладывая на сетку то положительный, то отрицательный потенциал, можно заставить анодный ток в лампе пульсировать. Если этот пульсирующий ток пропустить через колебательный контур КК, то он может играть роль «ритмичного толкача» для колебаний в контуре.

Но кто же будет накладывать переменный потенциал на сетку, откуда появится ритмика у анодного тока?

А можно заставить работать сам колеблющийся контур. Для этого надо сетку соединить через индукционную катушку ИК 2 с индукционной катушкой ИК 1 колебательного контура КК, как указано на рисунке. Колеблющийся (переменный) ток в контуре будет возбуждать в катушке ИК 2 переменную электродвижущую силу. Вот от нее-то на сетке С и будет непрерывно меняться потенциал. Он будет то «запирать», то «отпирать» лампу, и в ней будет пульсировать анодный ток, который и будет давать «толчки» в колебательном контуре КК. Нужно только подходящим образом подобрать пульсацию анодного тока, и тогда колебания в контуре будут постоянно поддерживаться и не затухать. Если этот контур соединить с антенной, то в пространстве будут распространяться незатухающие («гармоничные») электромагнитные волны. Энергия этих воли, как и потери в контуре на нагревание, восполняется за счет энергии батареи Б.

Такой генератор колебаний,представляет собой автоколебательную систему с обратной связью, т. е. с таким устройством, в котором само колебание в системе (контуре КК) частично используется для управления (регулирования) этим же колебанием.

Примерно такие схемы «лампового генератора» и применяются в наше время в радиотехнике.

Читайте также

Открытие электромагнитных волн

Открытие электромагнитных волн Вернемся, однако, к Герцу. Как мы видели, в своей первой работе Герц получил быстрые электрические колебания и исследовал действие вибратора на приемный контур, особенно сильное в случае резонанса. В работе «О действии тока» Герц перешел к

Взаимодействие водяных волн

Взаимодействие водяных волн Создадим на воде два источника одинаковых по частоте и амплитуде воли. Для этого на знакомом нам приборе заменим стерженек В горизонтальным коромыслом, а на концах коромысла прикрепим два вертикальных стерженька. Каждый стерженек, колеблясь,

Дифракция волн

Дифракция волн Рассмотрим еще одно важное свойство волн. Мы уже упоминали о нем: волны способны огибать препятствия. Находясь за углом дома, мы хорошо слышим гудок автомобиля, проезжающего по улице. Звук — это волны уплотнений и разрежений воздуха. Если мы слышим звук,

Обнаружение электромагнитных волн

Обнаружение электромагнитных волн Но электромагнитные волны в пространстве глазом не воспринимаются. Как же их обнаружить? И что, собственно, колеблется в этих волнах?Свойства водяных волн мы изучали, наблюдая за колебаниями пробки, па которую действовала водяная волна.

Длина волны электромагнитных волн

Длина волны электромагнитных волн Но там, где есть периодическое колебание, которое распространяется в пространстве, там можно говорить и о длине волны. У водяных волн мы называли длиной волны расстояние между двумя ближайшими гребнями. А что такое гребень водяной волны?

Шкала электромагнитных излучений

Шкала электромагнитных излучений Таким образом, шкала излучений, обнаруженных человеком в природе, оказалась очень широкой. Если идти от наиболее длинных волн к коротким, мы увидим следующую картину (рис. 27). Сначала идут радиоволны, они самые длинные. В их же число входят

МАЛЫЕ ДЛИНЫ ВОЛН

МАЛЫЕ ДЛИНЫ ВОЛН Маленькие расстояния кажутся нам непривычными. Мы не можем узнать, что происходит на самых маленьких расстояниях, без специальных крохотных инструментов. Страница (или экран), которую вы сейчас читаете, выглядит совершенно не так, как элементы, из которых

Описание гравитационных волн

Описание гравитационных волн Термин «гравитационные волны» ввел сам Эйнштейн вместе с публикацией ОТО. Немного позднее он опубликовал еще одну статью, уточняющую заявление о гравитационных волнах. Точно так же, как и в электродинамике, должно быть излучение, которое

Детектирование гравитационных волн

Детектирование гравитационных волн Я сразу узнаю удачу, едва она появится… Жюльетта Бенцони «Марианна в огненном венке» Из сказанного выше об астрофизических источниках можно сделать вывод, что безразмерные амплитуды гравитационных волн, которые мы имеем шанс

Экспериментальное открытие электромагнитных волн

Экспериментальное открытие электромагнитных волн Параллельно с теоретическими изучениями уравнений Максвелла проводились экспериментальные исследования по генерации электрических колебаний, получаемых при разряде обычного конденсатора в электрической цепи, и

ЛИГО засекает всплеск гравитационных волн

ЛИГО засекает всплеск гравитационных волн В Кип-версии (позволю себе пофантазировать) за несколько десятилетий до начала событий фильма двадцатилетний Брэнд работал заместителем у директора проекта под названием ЛИГО (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory –

Гравитационные волны и детекторы волн

Гравитационные волны и детекторы волн А теперь, прежде чем продолжить разговор об «Интерстеллар», я позволю себе удовольствие рассказать еще немного о гравитационных волнах.На рис. 16.6 – художественное изображение тендекс-линий двух черных дыр, которые вращаются

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Возбуждение — электромагнитная волна

Возбуждение электромагнитных волн в волноводе осуществляется, так же как и в объемном резонаторе, с помощью зонда или петли связи. [2]

Возбуждение электромагнитной волны связано с движением электрических зарядов; но распространение волн может происходить в пространстве, где отсутствуют электрические заряды и токи, так как электрическое и магнитное поля могут возникать одно за счет другого. Процесс возбуждения электромагнитной волны движущимися электрическими зарядами называют излучением. [3]

Для возбуждения электромагнитных волн применяется ламповый или транзисторный генератор синусоидальных колебаний. [5]

Процесс возбуждения электромагнитных волн какой-либо системой в окружающем пространстве называется излучением этих волн, а сама система называется излучающей системой. Поле электромагнитных волн называется полем излучения. [6]

Процесс возбуждения электромагнитных волн электрической системой называется излучением электромагнитных волн, а сама система — излучающей системой. Электромагнитное поле волны называется полем излучения. [7]

Описать кратко два способа возбуждения электромагнитной волны между пролетными трубками линейного ускорителя ( рис. 20.5): старого ( а) и нового ( б) типов. [8]

За создание этих новых методов возбуждения электромагнитных волн советским ученым Н. Г. Басову и А. М. Прохорову и американскому ученому Таунсу в 1964 г. была присуждена Нобелевская премия. [9]

За создание этих новых методов возбуждения электромагнитных волн советским ученым Н. Г. Басову и А. М. Прохорову и американскому ученому Таунсу в 1964 г. была присуждена Нобелевская премия. [10]

Выбор того или иного варианта определяется способом возбуждения электромагнитных волн — от электрического диполя ( или системы диполей) или же от так называемого магнитного диполя, представляющего собой виток, по которому циркулирует ток высокой частоты. [11]

В результате квантования поля само собой возникло понятие частицы как характеристики возбуждения электромагнитной волны с определенной длиной. Так была решена проблема дуализма волн-частиц. [12]

Другой интересной возможностью, которая исследовалась А. В. Гапоновым и др. [33, 34] ( см. также статью 7), является возбуждение электромагнитных волн СВЧ диапазона прецессией намагниченности, возникающей при импульсном перемагничивашш феррита. В результате дальнейшего исследования нелинейных процессов в ферритах на СВЧ, безусловно, будут найдены и другие неизвестные сейчас области их применения. [13]

Расчет этот сводится к решению уравнений Максвелла для данного конкретного случая контроля, определяемого формой контролируемого изделия и методом возбуждения электромагнитной волны в нем. В работе [205] дано решение уравнений Максвелла для двух частных случаев: замены боковой поверхности цилиндрического резонатора и замены внутреннего провода в концентрическом резонаторе ферромагнитным материалом. [14]

Источником электромагнитных волн в действительности может быть любой электрический колебательный контур или проводник, по которому течет переменный электрический ток, так как для возбуждения электромагнитных волн необходимо создать в пространстве переменное электрическое поле ( ток смещения) или соответственно переменное магнитное поле. Однако излучающая способность источника определяется его формой, размерами и частотой колебаний. [15]

Источник

Способы возбуждения электромагнитных волн

Настоящее изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано при разработке устройств для излучения радиоволн преимущественно дециметрового и более длинноволнового диапазона электромагнитных волн.

Существующий способ возбуждения электромагнитных волн основан на использовании в качестве излучателей отрезков проводов с низким удельным сопротивлением различной конфигурации (штыри, петли, их комбинации, антенные решетки и т.д.). Принципы конструирования антенн, в том числе и активных передающих, описаны в многочисленной литературе, например:

— Фельд Я.Н. Основы теории антенн. М.: Дрофа, 2007;

— Нефедов Е.И. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. М.: Академия, 2008;

— Неганов В.А. Современная теория и практические применения антенн. М.: Радиотехника, 2009;

— Maclean Т S М., Ramsdale P.A. Short active serial for transmission — Jnt J. Electron., 1974, v. 36, №2, p. 261-269;

— Должников B.B., Цыбаева Б.Г. Активные передающие антенны. М.: Радио и связь, 1984 г. Формирование и анализ модели активной передающей антенны (прототип).

Активные антенны — это устройства, объединяющие собственную антенну (пассивная часть) и активные элементы усиления, преобразования или генерации сигналов. В этом случае объединение функции таких устройств (прием или передача радиоволн и усиление, преобразование или генерация сигналов введенными в антенну активными элементами) не реализуются обычным последовательным соединением ряда функционально законченных узлов, а обеспечиваются электрически единым устройством.

К общему недостатку существующего способа возбуждения электромагнитных колебаний можно отнести то, что эффективность излучения существенно зависит от геометрических характеристик излучающих элементов антенны, конструкции которых должны соответствовать длинам волн рабочих частот возбуждаемых электромагнитных колебаний, что приводит к большим геометрическим размерам антенн, особенно в области низких частот.

Целью изобретения является снижение геометрических размеров устройств возбуждения электромагнитных волн.

Поставленная цель достигается за счет того, что каждый период гармонического колебания разбивается на N импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды, сумма которых воспроизводит гармонический сигнал, каждый импульс формируется одним из N активных элементов, работающих в ключевом режиме, при этом каждый активный элемент нагружен на один из N пассивных излучающих элементов.

Блок-схема варианта реализации предлагаемого способа возбуждения электромагнитных волн представлена на фиг. 1. Обозначения принятые на фиг. 1: АЭ₁, АЭ₂, …, АЭ_N — активные элементы от 1 до N; И₁, И₂, …, И_N — излучатели.

Работа устройства, реализующего предлагаемый способ возбуждения электромагнитных волн, заключается в следующем.

Все активные элементы (например, транзисторы) должны быть однотипны и поставлены в ключевой режим усиления. На входную клемму каждого из них подается импульс прямоугольной формы одинаковой амплитуды, длительность которого определяется формулой

,

где T — период рабочей частоты; n — номер активного элемента.

На фиг. 2 графически представлена огибающая N суммируемых прямоугольных импульсов. Она близка к форме гармонического колебания, соответствующего усиливаемому гармоническому сигналу в усилителе класса A. Усиливаемый сигнал в классе усиления A представляется в следующем виде:

где I_m — амплитуда гармонического колебания; ω=2π/T.

При максимальном значении тока усилителя, равном 2I_m, амплитуда каждого импульса выбирается равной 2I_m/N.

Величина амплитуды 1-й гармоники I₁ от всех N импульсов определяется с помощью разложения Фурье:

.

Поскольку нагрузкой каждого активного элемента является излучатель (например, петлевой вибратор с геометрическими размерами, существенно меньшими длины волны рабочей частоты), то суммирование происходит в эфире.

Таким образом, принципиальным отличием предлагаемого способа излучения от традиционного является то, что основным фактором в формировании электромагнитной волны заданной частоты являются не геометрические размеры излучателя, а количество излученных импульсов заданной, соответствующей рабочей частоте длительности.

Для оценки уровней высших гармоник рассчитаем их амплитуды, которые определяются следующим соотношением:

Следует учесть, что спектр прямоугольных импульсов не содержит гармоник четных порядков (см., например, Е.И. Манаев. Основы радиоэлектроники. М.: Радио и связь, 1985).

Результаты расчета представлены на фиг. 3. Уровень высших гармоник на фиг. 3 представлен в дБ. Из приведенного на фиг. 3 графика видно, что уровень высших гармоник зависит от числа N активных элементов, и при N≥200 уровень высших гармоник не превысит – 68дБ, что в большинстве случаев удовлетворяет требованиям электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств на объекте.

При смене рабочей частоты изменяется длительность периода T и, соответственно, длительность импульсов t_n включения каждого активного элемента.

Таким образом, в предлагаемом способе излучающие элементы возбуждают в окружающей среде электромагнитные импульсы, сумма которых возбуждает электромагнитную волну заданной частоты, при этом в отличие от традиционного способа не требуется поддержания соответствия геометрических размеров излучателей длине волны рабочей частоты.

Способ возбуждения электромагнитных волн, состоящий в том, что каждый период гармонического колебания разбивается на N импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды, сумма которых воспроизводит гармонический сигнал, причем каждый импульс формируется одним из N активных элементов, работающих в ключевом режиме, при этом каждый активный элемент нагружен на один из N пассивных излучающих элементов.

Источник