Антена як відкритий коливальний контур

Представим, что выходной генератор передатчика индуктивно связан с замкнутым колебательным контуром LC (рис. 4, а). В этом контуре электрическое поле сосредоточено в небольшом зазоре между обкладками конденсатора, а магнитное поле охватывает небольшое пространство вокруг контурной катушки.

Как известно, электромагнитные волны представляют собой совокупность электрического и магнитного полей, распространяющихся в пространстве со скоростью света. В электромагнитной волне электрическое и магнитное поля не разделены пространственно. Поэтому в данном случае, когда поля сконцентрированы раздельно (электрическое — в конденсаторе, а магнитное — в катушке самоиндукции), получение (излучение) электромагнитных волн невозможно.

Рис. 4. Схема перехода от замкнутого колебательного контура к антенне

Условия излучения выполняются в открытом колебательном контуре, к которому можно перейти от замкнутого колебательного контура, раздвигая пластины конденсатора и одновременно увеличивая их размеры (для сохранения неизменной собственной частоты контура). Это показано на рис. 4 б), и в).Переход от рис. 4, в к рис. 4, г совершается поворотом пластин из горизонтального положения в вертикальное.

Антенна, полученная в результате такого схематично описанного перехода от замкнутого колебательного контура к открытому, отличается геометрической симметрией и потому называется симметричным вибратором.

Каждый элементарный участок вибратора 1 — 1', 2—2', 3 — 3' … обладает некоторой индуктивностью и емкостью (рис. 5, а). Под влиянием переменного напряжения, приложенного к выходным клеммам передатчика, в этих индуктивностях и емкостях возникает ток, направление которого показано на рис. 5, а стрелками. Ток, возникающий в любом элементарном участке антенны, проходит через зажимы генератора, а поэтому амплитуда тока I_m увеличивается от нуля до максимума в направлении от концов вибратора к его середине.

Элементарные индуктивности... 4, 3, 2, 1, 1', 2', 3', 4'… соединяются между собой последовательно. Значит, общая индуктивность и общее индуктивное сопротивление имеют наибольшую величину между концами провода и равны нулю в его середине. Соответственно амплитуда напряжения U_m уменьшается от максимума до нуля при движении от концов вибратора к его средней точке. Кривые распределения напряжения и тока в симметричном вибраторе показаны на рис. 5, б. Для симметричного вибратора характерно, что на обоих его зажимах напряжения относительно земли равны по величине и противоположны по знаку.

На практике широко применяются несимметричные вибраторы (рис. 6), в которых земля заменяет второй провод симметричного вибратора. Такая замена возможна благодаря сравнительно хорошей проводимости земли. В несимметричном вибраторе, как и в симметричном, емкости элементарных участков соединяются между собой параллельно, а индуктивности этих участков — последовательно (рис. 6, a). Поэтому в несимметричной антенне на открытом конце ток равен нулю при максимальном напряжении, а на заземленном конце напряжение равно нулю при максимальном токе (рис. 6,б).