Antenas de dipolo: radial. Campo eléctrico de dipolo dipolo o antena de vibrador simétrico

Energía potencial de un dipolo duro.

Considere el llamado dipolo drogado es un dipolo cuya distancia entre los cargos no cambia ($ l \u003d const $). Definimos cuál es la energía potencial que tiene un dipolo en un campo electrostático externo. Si el cargo es $ Q $, que se encuentra en el punto del campo con el potencial de $ \\ Varphi $, tiene energía potencial igual:

luego la energía del dipolo es igual a:

donde $ (\\ Varphi) _ +; (\\ Varphi) _- $ - los potenciales del campo externo en los puntos de carga de los cargos $ Q $ y $ -Q $. El potencial del campo electrostático disminuye linealmente si el campo es uniforme en la dirección del vector de fuerza de campo. Vamos a enviar un eje X a lo largo del campo (Fig. 1). Entonces obtengamos:

De la fig. 1 Vemos que el cambio en el potencial de $ (\\ Varphi) _ + a \\ (\\ Varphi) _- $ se produce en el segmento de $ \\ triangle x \u003d lcos \\ vartheta $, así que:

Dipolo de momento eléctrico

Sustituir (4) en (2), obtenemos:

dONDE $ \\ SOBREULLOWARROW (P) $ \u003d $ Q \\ SOBREVIGHTROW (L) $ es el momento eléctrico del dipolo. La ecuación (6) no tiene en cuenta la energía de la interacción de los cargos por dipolo. Se obtuvo fórmula (6), siempre que el campo sea uniforme, sin embargo, también es válido para el campo inhomogéneo.

Ejemplo 1.

Tarea: Considere un dipolo que está en un campo inhomogéneo, que es simétricamente en relación con el eje X. Explica cómo se comporta el dipolo en un campo de este tipo desde el punto de vista de las fuerzas que actúan sobre ella.

Deje que el centro dipolo se encuentra en el eje X (Fig. 2). El ángulo entre el hombro del dipolo y el eje X es $ \\ Vartheta \\ NE \\ FRAC (\\ PI) (2) $. En nuestro caso, las fuerzas $ F_1 \\ NE F_2 $. En el dipolo actuará el momento de rotación y

la fuerza que busca mover el dipolo a lo largo del eje X. Para encontrar el módulo de esta fuerza que usamos fórmulas:

De acuerdo con la ecuación para la energía potencial del dipolo, tenemos:

creemos que $ \\ vartheta \u003d Const $

Para los puntos del eje X tenemos:

\ \

Con $ \\ Vartheta 0 $, significa, el dipolo se introduce en el área de un campo más fuerte. Con $ \\ Vartheta\u003e \\ FRAC (\\ PI) (2) $ $ F_X

Tenga en cuenta que si $ - \\ frac (\\ parcial w) (\\ parcial x) \u003d f_x $, un derivado de energía potencial da una proyección de fuerza en el eje apropiado, luego el derivado de $ - \\ frac (\\ parcial w) ( \\ Parcial \\ vartheta) \u003d M_ \\ Vartheta $ le da la proyección del torque de rotación en el eje $? $:

\\ [- \\ FRAC (\\ parcial W) (\\ parcial \\ vartheta) \u003d m_ \\ vartheta \u003d -pesin \\ vartheta (1.4.) \\]

En la fórmula (1.4) menos significa que el momento busca reducir el ángulo de miel con un momento eléctrico del dipolo y el campo de la fuerza del campo. El dipolo en el campo eléctrico busca girar para que el momento eléctrico del dipolo sea paralelo al campo ($ \\ scromewarrow (P) \\ UPARROW \\ UPARROW \\ SOURCHOMARROW (E) $). Con $ \\ SOBREULLOWARROW (P) \\ UPARROW \\ DownRow \\ Sobrevalorrow (E) $, el par también será cero, pero este equilibrio no es estable.

Ejemplo 2.

Tarea: Dos dipolos están a una distancia de $ R $ entre sí. Sus ejes se encuentran en una línea recta. Los momentos eléctricos son iguales, respectivamente: $ P_1 $ y $ P_2 $. Calcule la energía potencial de cualquiera de los dipoles que corresponderán a la posición de un equilibrio estable.

El sistema estará en un estado de equilibrio cuando los dipolos estén orientados, como se muestra en la FIG. 3, a lo largo del campo opuesto al signo de cargos entre sí.

Asumimos que el campo crea un dipolo con el momento $ P_1 $, buscaremos la energía potencial del dipolo, que tiene un momento eléctrico de $ P_2 $ en el punto del campo (A) a la distancia R de la Primer dipolo. Asumiremos que los hombros del dipolo son pequeños en comparación con la distancia entre los dipolos ($ l \\ ll R $). Los diples se pueden tomar para el punto (creemos que el dipolo con el momento $ P_2 \\ es \\ in \\ Point \\ A $). La intensidad de campo que crea un dipolo en su eje en un punto A por el módulo es igual a (con $ \\ varepsilon \u003d 1 $):

La energía potencial del dipolo con el momento $ P_2 $ en el punto A puede expresarse por la fórmula:

donde ordenamos que los vectores de la tensión y el momento eléctrico del dipolo están recubiertos en un estado de equilibrio estable. En este caso, la energía potencial del segundo dipolo será igual a:

Respuesta: Las energías de dipolo potenciales serán iguales a $ W \u003d -P_2 \\ FRAC (P_1) (2 \\ PI (\\ VAREPSILON) _0R ^ 3) $.

A. B. Rybakov,
, Space Military Cadet Corps, San Petersburgo

Dipole en el campo y el campo dipolo.

Principales temas de electrostática: ¿Qué campo crea esta distribución de cargos y qué poder actúa sobre estos cargos en el campo externo? En cuanto a la carga de puntos, estos problemas se resuelven mediante fórmulas escolares conocidas. El siguiente objeto importante y simple de electrostáticos es, por supuesto, el dipolo. El dipolo es dos diferentes, iguales en la magnitud de los cargos de puntos ubicados a una distancia fija. l. Amigo el uno del otro. Dipole se caracteriza por el momento del dipolo. P \u003d ql. (1)
Dónde l. - Vector dirigido de un cargo negativo a positivo.
El interés en el DIPOL está conectado, en particular, con el hecho de que las moléculas de muchas sustancias tienen un momento dipolo, y además, las moléculas de todas las sustancias adquieren un momento dipolo en un campo eléctrico externo. Y los cuerpos macroscópicos (tanto la conducción como la corriente no conductiva) en el campo externo están polarizados, es decir, Compra un momento dipolo. Las aplicaciones más importantes de los resultados presentados aquí son campos en un dieléctrico.
Pondremos las preguntas más importantes en el tema declarado e intentaremos resolverlas. No se iremos matemáticos especiales para el curso de la escuela, no lo necesitaremos.
El derivado de la función f (x) será denotado por DF / DX. Por conveniencia, algunos resultados utilizarán un producto escalar de vectores.
Recordar que a · B. \u003d A · B · cos α, donde α es el ángulo entre los vectores. Constante dimensional en la ley del coulon indicamos

Dipolo en el campo (tareas simples)
uno . ¿Qué fuerzas actúan en el dipolo en un campo eléctrico homogéneo?
Deja que dipole pag. Ubicado en el campo de voltaje. MI. Deje que el vector del momento del dipolo forme el ángulo α con el vector de fuerza de campo. Es fácil ver que el dipolo en este caso actúa un par de fuerzas con el momento.
M \u003d Qelsin α \u003d Pesin αque busca orientar el dipolo a lo largo de las líneas eléctricas del campo. Entonces, si el dipolo puede girar, entonces está orientado de la manera. Tenga en cuenta que el dipolo tiene una posición de equilibrio diferente cuando está orientada de la manera opuesta, pero esta posición es inestable.
2. ¿Cuál es la energía del dipolo en un campo uniforme?
Como siempre, en las tareas, donde estamos hablando de energía potencial, primero debe estar de acuerdo, desde donde contaremos esta energía. Que lo contamos desde lo anterior. posición de equilibrio. Luego, la energía es el trabajo que la resistencia del campo se realizará durante la rotación del dipolo alrededor de su centro desde la posición inicial caracterizada por un ángulo α (ver FIG. Al párrafo 1), al equilibrio. Recuerde que el trabajo está conectado solo con el movimiento de la carga a lo largo de la dirección MI. . Los cargos dipolo con dipolo con dicha rotación se cambiarán a lo largo de las líneas de campo (en diferentes direcciones) en L (1- COS α) / 2. Por lo tanto, la energía deseada W \u003d Qel (1 - COS α) \u003d PE (1 - COS α).
Pero más a menudo en los libros de texto sobre electricidad, prefiere creer en este problema, que w \u003d 0 en la posición del dipolo cuando vector pag. Perpendiculina MI. . En este caso
W \u003d -qel cos α \u003d -Educación física.
Ahora se puede formular la declaración expresada al final del párrafo 1 y de otra manera: el dipolo busca tomar una posición con energía mínima. Por lo tanto, las moléculas dieléctricas dipole en el campo exterior tienden a todos los orientados de la manera indicada (y el movimiento térmico los impide a partir de esto).
3. Ahora deje que el dipolo orientado a lo largo de las líneas de campo se encuentre en un campo inhomogéneo. Luego, es fácil de ver, la fuerza a lo largo de las líneas de campo se aplica al campo de aumentar el tamaño del campo:
(Índices "+" y "-" marque la carga del dipolo, al que pertenece el valor físico correspondiente). Es esta fuerza que explica la experiencia más sencilla en la que el cuerpo cargado (independientemente del signo de carga) atrae pequeños trozos de papel.

Campo Diplee
cuatro. Antes de calcular el campo del dipolo, nos centraremos en los momentos generales. Deje, por ejemplo, estamos interesados \u200b\u200ben un campo gravitatorio de algún asteroide de la forma incorrecta. El campo en estrecha proximidad al asteroide solo se puede obtener mediante cálculo de la computadora. Pero, cuanto más nos alejamos del asteroide, más con mayor precisión, podemos verlo como un punto material (cuyo campo conocemos). Con el deseo de un mayor rigor matemático, fue necesario decir que conocemos el comportamiento asintótico del campo cuando
Con una situación similar, nos confrontamos en el campo electrostático. El campo electrostático en sus propiedades es muy similar al gravitatorio (porque las leyes fundamentales son similares: la ley del coulón y la ley de la comunidad mundial), pero si se puede decir que es "más rico". Después de todo, los cargos eléctricos pueden ser de dos tipos, entre ellos es la atracción, y la repulsión, y entre los "cargos gravitacionales" (es decir, las masas son posibles solo atracción.
Asumimos que en algún área limitada, los cargos de puntos positivos y negativos Q 1, Q 2, ..., Q N se distribuyen. Sistema de carga completa
(2)
Ya entendemos que cuando q ≠ 0, el campo en general R ingresa al campo de la carga del punto P. Pero hay una pregunta muy importante para nosotros: cuál será el campo a largas distancias, si la carga completa
Q \u003d 0? La distribución más simple de los cargos de puntos con Q \u003d 0 es un dipolo. Es por eso que el estudio del campo dipolo lleva importantes momentos principales.
Por lo tanto, estaremos interesados \u200b\u200bprincipalmente en situaciones en las que todos los tamaños característicos son muy grandes en comparación con la distancia L entre los cargos del dipolo. Esta situación se puede describir. Primero, siempre podemos tener en cuenta que los cargos se encuentran en la distancia final de L, y le interesan el comportamiento de las soluciones obtenidas, pero es posible hablar sobre un dipolo de punto con un cierto punto dipolo P, Luego, todos nuestros resultados son válidos para cualquier R\u003e 0 (dos puntos de vista, por supuesto, son equivalentes).
Usaremos las fórmulas conocidas por todos los campos de los cargos de puntos y en las expresiones obtenidas, tenga en cuenta que no es suficiente. Por lo tanto, recordamos la fórmula de la computación aproximada: si, entonces
En todas partes, el signo "≈" indicará que utilizamos estas fórmulas en caso de un pequeño parámetro (el pequeño parámetro en las tareas en consideración es L / R).
cinco . La imagen de alta calidad de las líneas de filamento del campo dipolo es bien conocida, se da en muchos libros de texto, y no lo daremos aquí. Aunque el cálculo del campo en un punto arbitrario es simple, todavía nos restringimos al cálculo del potencial y la tensión a lo largo de dos direcciones seleccionadas. Inicio compatible del sistema de coordenadas con el centro del dipolo, el eje x dirigirá a lo largo del vector pag. , Y el eje Y es perpendicular a (al mismo tiempo, los cargos dipolo se llevarán alejados del origen de las coordenadas). Asumimos que en un punto infinitamente remoto.
6. Calcule la intensidad del campo dipolo en el eje Y.
Según el principio de superposición, E \u003d e + + e -dónde E +. y E - - Vectores vectoriales stroy de cargos individuales. De la similitud de los triángulos:
¿Qué puedes escribir como
Ahora digamos sobre el progreso del potencial a lo largo del eje Y. Como en cualquier punto del eje y, el vector MI. perpendicular al eje, luego cuando se mueve un poco de carga a lo largo de este eje, el campo dipolo no realiza ningún trabajo, y por lo tanto, en cualquier punto de este eje
7. Calcule el campo P potencial en un punto arbitrario del eje x. Según el principio de superposición, es igual a la cantidad de potenciales y creó cargos positivos y negativos.
Sea x\u003e 0, entonces:
(3)
(Expresión para (x) para x< 0 будет c другим знаком).
Desde la simetría del problema, está claro que en el eje X vector de tensión de campo MI. Tiene solo componente E X. Se puede calcular en función de la fórmula conocida que conecta la fuerza del campo y el potencial:
(4)
Pero en el curso de la escuela, la fórmula (4) suele ser bypass, por lo que calculo el ex directamente: o

Entonces, cuando se retira del dipolo a lo largo del eje X o a lo largo del eje Y, el campo se desplaza como r -3.. Puede probar que el campo también se comporta en cualquier dirección.
La expresión para el potencial en un punto arbitrario no se emite: (es decir, al retirar

En cualquier dirección, excepto el eje Y, el potencial se desplaza como r -2.). Asegúrese de que en casos particulares, esta fórmula conduce a los resultados ya conocidos por nosotros.
8. Salida. Recuerde que el plano de carga uniformemente infinito, la intensidad del campo no depende de la distancia desde el plano (o, si lo desea, se cae como r 0). En el punto de carga, disminuye como r -2.. El dipolo, como descubrimos, disminuye en el infinito como R -3. Trate de adivinar cuáles son los campos de voltaje de distribución de carga disminuyen como r -1; R -4..

Interacción de Diplee con otros cargos.
9. Ahora considere la interacción del dipolo y la carga de puntos q '(Sea Q'\u003e 0). El dibujo repite en gran medida el patrón en el párrafo 5. Allí, calculamos la tensión del campo dipolo y, por lo tanto, ya sabe qué potencia actúa en la carga de puntos. Tenga en cuenta que esta interacción es el ejemplo más simple de las fuerzas neccéntricas (recuerde dónde en el curso de la escuela hay fuerzas neutrales entre las partículas).
Pero todavía había preguntas: ¿Qué potencia actúa en el dipolo? ¿Dónde está adjunto? Puedes responder estas preguntas de inmediato, sin pensar. La fuerza deseada F, de acuerdo con la Ley de Tercera Newton, debe ser igual a - F 'y debe aplicarse en una línea recta con F'. Tal vez alguien sorprenda que las dos fuerzas relajantes que actúen sobre los cargos + Q y -Q dipole se aplicaron en algún lugar aparte del dipolo. ¿Qué significa? No significa nada. ¿Qué significa que las fuerzas iguales de la gravedad que actúan sobre el panecillo se unen en el centro del agujero? No hace ningún sentido particular que no haga ningún sentido particular, simplemente reemplaza a varias fuerzas (o incluso innumerables) en ecuaciones fundamentales de mecánica. (Objetividad a tener en cuenta que hay autores muy conocidos para los cuales tal punto de vista es inaceptable. Prefieren decir que el dipolo se aplica al propio Dipol, y el momento de las fuerzas) en el dipolo desde la carga de puntos).
10. Encuentre la fuerza y \u200b\u200bla energía de la interacción de dos dipolos, en los que los vectores P 1 y P 2 se encuentran en una línea recta. Distancia entre los dipolos x.
Considere la carga total de los cargos del segundo dipolo en el primer campo (vea la cláusula 7):

Está claro que los dipoles dirigidos entre sí con los postes variables (como en la figura) se sienten atraídos (esto corresponde al signo "-" en la expresión para W), durante el golpe de uno de los dipolos, la energía cambiará la señal.
Ya no reproduciremos cálculos bastante monótonos e inmediatamente tomaremos una expresión por el valor de la fuerza de la interacción de estos dipolos (¡cheque!):
11. Encuentre la energía de la interacción de dos dipolos, en la que P1 se encuentra en una línea recta que conecta dipoles, y P 2 es perpendicular a ella. Distancia entre los dipolos x. (Compruebe usted mismo: la respuesta es obvia.)
12. Encuentre la energía de la interacción de dos dipolos, en los que los vectores P 1 y P 2 son paralelos entre sí y ambos perpendiculares al eje X en el que se encuentran los dipolos.

Comentarios adicionales
13. Por lo tanto, el dipolo es el ejemplo más simple del sistema de carga con carga completa Q \u003d 0. Como hemos visto, el potencial del campo dipolo a grandes distancias disminuye de él como R -2. ¿Es posible resumir este resultado en un caso más general?
Puede generalizar el concepto de momento dipolo para que caracterice cualquier distribución de cargos. En particular, para los cargos por puntos del sistema, el momento del dipolo se determina de la siguiente manera:
. (5)

Es fácil ver que esta magnitud es aditiva. Se puede demostrar que P en Q \u003d 0 no depende de la selección del inicio de la referencia. Asegúrese de que en un caso particular, esta fórmula entra en (1).
Considere el momento dipolo de P de una serie de distribuciones simples de carga (en todos los casos, la distancia entre los cargos más cercanos L).
Sería posible hablar sobre las distribuciones continuas de los cargos, pero en lugar de los montos en (2) y (5) tendrían que escribir integrales en volumen.
Los resultados obtenidos anteriormente sugieren que el valor de importancia del momento dipolo. Y, de hecho, en general, puede demostrar que cuanto más nos quitaremos sistema arbitrario Cargos con una carga completa Q \u003d 0 y Dipole Moment P ≠ 0, el campo estará más cerca del campo del dipolo elemental con el momento del dipolo p.
Sería posible continuar con este camino y considerar el campo del sistema de carga con Q \u003d 0 y P \u003d 0. Uno de los más ejemplos simples Tal sistema se presenta en la FIG. Y es el llamado cuadrupolo. El potencial del campo cuadrupolo disminuye en el infinito como R -3.
Un número "Carga de puntos - Dipole - Quadrupole ..." se puede continuar más lejos. El nombre general de tales objetos multipol. Pero nos detendremos en esto.

14. Al colocar un átomo en un campo eléctrico, la potencia unida al kernel y al shell electrónico se dirige en diferentes direcciones. Bajo la acción de estas fuerzas, el átomo adquiere un momento dipolo. R Coincidiendo en la dirección con la dirección de la intensidad del campo externo. MI. 0 .
Por supuesto, las moléculas también adquieren un momento dipolo en un campo externo (pero para ellos, en general, en general, declaración previa injustamente sobre la dirección del vector R ).
Pero muchas moléculas tienen momentos dipolos y en ausencia de un campo externo. Además, estos momentos de dipolo eigen suelen ser mucho más altos que las entradas (si hablamos de lo habitual, alcanzable en los campos de laboratorio). Para una multitud de procesos en la naturaleza (en particular, para la existencia de la vida) es extremadamente importante que la molécula de agua tenga un momento dipolo.
"Es difícil imaginar cómo se vería el mundo si los átomos en la molécula H2O estuvieran ubicados en una línea recta, como en la molécula de CO 2; Probablemente lo observó que no sería nadie ". (E.Parsell. Electricidad y magnetismo. - M., 1975).

Respuestas
Al párrafo 8. El sistema de cargos, en el que la fuerza de campo disminuye en el infinito como R -1, es un hilo infinito de carga uniforme.
A p. 11. Al mover el primer dipolo a lo largo del eje X en sus cargos, actúan desde el segundo dipolo de la fuerza, perpendicular a este eje, es decir,. No se realiza ningún trabajo, significa que w \u003d 0.
A pág. 12. Para simplificar el cálculo, es necesario elegir con éxito el método de transferencia de uno de los dipolos desde el infinito hasta el estado de interés para nosotros. Es conveniente simplemente moverlo a lo largo del eje X, orientando su vector del momento del dipolo a lo largo del eje (sin embargo, el funcionamiento de las fuerzas de interacción del dipolo es cero), y luego gírelo 90 °. Al girar el segundo dipolo, se deben realizar fuerzas externas (véase el párrafo 2). Esta es la energía de la interacción de los dipolos.
A p. 13. Los dipolos son iguales: a) 0; b) 2QLJ;
c) 0; d) -3qli (aquí I y J son vectores individuales en las direcciones de ejes X e Y, respectivamente).

A cada dispositivo inalámbrico Necesita una antena Este dispositivo mecánico conductor es un convertidor que convierte la señal de radiofrecuencia transmitida (RF) a eléctrica y campos magnéticosRadio-salm. También convierte la onda de radio resultante de nuevo en una señal eléctrica. Para las antenas, las configuraciones múltiples casi infinitas son posibles. Sin embargo, la mayoría de ellos se basan en dos tipos principales: antenas dipole y pin.

El concepto de "antena"

La onda de radio contiene un campo eléctrico perpendicular al campo magnético. Ambos son perpendiculares a la dirección de distribución (figura a continuación). Este es un campo electromagnético y crea una antena. La señal emitida por el dispositivo se produce en el transmisor y luego se envía a la antena utilizando la línea de transmisión, generalmente un cable coaxial.

Las líneas son líneas de energía magnéticas y eléctricas que se mueven juntas y se apoyan entre sí cuando están "saliendo" de la antena.

El voltaje crea un campo eléctrico alrededor de los elementos de la antena. La corriente en la antena crea un campo magnético. Los campos eléctricos y magnéticos se combinan y se regeneran entre sí de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell conocidas, y la onda "combinada" se envía desde la antena al espacio. Al recibir la señal, la onda electromagnética induce el voltaje en la antena, que convierte la onda electromagnética de nuevo a la señal eléctrica, que puede procesarse adicionalmente.

La consideración inicial en la orientación de cualquier antena es polarización, que se refiere a la orientación del campo eléctrico (E) con la Tierra. También es una orientación de elementos de transmisión relativa a la tierra. Vertical antena instaladaPerpendicular al suelo emite una onda polarizada verticalmente. Por lo tanto, la antena ubicada horizontalmente emite una onda polarizada horizontalmente.

La polarización también puede ser circular. Las configuraciones especiales, como las antenas de tornillo o espiral, pueden emitir una onda giratoria, creando una onda polarizada giratoria. La antena puede crear una dirección de rotación a la derecha o hacia la izquierda.

En el caso ideal, la antena tanto en el transmisor como en el dispositivo receptor debe tener la misma polarización. En las frecuencias por debajo de aproximadamente 30 MHz, la onda generalmente se refleja, refractando, gira o modifica de otra manera por la atmósfera, la tierra u otros objetos. En consecuencia, la coordinación de la polarización en las dos partes no es crítica. A las frecuencias, OVF, UHF y polarización por microondas deben ser las mismas para garantizar la transmisión de señales más alta posible. Y, tenga en cuenta que las antenas demuestran la reciprocidad, es decir, están igualmente bien trabajando tanto en la transferencia como en la recepción.

Antena de vibrador Simétrico o Simétrico

El dipolo es una estructura de media onda de alambre, tubo, tarjeta de circuito impreso (PCB) u otro material conductor. Se divide en dos trimestres iguales de la longitud de onda y se alimenta con la línea de transferencia.

Las líneas muestran la distribución de campos eléctricos y magnéticos. Una longitud de onda (λ) es igual a:

medias ondas:

λ / 2 \u003d 492 / F MHz

La longitud real generalmente se reduce dependiendo del tamaño de los cables de la antena. La mejor aproximación a la longitud eléctrica:

λ / 2 \u003d 492 k / f mhz

donde k es un coeficiente que conecta el diámetro del conductor con su longitud. Esto es 0.95 para antenas cableadas con una frecuencia de 30 MHz o menos. O:

λ / 2 \u003d 468 / F MHz

Longitud en pulgadas:

λ / 2 \u003d 5904 k / f mhz

El valor de K es menor para los elementos de un diámetro mayor. Para un tubo con un diámetro en la mitad de K es 0.945. El canal dipolo para 165 MHz debe tener una longitud:

λ / 2 \u003d 5904 (0.945) / 165 \u003d 33.81 pulgadas

o dos segmentos de 16.9 pulgadas.

La longitud es importante, porque la antena es un dispositivo resonante. Para la máxima eficiencia de radiación, debe configurarse con la frecuencia de operación. Sin embargo, la antena funciona bastante bien en un rango de frecuencia estrecha como un filtro resonante.

El ancho de banda del dipolo es una función de su estructura. Por lo general, se define como un rango en el que la relación del coeficiente de la antena de onda de pie (CWS) es inferior a 2: 1. El CWS está determinado por la señal reflejada del dispositivo hacia atrás a lo largo de la línea de transmisión de la línea. Esta es una función de impedancia de la antena con una impedancia de línea de relación.

Una línea de transmisión ideal es un vapor conductor equilibrado con una resistencia de 75 ohmios. También puedes usar cable coaxial Con impedancia característica de 75 ohmios (ZO). También se pueden usar el cable coaxial con una impedancia característica de 50 ohmios, ya que corresponde bien a la antena, si está a menos de la mitad de la longitud de onda sobre el suelo.

El cable coaxial es una línea desequilibrada, ya que la corriente de radiofrecuencia se filtrará fuera de la pantalla coaxial, creando alguna interferencia inducida no deseada en dispositivos adyacentes, aunque la antena funcionará bastante bien. El mejor método de alimentación es usar un transformador simetrizado en el punto de alimentación con un cable coaxial. El transformador simétrico es un dispositivo de transformador que convierte las señales equilibradas en señales desequilibradas o viceversa.

El dipolo se puede configurar horizontal o verticalmente dependiendo de la polarización deseada. La línea de alimentación debe pasar idealmente perpendicular a los elementos de radiación para evitar la distorsión de la radiación, por lo que el dipolo se orienta con mayor frecuencia horizontalmente.

El diagrama de radiación de la señal de la antena depende de su estructura e instalación. La radiación física es tridimensional, pero generalmente está representada por diagramas de orientación horizontal y vertical.

El diagrama horizontal del dipolo es un dígito ocho (Figura 3). La señal máxima aparece en la antena. La figura 4 muestra un gráfico de radiación vertical. Estas son muestras ideales que son fácilmente distorsionadas por la Tierra y cualquier objeto vecino.

La mejora de la antena se asocia con un enfoque. La ganancia generalmente se expresa en decibelios (DB) teniendo en cuenta algunos "estándar", como una antena isotrópica, que es una fuente puntual de energía de radiofrecuencia, que emite una señal en todas las direcciones. Piense en la fuente de luz de punto que ilumina la parte interna de la esfera en expansión. La antena isotrópica tiene un coeficiente de amplificación de 1 o 0 dB.

Si el transmisor genera o enfoca el diagrama de radiación y lo hace más dirigido, tiene una amplificación de una antena isotrópica. El dipolo tiene un coeficiente de ganancia de 2.16 DBI de acuerdo con una fuente isotrópica. En algunos casos, el coeficiente de ganancia se expresa dependiendo del trabajo dipolo en el DBD.

Antena vertical con elementos reflectantes horizontales adicionales.

Este dispositivo es esencialmente la mitad del dipolo instalado verticalmente. El término monopol también se usa para describir esta instalación. La tierra es más baja debajo de la antena, conducir la superficie con la λ / 4 más pequeña mediante un radio o una muestra de conductores λ / 4, llamados radiales, constituyen la segunda mitad de la antena (Fig. 5).

Si la antena está conectada a un buen terreno, se llama la antena Marconi. La estructura principal sirve a otra λ / 4 la mitad del transmisor. Si el plano de conexión a tierra tiene suficiente tamaño y conductividad, entonces el rendimiento de puesta a tierra es equivalente a un DIPOL instalado verticalmente.

La longitud de la vertical del cuarto de onda:

λ / 4 \u003d 246 k / f mhz

El coeficiente k es inferior a 0.95 para verticales, que generalmente se fabrican con un tubo más amplio.

La impedancia del punto de alimentación es la mitad de un dipolo o aproximadamente 36 ohmios. El dígito real depende de la altura por encima del suelo. Al igual que un Dipol, el plano de tierra es resonante y, por lo general, tiene un componente de chorro en su impedancia principal. La línea de transmisión más común es el cable coaxial de 50 Ω, ya que relativamente bien corresponde a la impedancia de la antena con el KSW por debajo de 2: 1.

La antena vertical con un elemento reflectante adicional es no direccional. El diagrama de orfanato horizontal es un círculo en el que el dispositivo emite la señal por igual en todas las direcciones. La figura 6 muestra un patrón vertical de orientación. En comparación con el diagrama vertical del dipolo, el plano de tierra tiene un ángulo de radiación más bajo, lo que da la ventaja de una propagación más amplia en las frecuencias por debajo de aproximadamente 50 MHz.

conclusiones

Además, se pueden realizar dos o más antenas verticales con un elemento reflectante adicional para crear una señal más dirigida con amplificación. Por ejemplo, la estación de radio AM utiliza dos o más torre para dirigir la señal fuerte en una dirección, suprimiéndola en otra.

Coeficiente de onda de pie

Las ondas de pie son esquemas de distribución de voltaje y corriente a lo largo de la línea de transmisión. Si la impedancia característica (ZO) de la línea corresponde a la impedancia de salida del generador (transmisor) y la carga de la antena, el voltaje y la corriente a lo largo de la línea son constantes. Con una impedancia consistente, se produce la transmisión máxima de potencia.

Si la carga de la antena no corresponde a la impedancia lineal, no toda la potencia transmitida es absorbida por la carga. Cualquier poder, no absorbida por la antena, se refleja hacia atrás a lo largo de la línea, teniendo una señal directa y crea cambios en la corriente y el voltaje a lo largo de la línea. Estas variaciones son ondas de pie.

La medida de esta inconsistencia es el coeficiente de la onda permanente (CWS). El CWS generalmente se expresa como la proporción de los valores máximos y mínimos de los valores de corriente o voltaje directos y actuales a lo largo de la línea:

Ksv \u003d i max / i min \u003d v max / v min

Otro mas manera simple Express El CWS es la relación de la línea de transmisión que caracteriza la impedancia (ZO) a la impedancia de la antena (R):

Ksv \u003d z o / r o r / z o

dependiendo de qué impedancia es más.

El CWW ideal es 1: 1. KSV de 2 a 1 indica una potencia reflejada del 10%, lo que significa que el 90% de la potencia transmitida entra en la antena. KSV 2: 1 generalmente se considera lo más admisible para los más trabajo eficiente Sistemas.

Ahora consideraremos el campo resultante que ocurre con la acción simultánea de dos osciladores. En el capítulo anterior, ya se han tratado varios casos más simples. Primero le damos una imagen de alta calidad del fenómeno, y luego describimos los mismos efectos a partir de un punto de vista cuantitativo. Llevar casos simplesCuando los osciladores y el detector se encuentran en un plano horizontal, y las oscilaciones de los osciladores ocurren en una dirección vertical.

HIGO. 29.5, y muestra el tipo de ambos osciladores desde arriba; En este caso, la distancia entre ellos en la dirección del Norte - Sur es igual a la mitad de la longitud de onda y fluctúan en la misma fase, es decir, La diferencia de fase de los osciladores es cero. Estamos interesados \u200b\u200ben la intensidad de la radiación en diferentes direcciones. Bajo la intensidad, nos referimos a la cantidad de energía que pasa por nosotros en 1 seg; Es proporcional al cuadrado de la fuerza de campo promediada con el tiempo. Entonces, para determinar el brillo de la luz, debe tomar el cuadrado de la fuerza del campo eléctrico, y no la tensión en sí. (La fuerza de campo eléctrico se caracteriza por la fuerza con la que el campo actúa sobre una carga fija, y la cantidad de energía que pasa a través de una plataforma determinada es proporcional al cuadrado de la resistencia del campo y se mide en vatios por metro cuadrado. El coeficiente de proporcionalidad Se eliminará en el siguiente capítulo). Si estamos al oeste desde el sistema Oscilator, y vienen de ambos osciladores, los campos son los mismos, sino el valor de la misma fase, de modo que el campo eléctrico total es el doble del campo del Oscilador individual. En consecuencia, la intensidad será cuatro veces más intensidad derivada de un solo oscilador. (Los números en la Fig. 29.5 indican la intensidad, y por unidad de medición seleccionó la intensidad de la radiación de un oscilador colocado al comienzo de las coordenadas). Se se mide ahora en la dirección del norte o meridional a lo largo de la línea de los osciladores. Dado que la distancia entre los osciladores es igual a la mitad de la longitud de onda, sus campos de radiación difieren en fase exactamente en Pollotte, y en consecuencia, el campo total es cero. Para un ángulo intermedio (igual), la intensidad es 2, es decir, la disminución, la intensidad consistentemente toma los valores de 4, 2, O, etc. Necesitamos aprender a encontrar intensidad para diferentes ángulos. Esencialmente, se reduce a la tarea de la adición de dos oscilaciones con diferentes fases.

Figura 29.5. La dependencia de la intensidad de la radiación de dos dipolos ubicada a una distancia de la mitad de la longitud de onda, desde la dirección de la radiación.

a - dipolos en la fase (); B - Dipoles en antifasa.

Vamos a considerar brevemente algunos casos más interesantes. Deje que la distancia entre los osciladores, como antes, igual a la mitad de la longitud de onda, pero las oscilaciones de un oscilador se están retrasando detrás de la fase desde las oscilaciones de otra mitad del período (ver Fig. 29.5, b). La intensidad en la dirección horizontal (occidental o oriental) atrae a cero, porque un oscilador "empuja" en una dirección, y la otra en lo opuesto. En la dirección norte, la señal del oscilador más cercano llega a medio período de la señal del oscilador largo. Pero este último se queda en sus oscilaciones solo en el medio período, por lo que ambas señales vienen simultáneamente, y la intensidad en la dirección norte es 4. La intensidad en un ángulo de 30 °, como se mostrará más adelante, es nuevamente igual a 2.

Ahora nos acercamos a una propiedad interesante, muy útil en la práctica. Tenga en cuenta que las relaciones de fase entre los osciladores se utilizan al transmitir ondas de radio. Supongamos que queremos enviar una señal de radio a las Islas Hawaianas. Utilizamos el sistema de antena para esto, como se muestra en la FIG. 29.5, a, y establecer una diferencia de fase cero entre ellos. Luego, la intensidad máxima irá solo en la dirección correcta, ya que las islas hawaianas se encuentran en el oeste de los Estados Unidos. Al día siguiente, ya lo resolveremos las señales a Canadá. Y dado que Canadá está en el norte, solo necesitamos cambiar el signo de una de las antenas para que las antenas estén en antifasa, como en la FIG. 29.5, B, y la transferencia irá al norte. Puedes llegar a diferentes dispositivos Sistemas de antena. Nuestro método es uno de los más simples; Podemos complicar el sistema a significativamente y seleccionando las relaciones de fase necesarias, envíe un paquete con la intensidad máxima en la dirección deseada, ¡sin siquiera cambiando ninguna de las antenas! Sin embargo, en ambas transmisiones, pasamos mucha energía en vano, entró en la dirección opuesta correcta; Me pregunto si hay una manera de enviar señales solo en una dirección? A primera vista, parece que el par de antenas de este tipo siempre emitirá simétricamente. De hecho, la imagen es mucho más diversa; Considere, por ejemplo, el caso de la radiación asimétrica de dos antenas.

Figura 29.6. Dos antenas dipolares, dando la máxima radiación.

Deje que la distancia entre las antenas iguales al cuarto de la longitud de onda y la antena del norte se queda detrás de la fase sur en un cuarto del período. ¿Qué hacemos entonces (Fig. 29.6)? A medida que continuamos, en la dirección oeste, la intensidad es igual a 2. La dirección sur será cero, ya que la señal de la fuente norte viene 90 ° más tarde, la señal de la fuente del sur y, además, se está retrasando detrás de la fase por 80 °; Como resultado, la diferencia de fase completa es de 180 ° y el efecto total es cero. En la dirección norte, la señal de la fuente viene 90 ° antes de la señal, ya que una fuente de cuarto a onda está más cerca. Pero la diferencia de fase es de 90 ° y compensa el retraso en el tiempo, por lo que ambas señales vienen con una sola fase, lo que da una intensidad igual a 4.

Por lo tanto, mostrando algún ingenio en la ubicación de las antenas y seleccionando los turnos de fase necesarios, puede enviar la energía de radiación en una dirección. Es cierto que la energía aún se emitirá en un intervalo de esquina bastante grande. ¿Es posible enfocar la radiación en un intervalo de esquina más estrecho? Volvamos a la transferencia de olas a las islas hawaianas; Allí, las ondas de radio caminaban hacia el oeste y al este en una amplia gama de ángulos e incluso en un ángulo de intensidad de 30 ° fueron todo el doble de máximo, la energía desperdiciada.

¿Es posible mejorar esta posición? Considere el caso cuando la distancia entre las fuentes es igual a diez longitudes de onda (Fig. 29.7), y la diferencia de fase es cero. Está más cerca de la situación descrita anteriormente cuando nos experimentaron a intervalos igual a varias longitudes de onda, y no a pequeñas fracciones de la longitud de onda. Aquí hay una imagen diferente.

Figura 29.7. Distribución de la intensidad de dos dipolos. A una distancia entre sí

Si la distancia entre fuentes es igual a diez longitudes de onda (elegimos un caso más ligero cuando se encuentran en fase), entonces en las direcciones occidentales y orientales, la intensidad es máxima e igual a 4. Si se desplaza a un pequeño ángulo, la fase La diferencia se convertirá en 180 ° y la intensidad atraerá. En cero. Más estrictamente: si pasamos directamente de cada oscilador al punto de observación y calculamos la diferencia de distancia a los osciladores, y resulta ser igual, entonces ambas señales estarán en antifasa y el efecto total es cero. Esta dirección corresponde al primer cero en la FIG. 29.7 (escala en la cifra no se sostiene, es esencialmente un esquema aproximado). Esto significa que obtenemos un haz estrecho en la dirección correcta; Si nos desviamos ligeramente, la intensidad desaparece. Para fines prácticos, desafortunadamente, tales sistemas de transmisión tienen un inconveniente significativo: en algún ángulo, la distancia puede ser igual y luego ambas señales volverán a estar en la fase! El resultado es una imagen con maxima alterna y mínimos, exactamente como en CH. 28 Por la distancia entre osciladores iguales.

¿Cómo deshacerse de todos los máximos innecesarios? Hay una forma bastante interesante de eliminar los máximos no deseados. Posición entre nuestras dos antenas a número de otros (Fig. 29.8). Deje que la distancia entre los extremos siga siendo igual, y después de cada una, colóquela en la antena y establezca todas las antenas por fase. En total,, por lo tanto, lo haremos, seis antenas, y la intensidad en la dirección del oeste, por supuesto, aumentará fuertemente en comparación con la intensidad de una antena. El campo aumentará seis veces, y la intensidad determinada por el cuadrado del campo es treinta y seis veces. Cerca de la dirección de Oeste - Este, como antes, habrá una dirección con intensidad cero, y luego, donde esperábamos ver un máximo máximo, solo aparecerá una pequeña "joroba". Intentemos averiguar por qué sucede esto.

Figura. 29.8. Un dispositivo de seis antenas dipolares y parte de la distribución de la intensidad de su radiación.

Todavía existen la razón de la aparición del máximo, ya que puede ser igual a la longitud de onda, y los osciladores 1 y 6, mientras que en la fase, refuerzan mutuamente sus señales. Pero los osciladores 3 y 4 no están en fase con los osciladores 1 y 6, difiriendo de ellos por fase aproximadamente la mitad de la longitud de onda, y causan el efecto opuesto en comparación con estos osciladores. Por lo tanto, la intensidad en esta dirección resulta ser pequeña, aunque no es igual a cero. Como resultado, un haz poderoso ocurre en la dirección correcta y una cantidad de maxima lateral pequeño. Pero en nuestro ejemplo particular, hay un problema adicional: ya que la distancia entre dipoles adyacentes es igual, puede encontrar un ángulo para el cual la diferencia entre el rayo de los dipolos vecinos es igual a la longitud de onda. Las señales de los osciladores vecinos diferirán en 360 °, es decir, volverán a estar en la fase, y en esta dirección obtendremos otro poderoso paquete de ondas de radio. En la práctica, este efecto es fácil de evitar si elige la distancia entre osciladores de menos de una longitud de onda. La ocurrencia de máximos adicionales a una distancia entre osciladores de más de una longitud de onda es muy interesante e importante, pero no para la transmisión de las ondas de radio, sino para las rejillas de difracción.

Considere el campo del sistema de cargos de puntos más simples. El sistema de carga de puntos más simple es un dipolo eléctrico. El dipolo eléctrico se llama una combinación de igual en tamaño, pero opuesto al signo de los cargos de dos puntos -Q .Q. y + Q.Se desplazó en relación entre sí por cierta distancia. Deje que el Radius-Vector gastó de la carga negativa a lo positivo. Vector

se llama el momento eléctrico del dipolo o el momento del dipolo, y el vector es el hombro del dipolo. Si la longitud es insignificante en comparación con la distancia desde el dipolo hasta el punto de observación, el dipolo se llama punto.

Calcule el campo eléctrico del dipolo eléctrico del punto eléctrico. Como punto dipolo, es indiferente dentro de la precisión del cálculo desde donde punto del dipolo está contando la distancia r.al punto de observación. Deja que el punto de observación. PERO Se encuentra en la continuación del eje del dipolo (Fig. 1.13). De acuerdo con el principio de superposición para el vector de tensión, la fuerza del campo eléctrico en este punto será igual a

se asumió que.

En forma vectorial

donde y - las tensiones de los campos excitados por los cargos de puntos. -Q .Q. y +. p.. La Figura 1.14 muestra que el vector del vector antipaléleno y su módulo para un dipolo de punto se determinará por la expresión

se tiene en cuenta que con suposiciones realizadas.

En forma vectorial, la última expresión volverá a escribir de la siguiente manera.

No necesariamente a perpendicular Ao Pasó por el centro del DOT DIPOLE. En la aproximación aceptada, la fórmula resultante sigue siendo cierta y luego, cuando por el punto. ACERCA DE Se adopta cualquier punto del dipolo.

El caso general se reduce a casos especiales desmontados (Fig. 1.15). Omitir de la carga + p. perpendicular CD. En la línea de observación V.. Puesto en el punto D. Cargo de dos puntos + p. y -Q .Q.. No cambiará los campos. Pero el conjunto resultante de cuatro cargos puede considerarse como una combinación de dos dipolos con momentos dipolo y. El dipolo podemos reemplazar la suma geométrica de los dipolos y. Aplicando ahora a dipolos y fórmulas previamente obtenidas para la tensión en la continuación del eje dipolo y por perpendicular, restaurado al eje dipolo, de acuerdo con el principio de la superposición, obtenemos:

Teniendo en cuenta que, obtenemos:

se usa aquí que.

Por lo tanto, la característica dipolo del campo eléctrico es que disminuye en todas las direcciones es proporcional, es decir, más rápido que el campo de una carga de puntos.

Considere ahora las fuerzas que actúan sobre el dipolo en el campo eléctrico. En un campo uniforme cargas + p. y -Q .Q. Estará bajo la acción de igual en tamaño y opuesto en la dirección de las fuerzas y (Fig. 1.16). El momento de este par será:

El momento busca girar el eje del dipolo a la posición de equilibrio, es decir, en la dirección del vector. Hay dos posiciones del equilibrio del dipolo: cuando el dipolo es paralelo al campo eléctrico y el antipalélico a él. La primera posición será constantemente, y no hay segundo, ya que en el primer caso, con una pequeña desviación del dipolo, surgirá el momento del equilibrio, esforzándose por devolverlo a su posición original, en el segundo caso, el El tiempo resultante lleva al dipolo más lejos de la posición de equilibrio.

Teorema gaussa

Como se mencionó anteriormente, las líneas eléctricas acordaron con tal denomación, de modo que la cantidad de líneas que impregnen la unidad de superficie perpendicular a las líneas PAD sería igual al módulo vectorial. Luego, en la imagen de las líneas de tensión, es posible no solo sobre la dirección, sino también la magnitud del vector en varios puntos de espacio.

Considere las líneas eléctricas de una carga de puntos positiva fija. Son radiales rectos, emergentes de carga y terminan con infinito. Pasemos NORTE. Tales líneas. Luego a una distancia r.de carga el número de líneas eléctricas que cruzan la unidad de la superficie de la esfera del radio r.será igual. Este valor es proporcional a la intensidad del campo de carga de puntos a distancia. r.Número NORTE.siempre puedes elegir la igualdad.

de donde. Dado que las líneas eléctricas son continuas, el mismo número de líneas eléctricas cruza la superficie cerrada de cualquier forma, que cubre la carga q Dependiendo de la señal de carga, las líneas eléctricas están incluidas en esta superficie cerrada o hacia afuera. Si el número de líneas salidas se considera positiva, y entrante: negativo, entonces puede bajar el signo del módulo y anotar:

.

(1.4)

Corriente de vector de flujo.Ponemos una plataforma elemental en el campo eléctrico con un área. El patio de recreo debe ser tan pequeño que la fuerza del campo eléctrico en todos sus puntos se puede considerar lo mismo. Llevamos a cabo la normalidad al sitio (Fig. 1.17). La dirección de este normal se elige arbitrariamente. Normal hace un ángulo con un vector. La corriente del vector de la resistencia al campo eléctrico a través de la superficie seleccionada es el producto del área de superficie en la proyección del vector de fuerza de campo eléctrico a la normalidad al sitio:

¿Dónde está la proyección del vector de la normalidad al sitio?

Dado que el número de líneas eléctricas que penetra en la plataforma de la unidad es igual al módulo del vector de tensión en el vecindario de la plataforma seleccionada, la corriente de vector de tensión a través de la superficie es proporcional al número de líneas eléctricas que cruzan esta superficie. Por lo tanto, en general, una corriente visual de la intensidad de campo del campo a través de la plataforma se puede interpretar como un valor igual al número de líneas eléctricas que impregnan esta plataforma:

.

(1.5)

Tenga en cuenta que la elección de la dirección de la normalidad es condicional, se puede enviar al otro lado. En consecuencia, la corriente es el valor del algebraico: el signo de flujo depende no solo de la configuración del campo, sino también en la orientación mutua del vector de lo normal y el vector de la tensión. Si estos dos vectores forman un ángulo afilado, el flujo es positivo si estúpido es negativo. En el caso de una superficie cerrada, es habitual que elimine el área cubierta por esta superficie, es decir, para elegir una normalidad externa.

Si el campo es inhomogéneo y la superficie es arbitraria, entonces el flujo está determinado por esto. La superficie completa debe dividirse en área de elementos pequeños, calcule las corrientes de tensión a través de cada uno de estos elementos, y luego resume los flujos a través de todos los elementos:

Por lo tanto, la intensidad del campo caracteriza el campo eléctrico en el punto del espacio. La corriente de la corriente no depende de la intensidad del campo del campo en un punto dado, y desde la distribución de campo sobre la superficie de una u otra área.

Las líneas eléctricas del campo eléctrico pueden comenzar solo en cargas positivas y terminar en negativo. No pueden comenzar ni romper en el espacio. Por lo tanto, si no hay una carga eléctrica dentro de algún volumen cerrado, entonces el número total de líneas incluidas en este volumen y saliente de ella debe ser cero. Si más líneas salen del volumen, lo que la ingresa, entonces, dentro del volumen es una carga positiva; Si las líneas ingresan más de lo que sale, entonces, en su interior debería haber una carga negativa. Con la igualdad de la carga total dentro del volumen de cero o en ausencia de carga eléctrica, la línea de campo se impregna a través de ella, y el flujo completo es cero.

Estas simples consideraciones no dependen de cómo carga eléctrica Distribuido dentro del volumen. Puede estar ubicado en el centro de volumen o cerca de la superficie que limita el volumen. En volumen, puede haber varios cargos positivos y negativos distribuidos dentro del volumen de cualquier manera. Solo la carga total determina el número total de líneas de tensión entrantes o salientes.

Como se puede ver en (1.4) y (1.5), el flujo de la fuerza del campo eléctrico vector a través de una superficie cerrada arbitraria, que cubre la carga q igual. Si dentro de la superficie es nORTE. Cargos, entonces, de acuerdo con el principio de superposición de campos, el flujo completo se redujo de los arroyos de los campos de los campos de todos los cargos y será igual a dónde, en este caso, la suma algebraica de todos los cargos cubiertos por una superficie cerrada es quiso decir.

Teorema gaussiano. Gauss El primero encontró que el simple hecho de que el flujo del vector de fuerza de campo eléctrico a través de una superficie cerrada arbitraria debe asociarse con una carga completa ubicada dentro de este volumen.