Лекция №6. Бос кеңістіктегі симметриялық электрлік вибратор. Ток пен зарядтың вибратор бойынша таралуы.

Лекция жоспары:

· симметриялық вибратордың құрылысы, өлшемі мен пішіні;

· ток пен зарядтың вибратор бойынша таралуы;

· симметриялық вибратордың толқындық кедергісі.

Симметриялық электрлік вибраторды оқып білуде үлкен қызығушылық туады. Біріншіден бұл вибратор өз алдына жеке антенна ретінде қолданылады, екіншіден күрделі антенналардың құрама элементтері болып табылады. Симметриялық вибратор ХХ ғасырдың І жартысында қысқы толқынды радиобайланыстардың дамуына байланысты кең қолданыла бастады. Қазіргі уақытта симметриялық вибратор жеке антенна ретінде қысқа, метрлі және дециметрлі толқындарда қолданылады. Осы диапазонда симметриялық вибратордың қатарынан тұратын күрделі антенналар да кең қолданылады. Симметриялық вибраторлар сантиметрлік толқын диапазонында да күрделі жүйенің элементі болып қолданылады.

Симметриялық вибратор өлшемі мен пішіні жағынан бірдей екі өткізгіштен тұрады және екеуінің арасына жоғарғы жиіліктегі генератор қосылған. Бос кеңістікте орналасқан жіңішке цилиндрлік өткізгіш ұзындығы 2λ және радиусы а болып табылатын симметриялық вибраторды қарастырамыз (сурет 6.1).

Вибратор бойынша токтың таралу заңы белгісіз болғандықтан, үлкен қиындықтармен байланысқан симметриялық вибратор үшін антеннаның теориясы негізгі тапсырмаларға қатал шешім шығарады.

Сурет 6.1 - Симметриялық вибратор

Ұзақ зонада симметриялық вибраторды тудыратын өрстің есептеу әдісі бар. Бұл әдістің астарында вибратор бойынша токтың синусоидальді таралуы туралы болжам жатыр. Симметриялық вибратордың арасындағы кейбір сыртқы ұқсастықтың және желінің соңындағы жоғалыссыз екі өткізгіштің алшақ тұруының негізінде таралады. Шынында да, екі өткізгіш желіден (сурет 6.2а) симметриялық вибраторға өтуге болады, егер өткізгіштің сызықтары бір-біріне бұрышта бұрылған болса (сурет 6.2б).

Сурет 6.2 - Симметриялық вибратордың екі өткізгіш желіге айналуы

(а-желі, б-вибратор)

Екі өткізгіш желіден симметриялық вибраторға өткен кезде токтың таралу заңы бұзылмайды деуге болады, яғни , мұндағы - шоғырдағы вибратор тогының амплитудасы (жалпы жағдайда кешенді шама) l - вибратордың бір иіліс ұзындығы; z - вибратордың басталуынан (қорек нүктесі) вибратордың ерікті нүетесіне (ағымдағы координат) дейінгі арақашықтық; k =2π/λ , - толқындық сан (вибратордағы ток фвзасының коэффициенті).

Вибратордағы толқын ұзындығы λ мен бос кеңістіктегі толқын ұзындығы тең деп есептейді. Шыныда да осы ұқсастықтар өте жақын. Екі жүйеде желінің және вибратордың таралу параметрі бар тербелмелі жүйе болып табылады. Алайда олар мәнімен ажыратылады. Біріншіден, желінің таралу параметрі ( ) өзінің ұзындығында өзгермейді, ал вибратордың таралу параметрі өзінің ұзындығында тұрақсыз (сурет 6.2б). Екіншіден, желі электромагнитті толқындар канализациясы үшін жұмыс жасайды және іс жүзінде сәулеленбейтін жүйе болып табылады, ал вибратор толқындарды сәулелендіреді. Алшақ тұрған желінің соңында ток тек қана тұрақты толқын заңы бойынша өзгереді, егер желі идеал өткізгіштен жасалса, яғни онда энергия жоғалысы болмайды.

Вибратор тіпті идеал өткізгіштен жасалса да, онда міндетті түрде сәулеленуге кететін шығындар (пайдалы) бар. Сондықтан да вибратордағы ток тұрақты толқын заңы бойынша таралуы мүмкін емесі белгілі. Алайда токтың синусоидальді таралу формасы бойынша симметриялық вибратор өріс есебі ұзақ зона мен жіңішке вибратор үшін тәжірибелік жақсы сәйкестікті көрсетеді. Сондықтан да инженерлік есеп үшін бұл жақындық көптеген жағдайда толығымен рұқсат етілген. Симметриялық вибратордың қатаң теориясы жіңішке вибратордағы заң бойынша синусоидальға жақын таралған деп дәлелденеді. Вибратор бойынша берілген токтың таралу заңын зарядтың таралу заңына , мұндағы - заряд шоғырындағы зарядтың амплитудасы. Зарядтың симметриялық вибратордың бойында таралу заңы жоғалыссыз желінің ұзындығының соңында алшақ тұрған потенциалдың (кернеудің) таралу заңына сәйкес келеді.

Антенна теориясында кернеу ұғымын үлкен ұқыптылықпен қолданған жөн, себебі, антеннаның өрісі потенциал болып табылады. Кернеу ұғымын антеннаға сәйкес қолдануға болады, егер өлшеу нүктелерінің арасын толқын ұзындығымен салыстырғанда кіші болса. Антенна қысқыштары (зажим) арасындағы кернеуді өлшегенде және ұзынтолқынды антенналарда әділ болмақ. 6.3 суретте ток амплитудасының қисық таралуы және вибратордағы зарядтың әр түрлі ұзындықтары көрсетілген. Ұзын желінің толқын кедергісінің ұқсастығы бойынша симметриялық вибратордың толқын кедергісі деген түсінік бар. Желі ұзындығының теориясынан белгілі шығынсыз екіөткізгіш желінің толқындық кедергісі , мұндағы - желінің таралған индуктивтілігі (желінің бірлік ұзындығына келетін индуктивтілік), Г/м; -желінің таралған сыйымдылығы, Ф/м. болса, мұндағы: с- жарықтың жылдамдығы, м/с, онда

W=1/ , Ом. (6.1)

Сурет 6.3 - Әр түрлі вибраторда ток амплитудасының

және зарядтың таралуы

Желінің екіөткізгіш толқындық кедергісі оның геометриялық өлшемі

W=2761g(D/a) (6.2)

қатынасымен байланысты, мұндағы D- желінің өткізгіш центрі арасындағы қашықтық; а- өткізгіштің радиусы.

Симметриялық вибратордың толқындық кедергісі (6.1) формула бойынша есептеледі. Алайда вибратордың ұзындығы бойынша таралған сыйымдылық тұрақсыз. Сондықтан осы жағдайда толық сттистикалық сыйымдылықтың ( ) антеннаның ұзындығына (2l) қатынасына тең орташа шама деп түсіндіріледі. Толық статистикалық сыйымдылық есебінің кең тараған әдісінің бірі хоу немесе орташа потенциал болып табылады. Цилиндр пішінді өткізгіштен жасалған симметриялық вибратордың кедергісі Хоу әдісі арқылы анықталған.

Ом, (6.3)

мұндағы: l-вибратордың иіліс ұзындығы; а-өткізгіш радиусы.

Вибратордың толқындық кедергісі есебінің хоу әдісі толқын ұзындығымен салыстырғанда қысқа вибратор үшін қабылдарлық дәлдік береді. Бұл әдістің дәлдігі вибратор ұзарған жағдайда төмендейді.

Бақылау сұрақтары:

1. Симметриялық вибратор өлшемі мен пішінін айтып беріңіз?

2. Симметриялық вибратордың қолдану аймағын атап беріңіз?

3. Симметриялық вибратордың толқындық кедергісі дегеніміз не?