"Н": А что представляют из себя концентрические кольца, параллельные земле и названные тобой Н¯, а также "серпантин*, обозначенный, как Е¯? И почему, если я правильно понял, они носят ВЕКТОРНЫЙ ХАРАКТЕР!?
"А":E¯ - это вектор напряженности электрического поля. Соответственно Н¯ - вектор напряженности магнитного поля. Знак вектора дает нам ясно понять, что эти поля могут быть ориентированы относительно поверхности земли под самыми различными углами.
Но вот между собой они ВСЕГДА взаимоперпендикулярны! Но на рисунке присутствуют еще и токи I1 и I2.Ты мне не скажешь, что они из себя представляют?
"Н": Очевидно, под воздействием не показанного здесь первичного контура, вдоль по длине антенного штыря циркулируют токи I1 и I2, представляющие собой перемещение, посредством индукции, электрического заряда то в направлении ОТ земли к точке А, то в ОБРАТНОМ! Естественно, с частотой f0!
Выходит, в точке А то наблюдается "избыток" электронов, то их "недостаток"! В пользу моих слов говорит и тот факт, как при этом направлены силовые линии электрического поля…
"А": Вот она - моя награда за потраченные труды! Совершенно верно!
Иначе говоря - антенна есть инструмент для преобразования переменных напряжения и тока в энергию электромагнитного поля, способную свободно распространяться в пространстве!
"Н": А вот чего я, дружище, не могу понять… Все-таки, почему порождаемое вокруг антенны электромагнитное поле не просто циркулирует, а способно как-бы "оторваться" и унестись навсегда?
"А": Браво, Незнайкин! Ты задал сейчас очень глубокий вопрос! Недавно мы беседовали на эту тему со Спецом! Это была интересная беседа. Действительно, ведь токи в той же антенне имеют вполне обратимый характер.
То вверх, то вниз, то они вообще равны нулю… Электромагнитное поле могло бы тоже циркулировать, то распространяясь в пространстве ОТ антенны в один из полупериодов, то стремясь К антенне в другой полупериод…
"Н": А как думает Спец?
"А": Он сказал, что категорического, строгого объяснения этому факту - не существует!
Но мы должны благодарить Бога и Природу за то, что электромагнитное поле в виде электромагнитных волн способно покидать антенну и уноситься в бесконечность!
Именно этот эффект, по большому счету, делает возможной не только радиосвязь, но и саму жизнь на Земле!
А возможно и вообще во Вселенной!
"Н": Даже вот так вот!?
"А": Даже вот так вот! Но продолжим наши игры! Ты, безусловно, слышал, что "покинув" передающую антенну, электромагнитные волны СО СКОРОСТЬЮ СВЕТА распространяются в пространстве! Если передающая антенна является ИЗОТРОПНОЙ, то интенсивность электромагнитной энергии уменьшается ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО КВАДРАТУ РАССТОЯНИЯ!
В случае, если антенна обладает направленностью, то есть является АНИЗОТРОПНОЙ, то эта зависимость может быть несколько иной. Но, в любом случае, чем дальше точка приема находится от передающей антенны, тем меньше интенсивность электромагнитного поля в ней! Наводимого этой передающей антенной, разумеется.
"Н": Это понятно! Ну, а как устроена приемная антенна?
"А": Подумай сам! Я подскажу тебе - это обратимое явление.
"Н": Но если это явление обратимое, то тогда, поместив штырь (металлический) в точку, удаленную от передающей антенны на некоторое расстояние, мы вправе ожидать, что электромагнитное поле НАВЕДЕТ в этой ПРИЕМНОЙ АНТЕННЕ токи, имеющие туже частоту, что и породившие их электромагнитные волны!
"А": Достойный ответ! Ты только не уточнил, что по своей величине эти ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ токи являются исключительно малыми! Их реальное амплитудное значение - не более нескольких десятков милливольт! И это еще исключительно много! Чаще всего - на порядок меньше. А то и два-три порядка.
"Н": А почему ты употребил слово - высокочастотные? А низкочастотных разве нет?
"А": Действительно! Давай определимся в понятиях! В Природе существуют электромагнитные колебания с самыми разнообразными длинами волн или, что адекватно, с самыми различными частотами!
Видимый свет - это ведь также электромагнитные волны длина, которых измеряется нанометрами! Например, красный цвет характеризуется длиной волны - 630 нм.
Или 2x10 герц!
То есть ДВЕСТИ ТЫСЯЧ МИЛЛИАРДОВ полных периодов в секунду!
"Н": Да это считать не пересчитать!
"А": И то правда, Незнайкин! Ведь если представить себе некое существо, которое не ест, не спит, не развлекается, а только подсчитывает это число со скоростью одна единица в секунду, то ему потребовалось бы примерно ШЕСТЬ МИЛЛИОНОВ ЧЕТЫРЕСТА ТЫСЯЧ ЛЕТ! И все для того, чтобы зафиксировать - сколько раз в секунду изменяется направленность векторов магнитного и электрического!
"Н": Но ведь это уже не радиодиапазон?
"А": Что правда, то правда! Генерация и прием электромагнитных колебаний подобных частот осуществляются особыми, не радиотехническими методами! А собственно радиодиапазон ограничен сверху частотами порядка ДЕСЯТЬ В ДВЕНАДЦАТОЙ СТЕПЕНИ ГЕРЦ!
"Н": Ну, а снизу?
"А": Это очень сложный вопрос! Дело в том, что сверхнизкочастотные колебания имеют свои особенности. Представь, например, длину волны электромагнитного колебания 3х10 километров!
Она соответствует частоте f = 10 герц! Это означает, что ОДИН ПОЛНЫЙ ПЕРИОД такого колебания - около ТРЕХ ЛЕТ! То есть длина волны составляет приблизительно ОДИН ПАРСЕК!
Ты ведь встречался с подобной единицей длины в фантастических романах?
"Н": Было дело в Грибоедове… Неужели есть радиостанции, оперирующие с такими чудовищными волнами?
"А": Расслабься, Незнайкин! Человечество еще не в состоянии оперировать не только с такими, но и в сотни раз большими длинами волн! Но кто сказал, что их не существует во Вселенной?
В семидесятых годах (нашего столетия, естественно) в США широко обсуждался проект, получивший наименование "САНГВИН". Речь шла о возможности осуществления связи с атомными подводными крейсерами. Для того, чтобы передать приказ на нанесение, в случае необходимости, ответного атомного удара по СССР!
При этом исходили из того, что подлодка находится на МАКСИМАЛЬНОЙ ГЛУБИНЕ в несколько сотен метров в ПРОИЗВОЛЬНОЙ ТОЧКЕ МИРОВОГО ОКЕАНА! Оказалось, что это возможно осуществить, если для подобной односторонней связи использовать СВЕРХДЛИННЫЕ ВОЛНЫ, частота которых несколько меньше СТА ГЕРЦ!
"Н": …Это соответствует длине волны порядка… 3000 километров!
"А": Совершенно верно! Но учти, Незнайкин, что мир устроен так, что передающая антенна, чтобы быть эффективной, не должна иметь размеры менее одной четверти излучаемой ею длины волны! Поэтому вопрос реализации проекта "САНГВИН" требовал сооружения системы антенн, занимающих площадь порядка ДЕСЯТКОВ ТЫСЯЧ квадратных километров!
При этом для генерации "глобального" сигнала требовалась энергия порядка СОТЕН МЕГАВАТТ! После продолжительных и бурных дебатов в Сенате, от этого способа связи с погруженными подводными лодками отказались!
"Н": Так вот что такое генерация подобных электромагнитных колебаний!?
Ну, а более высокие частоты?
"А": "Сверхдлинными" волнами для осуществления радиосвязи, представь себе, сейчас пользуются! Но самые длинные из них начинаются с ТРИДЦАТИ КИЛОГЕРЦ!
То есть длина волны равна "всего-навсего" 10 километрам! Но и эта "экзотика" в радиовещательной технике не используется.
"Н": А какие длины волн и почему используются в международном радиовещании?
"А": На этот твой вопрос отвечу совершенно конкретно! Все используемые в радиовещании длины волн разбиты на следующие диапазоны:
Длинные волны - 150–408 кГц (2000-735,3 м).
Средние волны - 525-1605 кГц (571,4-86,9 м).
Короткие волны - 3,5-30 МГц (80–10 м).
Ультракороткие волны - 87,5-104 МГц (Европа); 87,5 - 108 МГц (США); 76–90 МГц (Япония).
Кроме того, в последнее время получил тенденцию к расширению УКВ диапазон на территории Украины!
"Н": Я как-то слышал, что каждый из приведенных выше диапазонов имеет чуть ли не свой собственный "характер"?
Это что, просто вариации на тему известных "Сказок братьев Гримм" или в этом действительно что-то есть?
"А": Уже скоро сто лет, как трудами ученых, изобретателей и любителей было установлено, что чем больше размеры антенн, тем больше и дальность связи! И теоретики начала века утверждали, что самые "дальнобойные" волны - это волны длинноволнового диапазона!
Они поясняли это ДИФРАКЦИЕЙ! Напомню, что дифракция - это огибание волной препятствий! Например, для сверхдлинных волн, длина которых измеряется километрами - даже выпуклость Земли помехой не является. И вот для дальней связи строятся гигантские антенны!