Вибратор Герца

Схематичный рисунок силовых линий электрического (E) и магнитного (H) полей вблизи вибраторной антенны малой длины. Максимальная плотность потока электромагнитной энергии излучается в направлениях, лежащих в экваториальной плоскости

Вибратор Герца (диполь Герца, антенна Герца) — простейшая антенна, устройство для излучения и приема электромагнитных волн. Представляет собой тонкий прямолинейный электрический проводник малой длины (по сравнению с длиной электромагнитной волны), по которому протекает переменный электрический ток. Первые опыты с такой антенной были осуществлены Герцем в 1886—1888 годах.

В электродинамике под диполем Герца понимают модель в виде элемента (короткого фрагмента) прямолинейного переменного электрического тока малой длины с постоянной по длине амплитудой и фазой колебаний. Поле излучения такого элементарного тока эквивалентно полю излучения электрического диполя, дипольный момент которого изменяется во времени по гармоническому закону, то есть эквивалентно полю, создаваемому двумя электрическими зарядами одинаковой (переменной во времени) величины и противоположного знака, расположенными на линии тока на его концах. Герцу принадлежит создание теории этого объекта.

История

Герц использовал медные стержни с металлическими шарами на концах, в искровой промежуток которых включалась катушка Румкорфа. Если подать на такую конструкцию высокое напряжение, в промежутке проскочит искра, а в вибраторе возникнут колебания с периодом меньше, чем время горения искры. Длина электромагнитных волн примерно в два раза превышает размеры самого вибратора. Наименьший из применявшихся Герцем вибраторов (0,26 м) позволял получить колебания с частотой порядка 5⋅10⁸ Гц, что соответствует длине волны в 0,6 м. Герц также помещал вибраторы в фокусе вогнутых зеркал для получения направленных плоских волн.

С помощью металлических зеркал и асфальтовой призмы Герц убедился в том, что законы отражения и преломления электромагнитных волн невидимого спектра подчиняются законам геометрической оптики видимого спектра.

Герц также померил скорость электромагнитной волны, создав стоячую волну и измерив её $\lambda$.

Симметричный вибратор

Симметричный вибра́тор, диполь — простейшая и наиболее распространённая антенна. В наиболее простом варианте он представляет собой прямолинейный проводник длиной 2l радиуса a, питаемый в середине от генератора токами высокой частоты.

Полуволновый вибратор

Симметричный вибратор. l — Длина плеча; 2a — диаметр проводника

Анимированная схема приёма радиоволн полуволновым диполем

Полуволно́вый вибра́тор — модель реальной вибраторной антенны, представляющая собой прямолинейный идеальный тонкий проводник (нить тока), длина которого (2l) равна половине длины электромагнитной волны в среде, окружающей полуволновый вибратор. Полуволновым вибратором называют также широко распространенную на практике вибраторную антенну и излучающий элемент многоэлементных антенн в виде незамкнутого на концах проводника, общая электрическая длина которого 2l близка к λ/2, то есть используемую на частоте, близкой к частоте своего первого резонанса.

Тонкий вибратор

Для волны длиной $\lambda$, если радиус проводников вибратора $a<<l$ и $a<<\lambda$, то такой вибратор называется тонким.

Коротким называется вибратор у которого $l<0.5*\lambda$;
длинным называется вибратор у которого $l>0.5*\lambda$.

Диаграммы направленности вибратора

В зависимости от отношения длины вибратора к длине волны, его диаграмма направленности принимает вид, указанный на рисунке:

Stromverteilung (rot) und Winkelverteilung der Strahlung (blau) an einem Dipol bei verschiedenen Wellenlängen

См. также

• Антенна
• Строгое решение задачи о распространении тока на вибраторе
• Сопротивление излучения антенны

Ссылки

• Вибратор Герца // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.