16. Элементарный магнитный вибратор (МВ) (физические модель, указать причины ввода упрощений). Система координат, связанная с ЭЭВ. Качественное описание излучения МВ в поперечном и продольном

16. Элементарный магнитный вибратор (МВ) (физические модель, указать причины ввода упрощений). Система координат, связанная с ЭЭВ. Качественное описание излучения МВ в поперечном и продольном направлениях.

-Элементарный магнитный вибратор (МВ) (физические модель)

Рассмотрим теперь систему, аналогичную описанной модели ЭЭВ, но отличающуюся от нее тем, что на поверхности стержня выпол­няется иное граничное условие, а именно каса­тельная составляющая вектора Ё отлична от нуля и неизменна вдоль длины l, причем линии вектора Ё имеют вид колец, охватывающих поверхность S (рис. 5.17). Иными сло­вами, данная система отличается от рассмотренной тем, что на поверхности S вместо замкнутых векторных линий магнитного поля задано распределение замкнутых линий электрического поля. Векторные линии магнитного поля второй системы совпадают по форме с векторными линиями электрического поля первой сис­темы, но имеют противоположное направление. Различное направление магнитных и электрических линий системы следует из уравнений Максвелла (правые части первого и второго уравнений (1.75) имеют разные знаки). Задание касательной составляющей вектора Ё на поверхности стержня эквивалентно заданию плот­ности поверхностного магнитного тока . Так как по предположению значения E_φm одинаковы во всех точках пове­рхности S, то рассматриваемая система эквивалентна элементу длиной (. магнитного тока i ^м, т.е. представляет собой элемен­тарный магнитный вибратор.

Практически систему, близкую к данной модели эле­ментарного магнитного вибратора, можно получить, если стержень выполнить из материала с магнитной проницаемостью μ₂. зна­чительно большей магнитной проницаемости μ окружающей сре­ды, например из феррита. В качестве возбуждающего устройства можно использовать рамку, обтекаемую током проводимости (рис. 5.18). Рамка и стержень должны иметь общую ось.

Благодаря большой величине μ_r2 поток линий вектора В пронизывает стержень, почти не ответ­вляясь через его боковую поверхность, т.е. поток линий вектора В равномерен по длине стержня. Пронизывающим стержень линиям вектора В соответствуют

ветотвуют замкнутые линии вектора Е. Рав­номерность потока вектора В обусловливает равномерное распределение Е_φ на поверх­ности магнитного вибратора. Практически для того, чтобы распределение E_φ на поверхности магнитного вибратора было действительно равномерным, нужно аналогично тому, как это было сделано Герцем в случае электричес­кого вибратора, использовать стержни с ша­рами или другими концевыми нагрузками (рис. 5.18). Элементарным магнитным вибратором можно считать также любой достаточно малый элемент длинного стержня, выполненного из соответствующего материала и воз­бужденного таким образом, что на его поверхности имеется от­личная от нуля перпендикулярная оси стержня касательная сос­тавляющая напряженности электрического поля (Ё_φs ≠ 0), а другие составляющие вектора Е отсутствуют.

Элементарным магнитным вибратором можно считать также любой достаточно малый элемент длинного стержня, выполненного из соответствующего материала и воз­бужденного таким образом, что на его поверхности имеется от­личная от нуля перпендикулярная оси стержня касательная сос­тавляющая напряженности электрического поля (Ё_φs ≠ 0), а другие составляющие вектора Е отсутствуют.

Следует отметить, что аналогия между физическими моде­лями элементарных электрического и магнитного вибраторов проявляется не только в распределении Н_φ на электрическом и Е_φ на магнитном вибраторах. Благодаря высокой проводимости ма­териала электрического вибратора, на его поверхности выпол­няется условие Ё_τ Is→ 0. Точно так же при μ_r2»μ_r1 на поверхности магнитного вибратора Н_r I_s→ 0. Это следует из второго уравнения Максвелла и условия непрерывности касательной составляющей вектора Н на границе раздела двух сред.

Если в схеме, изображенной на рис. 5.18, изъять стержень, оставив одну рамку, то характер структуры поля не изменится (рис. 5.19). Поэтому рамку достаточно малых размеров, обтекае­мую электрическим током, также можно считать элементарным магнитным вибратором.

-Система координат, связанная с ЭЭВ

Расчет полей проводится в сферической системе координат (рисунок 2).

При расчете полей вводят ограничения:

1) Излучатель находится в безграничном пространстве в идеальной среде без потерь (вакуум).

2) Длина излучателя ℓ < < l. Такое условие позволяет пренебречь запаздыванием по длине излучателя, т.е. амплитуда и фаза тока постоянны. Хотя ток переменный, на концах диполя будут скапливаться заряды.

3) Расстояния r, на которых определяется напряженность поля, много больше размеров излучателя ℓ.

4) Переменный ток в излучателе изменяется по гармоническому закону.

Решение волновых уравнений

, (1)

где - амплитуда тока.

Из трех составляющих, которые определяют rot, отличной от нуля будет только азимутальная составляющая .

^{. (2)}

Определим составляющие электрического поля, исходя из:

^{. (3)}

⁽⁴⁾

Таким образом, для элементарного электрического излучателя характерно наличие в пространстве трех составляющих Нy, Е_r, Eq (Рис.3).

Интенсивность составляющих электрических и магнитных полей зависит от угла q. Элементарный электрический излучатель, как и любой излучатель, создает в окружающем пространстве сферическую волну.

Нy - азимутальная составляющая

Е_r - радиальная составляющая

Eq - меридиональная составляющая

Рисунок 3 - Составляющие полей в пространстве элементарного

электрического излучателя

-Качественное описание излучения МВ в поперечном направлении.

Ограничимся анализом дальней зоны. Поступая так же, как и в случае элементарного электрического вибратора, получаем

Из формул (5.20) следует, что поле, создаваемое ЭМВ в дальней зоне, представляет собой неоднородную поперечную сферическую. волну, распространяющуюся от вибратора со ско­ростью света. Векторы Е и Н изменяются синфазно. На рис.5.20 показана ориентация векторов Е и Н в дальней зоне в случае ЭЭВ (рис. 5.20, а) и элементарного магнит­ного вибратора (рис. 5.20, б).

Дата добавления: 2015-11-04