Излучение и особенности распространения электромагнитных волн.

[Фёдор Менде]

Теперь очередь за резонансными антеннами, что же из себя представляют поля ближней зоны, откуда они берутся, как преобразуются в поля излучения и какова здесь роль скалярного потенциала заряда от его относительной скорости. Ведь это тоже новое слово в электродинамике.

[tcaplin]

При этом нужно было сразу отсылать к своей монографии, а не к Альтману, т.к., чтобы читать Альтмана, нужно уметь записывать матрицу рассеяния. В моей же монографии все эти вопросы  описаны гораздо проще.

Будьтн добры, отошлите к конкретной странице, где именно этот вопрос освещен более подробно. Не берите пример с Шаляпина...

[Фёдор Менде]

Смотрите мой пост #56, там источник и страницы указаны.

[tcaplin]

Смотрите мой пост #56, там источник и страницы указаны

Все-таки пример Шаляпина заразителен. Эту ссылку я, конечно, прочитал. Но там нет ни слова о том явлении, которое мы уже третью страницу обсуждаем - поток энерии из линии в резонатор через отверстие.
 Если Вам очень хочется просветить меня по поводу терминологии "внутренняя добротность", "внешняя добротность", "нагруженная добротность" - то не вижу особого смысла упирать на эти условно-матемаические понятия. Я в своих постах постоянно говорил о внутренних потерях энергии резонатора на активный разогрев, о внешних потерях на излучение. Эти реально ощутимые пути энергетических потоков имеют наглядный физический смысл. Математикам же милее безразмерные их характеристики, отнесенные к общей энергии, запасенной резонатором. Мне это совершенно очевидно, но мало интересно.

[Фёдор Менде]

Вы даже терминологию до сих пор не освоили, а постоянно говорите о метрологии. Нет такого понятия «внутренняя добротность», а имеется понятие «собственная добротность», а также «нагруженная добротность» и «внешняя добротность». Все эти понятия в моей монографии совершенно точно определены и оговорен их физический смысл и если бы Вы это знали с самого начала, а также не путались в таких элементарных вещах, как количество полуволн на длине резонатора, то мне бы не пришлось, начиняя с азов, объяснять Вам прописные истины. Напомню только некоторые Ваши перлы:

1. В резонатор в принципе не может пойти "вся энергия из линии", так как в обратном направлении из резонатора через то же отверстие обязательно пойдет такой же поток энергии, и установится динамическое равновесие (пост 29).
2. Ваш тезис о "полном поглощении энергии бегущей волны" в перегородке с резонатором физически несостоятелен. Для существования в резонаторе стоячей волны (а пульсации в нем есть именно СВ) совершенно необходимо отражение волны изнутри резонатора. Но стенка имеет одинаковые свойства и на внутренней, и на внешней стороне. То есть она будет отражать волну в той же степени и снаружи. Отверстие, какого бы размера оно ни было, одинаково для волн с обеих сторон (пост 33)

И после этой ахинеи следует Ваш вопрос:

«Честно говоря, мне изрядно надоел ваш менторский тон. Если я говорю чушь - пожалуйста, покажите, как глубоко разобравшийся специалист, в чем она заключается. Но не голословным вещанием, а физическими доказательствами» (пост 35).

Но на этом вакханалия не заканчивается, читаем дальше:

1. Это почему же? Стенки в резонаторе всегда совпадают с узлом Е. В точке отражения - тоже всегда узел Е. А поскольку уловие резонанса - целое число волн внутри резонатора, то волны обязательно в фазе (пост 39).
2. То есть в линию подается волновой поток противоположного направления - полный аналог отражения прямой волны. В линии возникает
 стоячая волна как суперпозиция двух противоидущих одинаковых волн. Как известно, через узлы СВ (а у стенки возник именно узел) потока энергии НЕТ. Его нет как у сплошной поверхности стенки (отражение), так и у отверстия (полная взаимокомпенсация на нуль прямого и обратного потоков).
  И где же ваш случай "полного потока энергии" через отверстие?

И так во всём. Вспомните, сколько Вы мне с длинной линией голову морочили, не заметив, что у неё обозначены  размеры, пока мне не пришлось Вам объяснить: «Только слепой не может не видеть, что на рисунке изображена двухпроводная линия с конкретными размерами по осям Х и У и оборванная по оси  Z».

И после этого  Вы хотите, чтобы с Вами кто-то что-то серьёзно обсуждал. Я всё больше склоняюсь к точке зрения  Мотовилова, что Вы не только малограмотный специалист, но ещё и провокатор.

[tcaplin]

Нет такого понятия «внутренняя добротность», а имеется понятие «собственная добротность», а также «нагруженная добротность» и «внешняя добротность».

Вы, абсолютно не имея что мне возразить по существу, цепляетесь к терминам. Неужели не очевидно, что по смыслу "внутренняя" и "собственная" - совершенно не различимы. Речь идет только об установившемся условном жаргоне - но я и не пытаюсь себя выдать за "своего" в области СВЧ резонаторов. Мне совершенно понятна их физика работы, но условности жаргона могу и не знать.
 То, что серьезных возражений по физике процесса у Вас нет, говорит и стиль ваших следующих "претензий":

Ц: 1. В резонатор в принципе не может пойти "вся энергия из линии", так как в обратном направлении из резонатора через то же отверстие обязательно пойдет такой же поток энергии, и установится динамическое равновесие (пост 29).

Эта, по вашему голословному определению "ахинея", верна на 100%. Ведь речь с самого начала шла об идеальном резонаторе, в котором добротность бесконечна, потому что потерь энергии как внутри, так и на излучение нет.
 В установившемся режиме - и это я Вам доказал - соотношение потоков энергии именно таково. Поток энергии в резонатор существует только в переходном режиме, и он идет на "заполнение" резонатора внутренней энергией СВ. После окончания переходного процесса и уравновешивания потоков внутрь и изнутри устанавливается динамическое равновесие - баланс потока энергии через отверстие нулевой.

Ц: «Честно говоря, мне изрядно надоел ваш менторский тон. Если я говорю чушь - пожалуйста, покажите, как глубоко разобравшийся специалист, в чем она заключается. Но не голословным вещанием, а физическими доказательствами» (пост 35).

М: Но на этом вакханалия не заканчивается, читаем дальше:

Вот видите - и здесь сразу "дальше" - а конкретного физического доказательства и сейчас нет. Только цепляние к терминам.

Ц: 1. Это почему же? Стенки в резонаторе всегда совпадают с узлом Е. В точке отражения - тоже всегда узел Е. А поскольку уловие резонанса - целое число волн внутри резонатора, то волны обязательно в фазе (пост 39).
...
М: И где же ваш случай "полного потока энергии" через отверстие?

Только здесь я дал повод Вам для "торжества". Да и то, вместо конкретного ответа опять от Вас только голословный "полив".
 На самом деле здесь я даже и не ошибся - просто я говорил о длине стоячей волны в резонаторе и в линии после установления процесса. А, как известно, длина СВ в два раза меньше длины волны образующих ее бегущих волн. То есть, ориентируясь на исходную бегущую волну, нужно говорить о кратности полуволне - а если рассматривать результирующую СВ - то будет уже кратность целой волне.

И так во всём. Вспомните, сколько Вы мне с длинной линией голову морочили, не заметив, что у неё обозначены  размеры, пока мне не пришлось Вам объяснить: «Только слепой не может не видеть, что на рисунке изображена двухпроводная линия с конкретными размерами по осям Х и У и оборванная по оси  Z».

И опять одно голословие. Как "так во всем"? Я за каждое свое слово отвечаю. В отличие от Вас.
 "Морочите" читателям голову Вы, так как масштаба осей по рисунку не видно, поэтому "ограниченность размера по х" при, например, длине волны, значительно меньшей этого размера, совершенно не имеет значения. Ведь в тексте прямо говорится не о "полосках длинной линии", а о ПЛОСКОСТЯХ. Надеюсь, Вы знаете, что в геометрии под этим термином подразумевают.
 А на рисунках в геометрии плоскости всегда приходится ограничивать - хотя всегда имеется в виду их бесконечность.

P.S. В диалогах всегда возможны недопонимание и разногласия в терминах - и всегда при конструктивном подходе возможно их взаимное согласование. Но для этого каждый из собеседников должен слышать оппонента и конструктивно отвечать на его вопросы.
 Если же занять менторскую позицию "он меня не понимает - значит он дурак, я его не понимаю - значит, он дурак" и читать лекции-монологи, то происходит, как правило, базарная склока.

[Фёдор Менде]

tcaplin , Вы мне надоели.

[tcaplin]

 Наконец-то откровенно и без заумных "доводов". У нас с Вами разные цели - Вы продвигаете свои идеи несмотря ни на что, я же занят поиском понимания глубинной сути реальных процессов..
 Что ж, значит, наши пути разошлись...

[Al]

Добрый день.

...не хотел бы быстро надоесть, но все-же
...хотелось бы разобраться именно как излучает антенна и что излучает
...разобраться хотелось бы не на уровне микрофизики а на уровне "макро"физических законов.

...я сам радиолюбитель, построением антенн занимаюсь достаточно давно.
...есть очень хорошая программа MMANA, которая позволяет проектировать антенны:
http://dl2kq.de/promm/Heplr/

...есть хорошая книжка Гончаренко, по описании этой программы и руководству использования.
...но почему то у радиолюбителей нет единого мнения, хотелось бы понять раз и на всегда и эту тему закрыть (для себя)


...в двух словах свое видение, которое в какой то степени перекликается с мнением Харченко:
http://www.rit.informost.ru/rit/6-2003/41.pdf
...попробую вкратце в своих словах , не вникая очень глубоко его высказать:
...антенна - это раскрытый колебательный контур с распределенными постоянными (L C)
...антенна может быть как резонансной (по длине) так и не резонансной
...если антенна резонансная, то его входное сопротивление активное, и для его согласования с фидером нужно (СУ)согласующее устройство, если Rвх больше или меньше волнового сопртивления фидера, и не нужно СУ если Rвх=волновому сопротивлению фидера.
...если антенна нерезонансная (длина), то СУ необходимо для компенсации её реактивности и трансформации активной части к волновому сопротивлению питающего фидера.
...использовать резонансную или нерезонансную длину это вопрос потерь на СУ+ реактивные потери

...в антенне насколько я понял существует несколько физических процессов (нет одного процесса - излучения)
...первое - это колебательный процесс подводимой энергии между распределенными по длине L и C, при этом возникают стоячие волны, если рассматриваем полуволновой диполь, то стоячая волна Е поля с пучностью на концах диполя и стоячая волна Н поля в точке питания
...стоячие волны Е и Н полей реактивные и сдвинуты между собой на 90гр по фазе.
...в данном случае антенна излучает продольные волны вызванные колебаниями "стоячих" Е и Н полей, которые "быстро" затухают так как пропорциональны 1/r3 и 1/r2.

...второе - согласно электромагнитной индукции при протекании тока по проводу имеем изменяющееся поле Н, которое порождает Е поле
...эти два поля возникают одновременно, изменение одного порождает изменение другого. Эти два поля ортогональны и фазны, при всем при этом возникает ЭМВ поперечная волна, которая убывает пропорционально 1/r. Так как максимальный ток в пучности тока, то бытует такое мнение, что антенна имеет максимальное излучение именно в этом месте и что наиболее эффективно в полуволновом вибраторе наиболее эффективное излучение это в первых L/4 от точки питания.
...при излучении стоячая волна теряет энергию, вот тут к нам на "помощь"приходит ток бегущей волны, который восполняет "утрату":
http://forum.qrz.ru/showthread.php?p=358059#post358059 пост 536

...возможно есть еще дополнительные процессы, надеюсь услышать о них.


...хотелось бы понять - насколько я прав и насколько не прав до этого момента
...не судите строго, хотелось бы разобраться.

...с уважением. Алексей

[Фёдор Менде]

Уважаемый, Алексей, сразу видно почерк опытного радиолюбителя. Вы практически всё написали правильно, видно, что Вы хорошо чувствуете антенну. Но в этом деле имеются тонкости, которые многие, а вернее все не понимают. И поскольку Вы хорошо чувствуете эту проблему, давайте постараемся постепенно разобрать этот вопрос не только на математическом, но и физическом уровне.
Вы правильно отметили, что антенны бывают резонансные и нерезонансные.
Резонансная неукороченная антенна представляет, как  Вы правильно сказали, открытый LC контур с распределёнными параметрами, так называемый полуволновой вибратор. Эту антенну можно укоротить, разместив на её концах толи ёмкостные пластины, толи  шары. Длина её станет меньше половины длины, но у неё по-прежнему будет наблюдаться резонанс на какой-то частоте. Как узнать, какая резонансная частота будет у такой антенны. Первым, кто сделал это был Герц. Он взял два шара на концах двух проводников, находящихся на одной линии. Другие концы этих проводников находились на близком расстоянии и представляли искровой промежуток. Затем от высоковольтного источника через большое сопротивление он начал заряжать этот диполь. И когда напряжение на искровом промежутке достигло пробивного, произошел его пробой, тем самым закоротив оба провода и превратив диполь в колебательный контур. Поскольку ёмкость контура была предварительно заряжена, то в контуре возникли колебания. Электрические и магнитные поля при таких колебаниях сдвинуты на 90 градусов и не представляют полей излучения. Казалось бы, поскольку эти поля имеют такие свойства и потерь энергии нет, то такие колебания должны существовать до тех пор, порка вся энергия, запасённая в контуре не будет потрачена на омические потери в проводниках самой антенны. Герц подробно исследовал поля его диполя и увидел, что эти поля можно разделить на две категории. Первые, у которых между векторами Е и Н имеется сдвиг 90 градусов, теперь принято называть эти поля полями ближней зоны, и поля у которых фазы Е и Н полей совпадают. Герц ещё заметил, что поля ближней зоны распространяются со скростями превышающими скорость света, а поля излучения, как он выразился «отшнуровываются» от полей ближней зоны и распространяются со скоростью света.
Давайте сначала этот вопрос и обсудим. Как Вы понимаете поля ближней зоны, при каких условиях они могут образовываться, и может ли резонансная  антенна работать без полей ближней зоны, какова связь между полями ближней зоны и полями излучения?   

[Дмитрий Мотовилов]

Фёдор Фёдорович, я приветствую такое продолжение темы, жаль что много потеряли времени на беседы с никчёмными резонёрами...

[Фёдор Менде]

До сих пор не было специалистов, которые хорошо знают антенную технику. По высказываниям этого радиолюбителя похоже, что он хорошо её чувствует, поэтому моя задача дать ему теоретическую базу в доступном для него варианте.

[Al]

Здравствуйте, Фёдор Фёдорович.

...Герц исследовал собственные резонансные колебания антенны
...мы же зачастую используем (в "коротких" антеннах) вынужденое возмущение антенны.

...пусть будет полуволновой вибратор с входным сопротивлением 73 Ом и запитываем его фидером с волновым сопротивлением 75 Ом
...рассогласование тут небольшое.
...поля ближней зоны - это реактивные поля, возникшие в следствии колебательных процессов в распределенных L и С
...в антенне возникает стоячая волна, вот колебания этой стоячей волны (заряды и токи "колеблются" перпендикулярно полотну антенны) и является причиной возникновения этих продольных полей.
...амплитуда стоячей волны напрямую зависит от добротности антенны, чем выше добротность, тем выше амплитуда, тем больше поля,тем больше энергии "плещется" в этом раскрытом колебательном контуре, но при всем при этом и уже полоса пропускания антенны (что не всегда очень хорошо)
....это первая половинка процессов в антенне

...вторая половинка - видится в электромагнитной индукции. В стоячей волне тока , при отсутствии затухания, ток "плещется" от узла стоячей волны до узла, тоесть вдоль провода между узлами он есть. Так вот вокруг этого тока, который вдоль провода и возникает изменяющееся магнитное поле, изменение которого порождает изменяющееся электрическое поле. Чем больше было энергии в стоячей волне, тем больше энергии в Е и Н полях возникших в результате электромагнитной индукции.
...помоему так ))
...интенсивность излучения по второму процессу напрямую зависит от первого процесса.
...таким образом можно сделать вывод, что второй процесс без первого существовать не может.
...я так полагаю, что это классика.

...с уважением, Алексей

PS: "Герц ещё заметил, что поля ближней зоны распространяются со скростями превышающими скорость света" - вот это мне не очень понятно.

[Фёдор Менде]

Не нужно пытаться ответить на все впросы сразу, поскольку в таком случае получается сумбур. Я Вам постепенно объясню всю физику излучения, но не сразу. Я буду постепенно стваить очень небольшое коичество вопросов, но их нужно понять. Поэтому повтрояю вопросы:

Как Вы понимаете поля ближней зоны, при каких условиях они могут образовываться, и может ли резонансная  антенна работать без полей ближней зоны, какова связь между полями ближней зоны и полями излучения?

Постарайтесь максимально чётко ответить на эти впросы, а потом пойдём дальше. 

[Al]

Как Вы понимаете поля ближней зоны

...возможно я не понял вопроса
...теперь даже не знаю с какой стороны подойти к ответу:)))

...возможно так:
...поля ближней зоны, это те поля которые быстро убывают с расстоянием, в частности эти поля убывают пропорционально 1/r2 и 1/r3
...возможно так:
...все познается в сравнении и эти поля по сравнению с полем ЭМВ убывают быстрее, поэтому в дальней зоне не рассматриваются.

...при каких условиях могут образоваться?
...при изменении и перемещении заряда

...может, ли резонансная антенна работать без полей ближней зоны?
...я бы сам хотел это понять, на первый взгляд нет.

...какова связь между полями ближней и дальней зоны?
...тоесть как они между собой взаимодействуют?
...трудно сказать, эт надо углубляться в физику.
...вообще по своей природе это разные поля.

...Фёдор Фёдорович, я же радиолюбитель.
...я согласен, что Физику знать должно, но к сожалению изучал её 25 лет назад
...а в процессе трудовой деятельности обращаться к ней приходилось редко.
...поэтому и возникают вопросы.
...то с чем сталкиваюсь в своем хобби - время от времени просматриваю учебник )

...с уважением, Алексей

[Фёдор Менде]

Я сам когдато был радиолюбителем и постараюсь Вам рассказывать максимально понятно.

Я не зря начал рассмотрение с опытов Герца. Именно работа его антенны в свободном колебательном режиме проливает свет на многие физические процессы её работы. Если имеется уединённый проводящий шар, то его ёмкость определяется соотношением  С=4 пи эпсилон R, где эпсилон диэлектрическая проницаемость окружающей среды, а R – радиус шара.
Если  потенциал  шара составляет U, то электрическое поле такого шара обладает энергией равной  1/2C U^2. Именно эту энергию и сообщал Герц шарам своей антенны, заряжая их от источника высокого напряжения. Суперпозиция полей этих зарядов, этого электрического диполя, и представляют поля ближней зоны. Они то и убывают, в зависимости от направления обратно пропорционально квадрату и кубу расстояния. Но они же представляют и ту начальную энергию, которая в будущем будет в режиме свободных колебаний превращена в поля излучения. Но сразу, забегая несколько вперёд, скажу, что эти поля, являясь энергетичекой копилкой антенны, никакого отношения к полям излучения не имеют. Если вам это понятно, будем двигаться дальше.

[Al]

Я сам когдато был радиолюбителем и постараюсь Вам рассказывать максимально понятно.

...спасибо, попробуем пройти этот путь.
...только быстрых ответов не ждите, время от времени буду заглядывать в учебник ))

...с уважением, Алексей

[Фёдор Менде]

Если теперь соединить заряженные шары при помощи проволоки, то заряды начнут перетекать с одного шара на другой, пытаясь обнулить разность потенциалов, которая между ними имеется. Но поскольку проводник, их соединяющий, имеет индуктивность, то произойдёт перезарядка ёмкостей шаров, как это имеет место в любом колебательном контуре. И если бы не было омических потерь в проводниках и потерь на излучение, то этот процесс продолжался бы вечно, причём частота колебаний определялась бы ёмкостью шаров и индуктивностью проводника, их соединяющего.  И вот только после того, как мы уяснили всё это, можно начинать разговор об излучении.
Разряжаясь через проводник, заряды начинают двигаться, причём, поскольку это движение периодическое (то в одну сторону, то в другую), они движутся с периодическим ускорением. Т.е. та энергия, которая ранее была запасена в статических полях шаров, заставляет двигаться заряды в проводнике, их соединяющем, с переменным ускорением.
Если всё поняли будем двигаться дальше.

[Фёдор Менде]

И теперь начинается самое загадочное, а именно то явление, которое хорошо изучено с феноменологической (описательной) точки зрения, но физика которого до сих пор  не ясна. Речь пойдёт об электрических полях индукции. Вам хорошо известно, что если к проводнику, по которому течёт переменный ток, поднести другой проводник, то в этом проводнике возникнут наведенные токи, направление  которых будет обратным тем токам, которые текут в исходном проводнике. Задавали Вы ли себе когда-нибудь вопрос, откуда берутся те электрические поля, которые являются причиной появления индуцированных токов в проводнике, который вы подносите к исходному проводнику?

[Al]

Разряжаясь через проводник, заряды начинают двигаться, причём, поскольку это движение периодическое (то в одну сторону, то в другую), они движутся с периодическим ускорением. Т.е. та энергия, которая ранее была запасена в статических полях шаров, заставляет двигаться заряды в проводнике, их соединяющем, с переменным ускорением.
Если всё поняли будем двигаться дальше.

...тут для меня нужны уточняющие моменты:
...так как заряд в переменном электрическом поле,то ускорение переменное это понятно
...в начальный момент заряды неподвижны, ток равен нулю. Поле максимально, ускорение максимально.
...на половине "пути" скорость максимальна, ускорение видимо равно нулю. До какой скорости разгоняются?
...далее начинаем торможение....скорость падает до нуля перезарядка завершена.
...я правильно понял?