Вибра́тор Ге́рца ( симметричный вибратор , диполь Герца ) — простейшая антенна , устройство для излучения и приёма электромагнитных волн . Представляет собой относительно короткий (по сравнению с длиной волны) прямолинейный электрический проводник с разрывом посередине, питаемый (в режиме излучения) в точках разрыва генератором тока высокой частоты . Первые эксперименты с подобной антенной были осуществлены Генрихом Герцем в 1886—1888 годах .

В электродинамике под диполем Герца понимают модель в виде элемента (короткого фрагмента) прямолинейного переменного электрического тока малой длины с постоянными по всей длине амплитудой и фазой колебаний .

История

Первый вибратор Герца в его экспериментах 1886—1888 годов представлял собой прямой медный провод длиной 2,6 м и диаметром 0,5 см, разрезанный посередине — в этом месте на провод были насажены два медных шарика диаметром 3 см, соединённые с выводами катушки Румкорфа . Длина искрового промежутка между шариками была около 0,7 см. На концах провода располагались два шара диаметром 30 см, изготовленные из толстого цинкового листа. Шары можно было передвигать по проводу и таким образом изменять электрическую длину вибратора ^:140 . В некоторых опытах шары заменялись квадратными пластинами 40×40 см . С помощью этого вибратора, установленного вертикально на расстоянии 13 м от металлической поверхности стены, и приёмной проволочной рамки с малым искровым промежутком Герц обнаружил узлы и пучности стоячей волны . Длина волны в этих опытах оказалась около 9 м (частота 30 МГц).

Для исследования отражения, поляризации и преломления надо было значительно уменьшить первоначальную длину электромагнитных волн. Для этого Герц построил вибратор из двух металлических цилиндров диаметром 3 см и длиной 13 см и поместил его вдоль вертикальной фокальной линии двухметрового параболического зеркала (рефлектора). Обращённые друг к другу основания цилиндров оканчивались шаровыми поверхностями диаметром 4 см, искровой промежуток между ними составлял 0,3 см. Длина волны в этих опытах была примерно 60 см (частота 500 МГц). В опытах применялась также призма из асфальта высотой 1,5 м . Для приёма электромагнитных волн применялся вибратор из двух прямых проводов длиной 50 см и диаметром 0,5 см, установленный вдоль вертикальной фокальной линии своего рефлектора. Обращённые друг к другу концы проводов вибратора находились на расстоянии 5 см и имели проволочные выводы длиной 15 см, уходящие за рефлектор и оканчивающиеся малым искровым промежутком .

После исследований Герца многим физикам в других европейских странах захотелось повторить его эксперименты и провести собственные исследования электромагнитных колебаний или использовать подобные приборы в демонстрационных целях.

• Оливер Лодж в опубликованной в 1889 году статье описал свои эксперименты, для которых был построен вибратор (у Лоджа — «осциллятор») длиной около 5 м с медными пластинами на концах площадью 120 см². Длина волны составила 29 м (частота 10 МГц). Малый осциллятор у Лоджа излучал волны с частотой 300 МГц .
• В 1890 году австрийский физик опубликовал статью с описанием и исследованием метода наблюдения и измерения электрических волн в проводах при помощи вибратора Герца . Для скорости распространения электромагнитных волн в проводах, для которой Герц давал значение 200 000 км/с , Лехер получил почти в точности значение скорости света, как того требовала теория Максвелла .
• К 1890 году относится публикация Людвига Больцмана , который при демонстрации опытов с вибратором Герца для аудитории из 200 человек фиксировал действие электромагнитных волн на расстоянии до 36 м, соединив цепь вторичного (приёмного) вибратора с землёй .
• Работавший у Герца с 1890 года ассистентом Вильгельм Бьеркнес для самостоятельных исследований электрического резонанса применял вибратор с круглыми дисками из листового цинка .
• С начала 1890-х Александр Попов использовал для лекционных целей уменьшенную копию вибратора Герца с рефлектором — с цилиндрами длиной около 5 см и рефлектором высотой 40 см.
• Аугусто Риги поставил целью получение более коротких длин волн, чем у Герца. Он модифицировал вибратор Герца, называя его, как и Лодж, «осциллятором». Осциллятор Риги состоял из четырёх латунных шаров и имел три разрядных промежутка. С шарами диаметром 4 см излучались волны длиной 20 см (частота 1500 МГц), с шарами диаметром 1,36 см длина волн была 7,5 см (частота 4000 МГц) .
• Пётр Лебедев получил в своих экспериментах электромагнитные волны длиной 0,6 см (частота 50 ГГц), что позволило ему с небольшими рефлекторами и другими устройствами провести исследования по распространению этих волн в кристаллах .
• Гульельмо Маркони в 1895—1896 годах использовал для опытов по беспроводной связи осциллятор Риги. В 1897 году его исследовательская группа стала применять для передатчика, как и для приёмника, подвешенный на мачте длинный вертикальный провод, который соединялся с одним из крайних шаров осциллятора, при этом другой крайний шар соединялся с землёй . Это понизило частоту электромагнитных колебаний и увеличило дальность связи.
• В 1897—1898 годах в опытах Александра Попова и Петра Рыбкина по беспроводной связи использовался вибратор с шарами диаметром 30 см, а затем с дисками диаметром 90 см (вибратор Бьеркнеса). С середины 1898 года вибратор подключался к проволочной сети (или к одиночному вертикальному проводу) и к земле.

В конце XIX века вибратор Герца не называли антенной ^:324 . По современным представлениям его можно назвать симметричным вибратором, или дипольной антенной, с ёмкостной нагрузкой (металлические шары или пластины) на концах. Такая антенна не используется на практике, но полезно изучение её свойств, так как большинство сложных проволочных антенн может быть представлено в виде суперпозиции ряда коротких элементов — элементарных диполей ^:24—25 .

Симметричный вибратор

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

Полуволновой вибратор

Полуволновой вибра́тор — модель реальной вибраторной антенны, представляющая собой прямолинейный идеальный тонкий проводник (нить тока), длина которого ( ${\displaystyle 2l}$ ) 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 ${\displaystyle 2l}$ близка к ${\displaystyle \lambda /2,}$ то есть используемую на частоте, близкой к частоте своего первого резонанса (первой моды колебаний ).

Тонкий вибратор

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

Коротким называется вибратор, у которого длина ${\displaystyle l<\lambda /2}$ ;
длинным называется вибратор, у которого ${\displaystyle l>\lambda /2}$ .

Диаграммы направленности вибратора

В зависимости от отношения длины вибратора к длине волны и места включения к нему фидера его диаграмма направленности принимает вид, изображённый на рисунке:

Усиление симметричных вибраторов

Отношение длины вибратора к длине волны	КНД , дБи	Примечание
≪0,5	1,76	низкая эффективность
0,5	2,15	наиболее распространённый
1,0	4,0	только с толстыми вибраторами
1,25	5,2	наибольшее усиление
1,5	3,5	третья гармоника
2,0	4,3	не используется

Примечания

Комментарии

Источники

См. также

• Антенна
• Строгое решение задачи о распространении тока на вибраторе

Литература

• Из предыстории радио. Сборник оригинальных статей и материалов. Вып. 1 / Составил С. М. Рытов ; под редакцией Л. И. Мандельштама . — М. — Л. : Издательство АН СССР, 1948. — 472 с.

Ссылки

• // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
• : [ 24 декабря 2022 ] // Гермафродит — Григорьев. — М. : Большая российская энциклопедия, 2007. — С. 21. — ( Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 7). — ISBN 978-5-85270-337-8 .
• Меркулов В. 120 лет весьма быстрых колебаний // Радио. — 2008. — № 12. (неопр.) www.computer-museum.ru. Дата обращения: 8 мая 2017. 13 апреля 2017 года.
• Савельев И. В. XV. Электромагнитные волны. §106. Экспериментальное исследование // Курс общей физики. — 3. — М. : Наука, 1988. — Т. 2. — С. 307. — 337 с.