Какая часть диполя излучает больше всего?

Это адаптированная версия статьи, которую автор написал для голландского радиолюбительского журнала Electron в марте 2021 года. Название может показаться странным вопросом. Тем не менее, часто говорят, что часть, где ток самый большой, излучает больше всего.

И из этого следует эмпирическое правило, гласящее, что если у вас недостаточно места, чтобы повесить полный полуволновой проволочный диполь. (рис. a), то постарайтесь, чтобы центральная часть висела как можно свободнее, в то время как концы могут висеть в форме зигзага (рис. b).

В конце концов, ток наибольший в центральной части (обозначается синей линией и синими стрелками), поэтому эта часть излучает больше всего и должна свободно висеть.

В качестве альтернативы можно выбрать зигзагообразную центральную часть и растянуть конечные части, (рис. c)  Тогда части, где накапливается больше всего заряда (обозначены красным цветом), свободны, но, согласно эмпирическому правилу, это менее важно.

Это эмпирическое правило немного странно. Радиоволна — это электромагнитная волна. Ток (наибольший в центральной части диполя) создает магнитное поле, а заряд (накапливающийся на концах диполя) создает электрическое поле. Почему эта центральная часть более важна? Предпочитает ли природа магнитное поле?

Нет. Эмпирическое правило верно, но объяснение немного более тонкое.

Диполь в целом всегда электрически нейтрален, поэтому, если левая половина заряжена отрицательно, то правая половина заряжена одинаково сильно положительно. Общий заряд равен нулю, и нулевой заряд, конечно, также создает нулевое электрическое поле. То, что мы все еще получаем ненулевое электрическое поле, связано с тем, что положительные и отрицательные заряды находятся не в одном и том же месте. Чем дальше друг от друга заряды, тем больше чистое результирующее электрическое поле на некотором расстоянии от диполя. И как переместить заряды как можно дальше друг от друга? Действительно, повесив середина часть как можно более прямая, как на рисунке (b).

Другими словами, рисунок (b) максимизирует и то и другое магнитное поле (позволяя свободно висеть той части диполя, где ток наибольший), и электрическое поле (путем перемещения частей диполя, где накапливается заряд, как можно дальше друг от друга).

Есть еще один способ объяснить это. Если один зигзагообразный кусок провода, магнитное поле в «зиге» противостоит магнитному полю «заг», потому что ток течет назад (зиг) и вперед (заг), поэтому их магнитные поля в значительной степени отменяются. Но электрические поля зарядов в «зиге» и «заге» не имеют этой проблемы, они усиливают друг друга, потому что заряд в зиге и в заге имеют один и тот же знак. Таким образом, зигзагообразность не является недостатком для куска провода, где накапливается много заряда, но это недостаток для куска, где ток большой. Опять же, это дает нам повод повесить среднюю часть прямо, а концы зигзагообразно.

Pieter-Tjerk de Boer, PA3FWM

73!