Постановка задачи. Рассмотрим теоретически и экспериментально следующий тип волновой структуры Е-A,D. Определим компоненты поля цилиндрической волновой структуры и опишем ее экспериментальное наблюдение.

Следующая функция электрического поля является упрощенным вариантом функции (21), записанной в цилиндрической системе координат:

(38):

    \[ E_{r} =E_{r0} \exp (\omega t)\cos (kz), \]

где: Er – радиальная составляющая электрического  поля, Er0 – действительная константа.

Для теоретического исследования функции (38) поступим так же, как и в предыдущем случае. Определим совместные компоненты поля (38). Для этого выпишем подсистемы систем уравнений поперечной метасистемы  (8) – (11), в которых участвует составляющая Er электрического поля (38). Затем выпишем их составляющие решений и алгебраические соотношения между числовыми коэффициентами.

Из первой  системы уравнений поперечной метасистемы (8), записанной в цилиндрической системе координат,  составляющая Er присутствует в следующей подсистеме:

(39):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{r} }{\partial z}=-g_{A0} \frac{\partial A_{\alpha }  }{\partial t}, \\   -\frac{\partial (rA_{\alpha } )}{r\partial z}=-g_{E0} \frac{\partial E_{r}  }{\partial t}, \\   \end{array}} \right. \]

где: Er, Aαсоответственно, радиальная и угловая компоненты соответственно поля  электрического Е и поля А, r — радиальная переменная цилиндрической системы координат.

Из второй поперечной системы уравнений (10) выпишем следующую подсистему:

(40):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{r} }{\partial z}=-g_{A0} \frac{\partial A_{\alpha }  }{\partial t}, \\   -\frac{\partial (rA_{\alpha } )}{r\partial z}=-g_{E0} \frac{\partial E_{r}  }{\partial t}, \\   \end{array}} \right. \]

где: Сα – угловая компонента поля С.

Из системы уравнений (9) выпишем следующую подсистему:

(41):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{r} }{\partial z}=-g_{D0} \frac{\partial D_{\alpha }  }{\partial t}, \\   \frac{\partial (rD_{\alpha } )}{r\partial z}=g_{E0} \frac{\partial E_{r}  }{\partial t}, \\   \end{array}} \right. \]

где: Dα — угловая компонента поля D.

Из системы уравнений (11), системы уравнений Максвелла, для составляющей (38) выпишем следующую подсистему:

(42):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{r} }{\partial z}=-g_{H0} \frac{\partial H_{\alpha }  }{\partial t}, \\   -\frac{\partial (rH_{\alpha } )}{r\partial z}=g_{E0} \frac{\partial E_{r}  }{\partial t}, \\   \end{array}} \right. \]

где: Нα – угловая компонента магнитного поля Н.

Компоненты полей A  и D для  электрического поля E (38) для решений систем уравнений (39) и (41) запишем в следующем виде соответственно:

(43):

    \[ A_{\alpha } =A_{\alpha 0} \exp (\omega t)\sin (kz), \]

(44):

    \[ D_{\alpha } =D_{\alpha 0} \exp (\omega t)\sin (kz). \]

Где: Aα0  и Dα0 – действительные постоянные.

Коэффициенты ω и k связаны следующими  соотношениями соответственно:

(45):

    \[ \frac{k^{2}}{\omega^{2}}=g_{A0} g_{E0} , \]

(46):

    \[ \frac{k^{2}}{\omega^{2}}=g_{D0} g_{E0} . \]

Компоненты полей С  и Н для  электрического поля (38) для подсистем уравнений (40) и (42) запишем в следующем виде соответственно:

(47):

    \[ C_{\alpha } =C_{\alpha 0} \exp (\omega t)\sin (kz), \]

(48):

    \[ H_{\alpha } =H_{\alpha 0} \exp (\omega t)\sin (kz), \]

где коэффициенты связаны условиями:

(49):

    \[ \frac{k^{2}}{\omega^{2}}=-g_{С0} g_{E0} , \]

(50):

    \[ \frac{k^{2}}{\omega^{2}}=-g_{Н0} g_{E0} . \]

Все параметры, входящие в уравнения (49) и (50) по их смыслу действительные величины. Уравнения (49) и (50) определяют мнимые параметры k или ω. Следовательно, электрическое поле (38) не принадлежит области действительных решений подсистем уравнений (41) и (42).  Формально (47) и (48) — комплексные функции, а физически приемлемы только действительные функции.

Набор решений в виде полей (38) – (43), (44) — поле Е-A,D с пространственной структурой, показанной на рисунке 9.

image137

Рисунок 9.

Пространственная структура цилиндрической волны

поля Е-A,D.

На рисунке 9 показаны силовые линии электрической составляющей  E  и поля A,D. Буквами z, r и α обозначены цилиндрические координаты.

Описание эксперимента. Поле (38) создадим с помощью следующего набора электродов.   На рисунке  10  показан разрез макетного образца антенны поля (38). Антенна состоит из 8 медных колец сечением 2 Х 3,5мм. Внутренние кольца имеют внутренний диаметр 8,5мм, внешний диаметр внешних колец составляет 16мм. Кольца подключены к двум выводам антенны в шахматном порядке.

image138

Рисунок 10.

Схема электродов и питания антенны цилиндрической волны.

В эксперименте № 6 питание передающей антенны осуществлялось источником с теми же параметрами, что и в предыдущих экспериментах. Приемная антенна располагалась соосно с передающей  на расстоянии 10мм от нее. Форма приемного напряжения повторяла форму передающего напряжения.

Результат эксперимента. Размах напряжения на приемной антенне составил 0,7В.

Выводы. Из этого эксперимента следует сделать вывод о возможности излучения и приема цилиндрической волны Е-A,D (38)-(43),(44).

Определим граничные условия, которым удовлетворяет электрическая составляющая Е  волны Е-A,D (38)-(43),(44). Как видно, они повторяют условие (36). В соответствии с [1], определим поверхность выполненных граничных условий (36). Для электрического поля (38) это так же семейство цилиндрических поверхностей (37), ось которых  — ось z. Следовательно, можно предположить, что такая волна способна распространяться через полый односвязный цилиндрический волновод круглого сечения, или через коаксиальный волновод.  Для проверки этого предположения был выполнен следующий эксперимент № 7.

Описание эксперимента. В качестве круглого волновода была использована металлопластиковая алюминиевая труба, как в предыдущих экспериментах.   Передающая и приемная антенны были вложены в трубу длинной 4м с разных концов. Параметры питающего напряжения повторили параметры предыдущего эксперимента.

Результат эксперимента. Размах напряжения на приемной антенне составил 0,7В.

Выводы. Из описанного эксперимента следует сделать вывод о распространении цилиндрической волны   Е-A,D (38)-(43),(44) через круглый волновод.

Следует так же заметить, что электромагнитная составляющая Е-Н, хотя и присутствует при излучении, не способна создать разность потенциалов между электродами приемной антенны в силу малого расстояния между ними.

Эффективность приемной и передающей антенн может быть пропорционально повышена увеличением числа электродов конструкции, что дает возможность увеличить расстояние уверенного приема между приемной и передающей антеннами.

 

 Описанные теоретические и экспериментальные результаты позволяют сделать вывод о существовании полей Е-A,D с поперечной индукцией в природе. Показана  возможность их генерации, излучения, детектирования и распространения. Поля Е-A,D обладают отличительным свойством — способны распространятся через полый волновод на низких частотах. Это открывает возможность для технического использования полей Е-A,D.

Заключение. Предложенные волновые структуры  Е-A,D могут быть использованы для организации канала связи через полый волновод. При этом внешний диаметр волновода может быть выбран достаточно малым, например, капиллярным. Это открывает возможность для микроминиатюризации полого волноводного тракта, создания микросхем с волноводным трактом  и снижения его материалоемкости. Предложенные поля Е-A,D перспективны для возможности организации каналов связи наряду с электромагнитными Е-Н и неэлектромагнитным продольным Е-Q [6,7] полями. Поля Е-A,D так же перспективны для организации уплотнения существующих коаксиальных или односвязных волноводных трактов совместно с  используемым электромагнитным Е-Н спектром частот, например,  в многоканальных системах связи или в системах кабельного вещания. При этом подвергается модернизации только станционная аппаратура без изменения линейной. В отличие от продольного неэлектромагнитного поля E-Q, поле Е-A,D узконаправленно вдоль оси своего распространения, что перспективно для  организации узконаправленного канала связи. Так же перспективны направления по созданию каналов связи для подводных объектов и через ионосферу, что потребует дополнительных исследований.