8. ТОКОВЫЕ АНТЕННЫ
Постановка задачи. Рассмотрим варианты реализации антенн (индукторов) с токами неэлектромагнитного поля с электрической составляющей [11].
Основная часть. Рассмотрим следующую подсистему системы уравнений (9), записанную в цилиндрической системе координат:
(51):
где: Eα ,Er, DZ –компоненты соответствующих полей в цилиндрической системе координат, r и α – радиальная и угловая переменные, JEr и JEα – радиальная и угловая компоненты пространственной плотности электрического тока. Один из вариантов решения (51) представим в виде:
(52):
где: n, ω, Eα0 ,Er0 ,DZ0, A‘m – действительные постоянные. Подстановка (52) в (51) и приравнивание коэффициентов при равных степенях разложения в степенной ряд дает следующие соотношения для действительных постоянных:
(53):
(54):
(55):
Из уравнений (53) — (55) определяются соотношения между действительными коэффициентами (52). В частности, степенной ряд A‘(r) полностью определяется одним из своих членов.
Из примера решения (52) определим пространственную структуру электрического поля. Силовые линии электрического поля определим из следующего известного уравнения:
Решение (56) представим в виде:
где: const1— произвольная постоянная интегрирования. Варианты силовых линий (52), (57) при: Eα0<0<Er0, n=-2 и n=-3 представлены на рисунке 11, а и б в полярной системе координат:
а:
б:
Рисунок 11.
Схемы силовых линий электрической составляющей
при n = -2 и n = -3 в полярной системе координат.
Силовые линии напряженности электрического поля E лежат в плоскости (r,α) и образуют цилиндрическую поперечно-однородную структуру. Вектора пространственной плотности электрического тока параллельны векторам напряженности электрического поля E. Векторы напряженности поля D параллельны оси z и перпендикулярны плоскости рисунка. Максимум амплитуды поля D лежит на биссектрисах углов самопересечения силовых линий электрического поля E в соответствии с (52). Выкладывая обмотки провода по силовым линиям поля (57), можно построить токовые антенны — генераторы и детекторы поля D. При этом необходимо выполнить соотношения (2) между питающим напряжением и током в обмотке в соответствии с условием (52). Если это условие нарушается или выполняется частично, то такая обмотка через смешанный режим переходит в режим электромагнитной индукции (E—H). Физический смысл режима питания обмотки в соответствии с (52) состоит в том, что фаза тока противоположна фазе напряжения. Такой режим характерен для активного источника напряжения, или для электрической дуги. Это свойство обратимо – обмотка, выполненная по рис. 11, помещенная в поле D, будет индуцировать электрический ток и напряжение с противоположными фазами в соответствии с (52). Можно предположить способность такой катушки частично компенсировать активные потери во внешней цепи, аналогичную [14]. Важное свойство такой обмотки – исключение электромагнитной индукции (E—H) во всей плоскости (r,α).
Выполнение обмоток по рисунку 11 относительно сложно технически. Второй недостаток такой структуры – поле D знакопеременно в плоскости (r,α) по углу α. Поэтому рассмотрим вопрос о возможности построения обмотки, в которой смена направления поля D происходит, по возможности, минимальное число раз при более простой структуре обмоток. Примеры решения этой задачи получим путем следующего анализа. Рассмотрим поле силовых линий (52), (57) как многообразие и выделим в нем следующие расслоения. Это:
- 8 – образный контур с самопересечением. Угол самопересечения определяется в соответствии с n из (52), (57) или по рис. 11.
- X – образное самопересечение проводников. Аналогично 1., угол самопересечения определяется в соответствии с n из (52), (57) или по рис. 11.
- Расслоение вдоль центрально-симметрической окружности по рис. 11 – образует витую пару с количеством самопересечений, определяемых по n из (52), (57).
Примеры антенн, выполненных на основе этих вариантов, представлены на рисунке 12.
Рисунок 12.
Схемы выполнения обмоток при n =-2 и n =-3 по расслоениям многообразия (52), (57).
Генерация поля D может происходить в окрестностях точек самопересечения одно- или многопроводных обмоток. Вне от этих точек индукция из неэлектромагнитной E—D природы через смешанную область переходит в электромагнитную индукцию E—H с генерацией магнитного поля H при нарушении соотношения (2). Повторяя эти структуры многократно у точки, вдоль кривой или поверхности, или другого многообразия, получим антенны, или индукторы, поля E—D с различной пространственно-временной структурой распределения напряженности поля D.
При других значениях n кривая, описывающая силовую линию (57), будет существенно другой. Например, при n рациональном, кривая имеет счетное число самопересечений. Если n иррационально, то кривая по уравнению (57) полностью заполняет круг с радиусом, определяемым амплитудным множителем (57), а число самопересечений бесконечно велико.
Вывод. Предложены варианты технической реализации антенн неэлектромагнитного поля с электрическими составляющими напряжения и тока.