Никак не допру по поводу размера антенны, почему мы не можем сделать небольшую антенну для частоты к примеру 5кГц?
Как я понял антенна - это RLC-система, которая может резонировать и за счет этого с относительно слабым по мощности генератором получать высокую мощность излучения?
Т.е. для небольшого куска антенны у нас сильно упадет КПД излучения. Ну, и пофиг, пусть у нас есть 10 метров проволоки и генератор колебаний на 1кВт, 2 конца которого подсоединим к этой проволоке и будем передавать на частоте 5кГц.
Ну, да, резонанса не будет, КПД слабенькое, зато мощность позволяет эту проволоку(антенну) чуть ли не испарить, и что самое главное размер антенны небольшой, не километры, а метры.
а кто сказал что не можем? Сделать маленькую антенну на 5 кГц можно, проблема только в КПД такой антенны.
Резонанс антенне нужен только для того, чтобы накапливать не излучённую часть энергии, а не отражать её назад в передатчик. Если у антенны нет резонанса на нужной частоте, можно добавить LC цепь, чтобы общий резонанс получился на нужной частоте. В этом случае не излучённая часть энергии будет накапливаться в цепи антенна-LC, накапливаясь в ней и циркулируя между антенной и LC цепью. За счёт накопления энергии амплитуда с каждым циклом колебания несущей будет расти, соответственно напряженность полей будет выше и большая часть энергии будет уходить в излучение. Энергия будет накапливаться в системе до тех пор, пока потери не сравняются с подпиткой от передатчика. Но растёт не только излучаемая мощность, но и тепловые потери, т.к. ток в проводнике антенны умножается на число циклов раскачки. Число циклов раскачки за которое происходит это накопление - это добротность этой системы. А LC цепь дополняющая антенну до требуемой резонансной частоты - это согласующее устройство.
От добротности зависит полоса. Причина этого проста - чем больше циклов колебания у антенны на раскачку/затухание, тем более инерционна антенна. Соответственно она медленнее реагирует на модулирующий сигнал. Тоесть ширина полосы модулирующего сигнала у такой антенны более узкая.
Ещё одна проблема маленькой резонансной антенны - это большая напряженность полей рядом с ней. За счёт этого такая антенна более уязвима к потере энергии в ближней зоне. Поэтому маленькая резонансная антенна очень чувствительна к предметам в ближней зоне. Ближняя зона - это расстояние порядка лямбда пополам, но тут на самом деле не всё так просто, ближняя зона состоит из зоны реактивного поля и зоны излучения, размеры которых зависят от размеров антенны и частоты.
Короче, даже если сделать антенну на 5 кГц маленькой, её всёравно нужно располагать на расстоянии лямбда пополам от каких-либо проводников и предметов. Для 5 кГц лямбда пополам в воздухе - это 29979 метров. Т.е. такую антенну нужно держать на расстоянии около 30 км от Земли и каких-либо металлических предметов. Иначе эти предметы и Земля будут высасывать реактивную энергию из антенны и рассеивать её в тепло. Т.е. хоть антенна и маленькая, для её работы нужно громадное пустое пространство вокруг неё.
Ну это в кратце. На самом деле размер ближней зоны зависит от размеров антенны и длины волны:
- размер реактивной зоны: R = 0.62 * sqrt(D^3/лямбда)
- размер зоны излучения: R = 2 * D^2 / лямбда
где D - это максимальный размер антенны в пространстве.
но как бы мы не уменьшали антенну, размер реактивной зоны будет не меньше лямбда / (2*пи). Поэтому антенну можно уменьшать с сохранением КПД, но лишь до некоторых пределов.
Однако уменьшение антенны не делает её сильно мобильной, т.к. пространство ближней зоны вокруг антенны всёравно должно быть пустым, а пространство это достаточно большое, как минимум лямбда / (2*пи), причём тепловые потери у маленькой антенны выше и она более чувствительна к потерям энергии в ближней зоне. Поэтому маленькая антенна не столь эффективна и удобна, как полноразмерная. Хотя для перевозки маленькая антенна может оказатья удобней.
Кроме того, для сильно маленькой антенны нужна очень высокая добротность. Это значит что напряжение и токи в антенне и согласующей цепи будут в тысячи, а то и десятки тысяч раз выше, чем амплитуда сигнала от передатчика. Из-за громадных напряжений и токов будут большие утечки энергии на нагрев и потери в изоляции. Из-за этого слишком маленькая антенна не имеет смысла - у неё будут огромные потери.
Ещё один существенный минус маленькой антенны - напряженности полей рядом с ней настолько огромны (можно считать что они умножаются на величину добротности), что многократно превышают санитарные нормы. Поэтому рядом с такой антенной во время передачи лучше не находиться.
Так, например у широко популярной антенны типа magnetic loop добротность порядка 1000-2000. Это означает, что напряженность электрического и магнитного полей рядом с такой антенной примерно в 100-200 раз выше, чем рядом с полуволновым диполем, у которого средняя добротность около 10.
Грубо говоря, если мощность передатчика 100 Вт, то если напряженность электрического поля рядом с полуволновым диполем будет составлять порядка 700 В/м, то рядом с magnetic loop порядка 70000 В/м, а то и все 200000 В/м (в зависимости от добротности). В то время как санитарная норма 130 В/м. Тоже самое с магнитным полем.