При поширенні в атмосфері радіохвилі переломлюються (або згинаються). Переломлення є результатом зміни швидкості хвилі в міру зміни висоти або ж відбувається внаслідок інших змін стану атмосфери. При нормальних умовах швидкість сигналу збільшується з висотою, що призводить до його "изгибанию" у напрямку до землі. Однак в деяких випадках погодні умови можуть призводити до таких змін швидкості поширення в залежності від висоти, які значно відрізняються від звичайних флуктуацій. У підсумку тільки частина хвилі, переданої уздовж лінії прямої видимості, досягне антени приймача. Можлива також ситуація, при якій сигнал не буде отриманий взагалі.
Антена є відкритий електричний коливальний контур. Перш, ніж розглянути принцип випромінювання і прийому антеною, розглянемо процеси, що відбуваються в електричному коливальному контурі.
Електричним коливальним контуром називається система, що складається з конденсатора і котушки, з'єднаних між собою в замкну-ту електричний ланцюг (рис. 9).
При підключенні обкладок зарядженого конденсатора до кінців котушки в останній метушні-кає електричний струм і енергія електричного поля зарядженого конденсатора починаючи-ет перетворюватися в енергію маг-нітних поля.
З плином часу кондом-Сатор часом розрядиться, напруга на його обкладках зменшується, зменшується і енергія електричного поля між обкладками. Сила струму в контурі не збільшується миттєво, так що цьому перешкоджає ЕРС самоіндукції в котушці. Поступове збільшення сили струму со-супроводжується поступовим збіль-личением енергії магнітного по-ля котушки.
У той момент, коли конденсатор повністю розрядиться, і енергія електричного поля стане рівною нулю, сила струму котушці і енергія магнітного поля досягнутий максимальних значень.
Після розрядки конденсатора і зникнення зовнішнього електричного поля сила струму в котушці починає спадати. Миттєвого припинення струму пре-перешкоджає ЕРС самоіндукції, що створює електричний струм то-го ж напрямку. Струм, створюваний ЕРС самоіндукції ка-тушки, заряджає обкладки кондом-сатора до початкового зна-ня напруги між ними, при цьому знак заряду на обклад-ках виявляється протилежний-ним початкового.
Таким чином, енергія магнітного поля струму в котушці перетворюється в енергію електричного поля зарядженого конденсатора. Потім знову відбувається розряд конденсатора через котушку і т.д.- процес періодично повторюється (рис. 10).
Періодично повторювані зміни сили струму в котушці і напруги між обкладинками конденсатора без споживання енергії від зовнішніх джерел називаються вільними електромагнітними коливаннями.
Період вільних коливань в електричному контурі визначається як
Це рівняння називається формулою Томсона.
Уявімо, що вихідний генератор передавача индуктивно пов'язаний із замкнутим коливальним контуром LC (рис. 11, а). У цьому контурі електричне поле зосереджено в невеликому зазорі між обкладинками конденсатора, а магнітне поле охоплює невеликий простір навколо контурної котушки.
Як відомо, електромагнітні хвилі представляють собою сукупність електричного і магнітного полів, що поширюються в просторі зі швидкістю світла. У електромагнітної хвилі електричне та магнітне поля не розділені просторово. Тому в даному випадку, коли поля сконцентровані окремо (електричне - в конденсаторі, а магнітне - в котушці самоіндукції), отримання (випромінювання) електромагнітних хвиль неможливо.
Мал. 11. Схема переходу від замкнутого коливального контуру до антени
Умови випромінювання виконуються у відкритому коливальному контурі, до якого можна перейти від замкнутого коливального контуру, розсуваючи пластини конденсатора і одночасно збільшуючи їх розміри (для збереження незмінної власної частоти контуру). Це показано на рис. 11 б), і в) .Переход від рис. 11, в до рис. 11, г відбувається поворотом пластин з горизонтального положення у вертикальне.
Антена, отримана в результаті такого схематично описаного переходу від замкнутого коливального контуру до відкритого, відрізняється геометричній симетрією і тому називається симетричним вібратором.
Кожен елементарний ділянку вібратора 1 -1 ', 2-2', 3 -3 '... володіє деякою індуктивністю і ємністю (рис. 5, а). Під впливом змінного напруги, прикладеного до вихідних клем передавача, в цих індуктивностях і ємностях виникає струм, напрямок якого показано на рис. 12, а стрілками. Струм, що виникає в будь-якому елементарному ділянці антени, проходить через затискачі генератора, а тому амплітуда струму Im збільшується від нуля до максимуму в напрямку від кінців вібратора до його середини.
Елементарні індуктивності. 4, 3, 2, 1, 1 ', 2', 3 ', 4' ... з'єднуються між собою послідовно. Значить, загальна індуктивність і загальне індуктивний опір мають найбільшу величину між кінцями дроту і дорівнюють нулю в його середині. Відповідно амплітуда напруги Um зменшується від максимуму до нуля при русі від кінців вібратора до його середньої точки. Криві розподілу напруги і струму в симетричному вібраторі показані на рис. 12, б. Для симетричного вібратора характерно, що на обох його затискачах напруги щодо землі рівні за величиною і протилежні за знаком.
На практиці широко застосовуються несиметричні вібратори (рис. 13), в яких земля замінює другий провід симетричного вібратора. Така заміна можлива завдяки порівняно хорошою провідності землі. У несиметричному вибраторе, як і в симетричному, ємності елементарних ділянок з'єднуються між собою паралельно, а індуктивності цих ділянок - послідовно (рис. 13, a). Тому в несиметричною антени на відкритому кінці ток дорівнює нулю при максимальній напрузі, а на заземленому кінці напруга дорівнює нулю при максимальному струмі (рис. 13, б).