ANTÉNY, ANTÉNY… 7

POSTUPNÁ VLNA 

Připojíme-li na vstupní svorky vedení zdroj vysokofrekvenčního proudu, bude se podél vedení ve směru od zdroje postupná vlna šířit tak, jak ukazuje obrázek. Pro zjednodušení je na obrázku nakreslena postupná vlna jen na jednom vodiči. Na druhém vodiči se šíří postupná vlna opačným směrem, tj. ke zdroji (vysokofrekvenčnímu generátoru), a je v opačné fázi. Napětí i proud v postupné vlně je ve fázi. V okamžiku připojení zdroje je na vstupu do vedení maximum napětí, ale postupná vlna ještě neměla čas vzniknout. Za čas, který se rovná ¼ periody, bude ve vzdálenosti lambda/4 maximum napětí postupné vlny, na vstupu do vedení bude ale napětí nulové. Za další časový úsek rovný ¼ periody postoupilo maximum napětí vlny do vzdálenosti 2 x lambda/4 = lambda/2 a má tedy amplitudu napětí. Ve vzdálenosti lambda/4 od začátku, kde před časem rovným ¼ kmitu bylo maximum napětí postupné vlny, je teď nulové napětí. Na vstupu do vedení je sice opět maximum napětí postupné vlny, ale opačného znaménka než v čase připojení. V dalších časech, které se rovnají ¼ periody pokračuje maximum napětí postupné vlny, jak je vidět na obrázku.

Protékající proud vytváří okolo vodiče magnetické pole a napětí pole elektrické, bude maximum intenzity elektrického i magnetického pole vznikat současně v témž místě. Maximum napětí a proudu postupné vlny však podél vodiče postupuje rychlostí šíření a ve vzdálenostech lambda /2 za sebou, jak vidět na obrázku. To je důvod proč se postupná vlna elektrického a magnetického pole šíří podél napáječe rovnoměrně. Průběhy proudu a napětí v postupné vlně jsou tedy fázově shodné. Je-li v libovolném bodě vedení napětí největší, je i proud v témž okamžiku v něm taktéž největší. Rozložení napětí i proudu podél vedení v postupné vlně lze proto znázornit stejnou sinusovkou, která má pochopitelně jiné měřítko pro proud než pro napětí. 

STOJATÁ VLNA

Zatím jsme se probírali problematikou nekonečně dlouhého vedení. Pokud ale máme s konečnou délkou, např. 300m, a je-li na konci otevřené potom dosáhne proud vzniklý ve vedení připojením zdroje konce tohoto vedení za 1us (mikrosekundu). Protože ale dále téci nemůže, nastane na otevřeném konci odraz, takže náboj se vrátí na začátek vedení opět za 1 us (milisekundu), ale má opačný směr než původně. Zakončíme-li takové vedení konečné délky činným odporem, rovnající se charakteristické impedanci vedení, odraz nenastane. Nezakončí-li se ale vedení vůbec nebo se zakončí komplexní zátěží (zátěží, jež má krom odporové složky též složku indukční nebo kapacitní), vzniknou odrazy proudu a napětí od konce vedení, a tím vzniknou stojaté vlny. Vznik stojatých vln odrazem na konci vedení naprázdno – otevřeném, je možno vysledovat z animovaného obrázku.

Postupná vlna je v obrázku značena zelenou barvou, vlna odražená modrou a stojatá vlna barvou červenou.

Amplituda napětí odražené vlny je stejná jako amplituda vlny přicházející ze zdroje, a proto je amplituda výsledného napětí na konci vedení dvojnásobkem vlny přicházející. Součtem napětí přicházející a odražené vlny vzniká podél vedení stojatá napěťová vlna, jejíž poslední minimum (uzel) je o ¼ lambda vzdálen od konce otevřeného – naprázdno. Postupná proudová vlna se odráží také se stejnou amplitudou, ale v opačné fázi, takže na konci vedení otevřeném – naprázdno nastává převrácení fáze proudu skokem, proto tam je nulový proud. Odečtením přicházející a odražené proudové postupné vlny vzniká podél vedení proudová stojatá vlna, která je oproti napěťové časově i prostorově posunuta o 90stupňů, tj. o ¼ lambda. Zde uvedené je potřebné si zapamatovat. Vidíme tedy, že na konci vedení naprázdno – otevřeném je vždy maximum napětí a minimum proudu a obráceně. Polarita proudu (napětí) se mění každou ¼ lambda vlnové délky. Průběh napětí i proudu je sinusový. Místo, ve kterém proud nebo napětí kmitá až do svého maxima, budeme nazývat kmitnou a místo, kde proud nebo napětí zůstává stále na svém minimu případně v nule, nazývat budeme uzlem. Tyto dva základní výrazy si zapamatujte ještě se s nimi velmi často setkáme při popisech funkce antén a jejich seřizování. 

Mějme příklad: pokud je na začátku vedení záporná kmitna napěťové stojaté vlny, je tam pochopitelně uzel proudové stojaté vlny. Maximum napěťové stojaté vlny odpovídá tedy minimu proudové stojaté vlny. Energie se v tomto případě vedením nepřenáší. Na rozdíl od vedení bez odrazů, kde se energie přenáší postupnou vlnou, pulsuje v rytmu budícího kmitočtu ve stojaté vlně. Rozdíl mezi maximem a minimem napěťové stojaté vlny se též projevuje v rozdílné intenzitě elektrického pole podél vodiče, a to už můžeme vhodným indikátorem měřit. Pokud je vedení zakončeno odporem nebo impedancí větší či menší, než je jeho charakteristická impedance, vzniknou stojaté vlny. Pokud zakončovací impedance je větší než charakteristická impedance vedení, leží kmitna napětí stojaté vlny na konci vedení a ve vzdálenostech celých násobků ½ lambda. Pokud zakončovací impedance je menší, než charakteristická impedance vedení, leží kmitna proudu stojaté vlny na konci vedení a ve vzdálenostech celých násobků ½lambda. Je vhodné si pamatovat, že čím je rozdíl mezi zakončovací impedancí a charakteristickou impedancí vedení, tím bude amplituda stojatých vln větší.