Ответьте на вопросы, страница 58 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему для устойчивого приема сигнала приемную антенну необходимо устанавливать параллельно передающей антенне?

Решение

Это требование напрямую связано с физическим явлением, которое называется поляризацией электромагнитных волн.

1. Излучение волны передающей антенной. Когда передающая антенна излучает радиосигнал, она создает в пространстве электромагнитную волну. Эта волна состоит из колеблющихся электрического и магнитного полей. Ориентация плоскости, в которой колеблется вектор напряженности электрического поля ($\vec{E}$), называется поляризацией волны. Для большинства простых антенн (например, дипольных) вектор $\vec{E}$ колеблется параллельно самой антенне. Таким образом, вертикально установленная передающая антенна создает волну с вертикальной поляризацией, а горизонтальная — с горизонтальной поляризацией.

2. Прием волны приемной антенной. Задача приемной антенны — "поймать" энергию этой волны и преобразовать ее в электрический ток, который затем будет усилен и декодирован приемником. Этот процесс наиболее эффективен, когда проводящие элементы приемной антенны ориентированы в том же направлении, что и вектор электрического поля $\vec{E}$ приходящей волны. В этом случае колеблющееся электрическое поле заставляет свободные электроны в антенне двигаться вдоль нее с максимальной амплитудой, создавая наибольший переменный ток.

3. Совпадение поляризаций. Для достижения максимальной мощности принимаемого сигнала необходимо, чтобы поляризация приемной антенны совпадала с поляризацией волны. Поскольку поляризация волны определяется ориентацией передающей антенны, то и приемная антенна должна иметь такую же ориентацию, то есть быть установлена параллельно передающей.

Если приемная антенна будет расположена под углом $\theta$ к передающей, то амплитуда принимаемого сигнала будет ослаблена пропорционально косинусу этого угла ($\cos(\theta)$). В худшем случае, когда антенны перпендикулярны друг другу ($\theta = 90^\circ$), то $\cos(90^\circ) = 0$. Электрическое поле волны будет перпендикулярно приемной антенне и не сможет возбудить в ней ток. Это явление называется кросс-поляризацией, и в такой ситуации прием сигнала будет практически невозможен.

Ответ: Приемную антенну необходимо устанавливать параллельно передающей для того, чтобы их поляризации совпадали. Такое согласование поляризаций обеспечивает максимальную передачу энергии от электромагнитной волны к приемной антенне, что приводит к созданию в ней наиболее сильного электрического сигнала и, как следствие, обеспечивает устойчивый прием.