В первой части этой статьи мы познакомились с некоторыми видами стоячих волн и методом подсчёта их сдвига. Во второй — привели примеры съёма электрической энергии в нагрузку. Далее мы рассмотрим более общую классификацию типов волн в длинной линии (ДЛ) и оптимальные способы съёма в зависимости от этого.

Итак, мы теперь знаем по крайней мере два типа волн: с неподвижным центром стоячей волны и с движущимся. Также мы можем выбрать метод съёма электрической энергии в зависимости от этого: если центр стоячей волны неподвижен, то съёмный немагнитный проводник (НМП) располагается параллельно передающему (рис. 1.1), а если центр стоячей волны движется, то съёмные НМП располагаются перпендикулярно передающему (рис 1.2).

На рис. 1 изображены два вида волны, направление векторов и методы съёма электрической энергии. Обе схемы работают по одинаковому принципу. По длинной линии, подключённой к генератору Gw, течёт ток, который создаёт соответствующее магнитное поле \(\vec B\).

Рисунок 1.1
В первом случае силовые линии этого поля сдвигаются перпендикулярно оси передающего НМП в зависимости от силы тока. Скорость этого сдвига обозначена вектором \(\vec V\). Согласно правилу левой руки в этом случае заряды сдвигаются по вектору \(\vec{\mathcal{E}}\), образуя в съёмном НМП разность потенциалов \(U\).

Рисунок 1.2
Во втором случае силовые линии магнитного поля сдвигаются как перпендикулярно, так и за направлением движения волны (этот вариант мы и будем далее рассматривать). Скорость этого сдвига также обозначена вектором \(\vec V\). Согласно правилу левой руки (силы Лоренца) в этом случае заряды сдвигаются по вектору \(\vec{\mathcal{E}}\), образуя в съёмных НМП разность потенциалов \(U\). Как видим, в этом случае вектора \(\vec V\) и \(\vec{\mathcal{E}}\), а также съёмные НМП, повёрнуты на 90 градусов относительно рисунка 1.1.

Мы теперь можем классифицировать некоторые типы волн в зависимости от суммы ряда гармоник (формы импульса), сформированных генератором Gw (рис. 1), и от размеров ДЛ. Это можно сделать через некоторые условные обозначения:

• первая буква в обозначении типа волны — синусный или косинусный ряд гармоник: \(S\) — синус, \(C\) — косинус;
• одна или несколько цифр за буквой — значение относительного ПСВ, рассчитанного по формуле (1.11) или взятого из таблицы;
• разделительный буквенный символ \(L\), обозначающий длинную линию;
• после символа следует размер длинной линии: \(0, \frac14, \frac12, \frac34, \frac11\) и т.п.

1)  \(S0L0\) — здесь ПСВ равен нулю, а размеры ДЛ малы в сравнении полной длиной волны, следовательно расположение съёмного НМП параллельно передающему. Т.е. — это самый обычный трансформатор переменного тока (рис 1.1).

2)  \(S1L1/4\) — здесь ПСВ равен единице, а размеры ДЛ — четвертьволновые. Мы уже знаем, что этими параметрами обладает трансформатор Тесла. Интересно, что если его возбуждение производится серией импульсов в пачке, то ряд гармоник синусный и тогда первая буква в обозначении — \(S\), а если возбуждение происходит одним мощным импульсом, то — \(C\). Съём здесь может производиться как параллельными, там и перпендикулярными НМП; этот тип волны можно назвать переходным.

3)  \(C8L1/2\) — здесь ПСВ равен уже восьми, а размеры ДЛ — полуволновые. В этом случае оптимальным будет съём перпендикулярными НМП (рис 1.2). Такая конструкция устройства и была предложена в предыдущей части статьи.

4)  \(C100L\) — здесь ПСВ равен сто, а размеры ДЛ неизвестны. Последняя цифра поэтому не ставится. Это может быть, например, коаксиальны кабель, по которому проходит короткий импульс.

5)  \(CXL\) — здесь ПСВ неизвестен, но первый символ говорит о быстром нарастании проходящего по ДЛ импулса. Размеры ДЛ также неизвестны. Поэтому вместо второй цифры ставится символ \(X\), а последняя цифра не ставится.

6)  \(CXL + S0L0\) — парное обозначение применяется для устройств с разными типами волн. В данном случае подразумевается применения поперечных и продольных волн в одной конструкции. Такой принцип предложен, например, здесь.

Такая классификция удобна тем, что кроме параметров волны, а следовательно и задающего генератора, она автоматически предполагает оптимальные варианты для съёма энергии. Т.е. частота первой гармоники генератора и тип волны полностью определяют схемотехнику и конструкцию всего устройства.