Некоторые характеристики электромагнитной волны

Длиной волны l называется расстояние между двумя фазовыми фронтами волны, различающимися по фазе на 2p, т.е. , то .

Откуда , где – мнимая часть фазового коэффициента, – скорость света, f – частота колебаний.

Перпендикуляр к фронту волны называют лучом. Электромагнитная волна, у которой векторы и взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения, называются поперечной и ТЕМ-волной.

Отношение комплексных величин напряженностей электрического и магнитного полей в ТЕМ-волне называется волновым сопротивлением среды :

.

 

В общем случае – комплексная величина.

Волны в диэлектрике

Диэлектрик характеризуется комплексной диэлектрической проницаемостью:

.

 

Определим составляющие коэффициента распространения используя малость :

.

 

Так как для степенного ряда верно приблизительное выражение , то воспользовавшись разложением в степенной ряд получим:

,

где – коэффициент распространения, – волновое число (фазовый коэффициент) в идеальном диэлектрике (т.е. без потерь). В реальном диэлектрике с малыми потерями он определяется по той же формуле. Таким образом, для реального диэлектрика с малыми потерями фазовый коэффициент равен волновому числу .

В вакууме он равен .

Фазовая скорость электромагнитной волны в вакууме (т.е. скорость света) определяется выражением:

.

 

Фазовую скорость волны в любом диэлектрике можно определить по формуле:

.

 

Длина волны в среде зависит от ее параметров:

 

.

Частота колебаний в среде не меняется.

Волновое сопротивление вакуума , Ом, вычисляется по формуле

 

.

 

Модуль волнового сопротивления диэлектрической среды:

 

.

 

Волны в проводнике

Среда считается проводником, если . Электромагнитная волна проникает в проводник на очень небольшую глубину, называемую скин-слоем:

.

 

Эта величина на высоких частотах не превышает долей миллиметра.

Закон изменения напряженности поля представляет экспоненту
(рис. 4).

На глубине, равной длине волны, поле убывает в 535 раз, а мощность примерно в 300 тысяч раз. Поэтому металлы нельзя применять как среду для передачи электромагнитных волн.

 

Поляризация электромагнитной волны

Волна типа ТЕМ является линейно поляризованной (или плоскополяризованной). Существует правая поляризация волны и левая. Вращению вектора по часовой стрелке (т.е. в правой системе координат) соответствует правая поляризация.

Различают круговую и эллиптическую поляризацию. Поле с любым типом поляризации можно представить суммой двух волн, поляризованных линейно в двух ортогональных плоскостях.