Электромагнитные волны (радиоволны)

Свойства радиоволн

Передача сообщений на расстояние без проводов осуществляется с помощью электромагнитных волн (радиоволн), т.е. распространяющихся в пространстве электромагнитных полей. Электромагнитное поле – это совокупность переменных электрического и магнитного полей. Основной характеристикой электрического поля является его напряженность Е, которая представляет собой силу, действующую со стороны поля на единичный положительный электрический заряд. Напряженность электрического поля зависит от диэлектрической проницаемости e среды, в которой существует поле. Величина e показывает, во сколько раз напряженность электрического поля в данной среде отличается от напряженности поля в вакууме.

Основной характеристикой магнитного поля является его напряженность Н, представляющая собой отношение магнитной индукции В к магнитной проницаемости m среды, в которой существует поле. Индукцией магнитного поля называется сила, действующая со стороны поля на единичный положительный электрический заряд, движущийся с единичной скоростью перпендикулярно к магнитным силовым линиям. Величина m показывает, во сколько раз индукция магнитного поля в данной среде отличается от индукции поля в вакууме.

Величины Е и Н являются векторными, т.е. величинами, которые характеризуются не только числовыми значениями, но и направлением. Векторы Е и Н перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны. Ориентировка в пространстве вектора Е определяет поляризацию радиоволны. Различают линейную, круговую и эллиптическую поляризации.

Радиоволна называется линейно поляризованной, если вектор электрического поля Е в каждой точке вдоль линии распространения лежит в одной плоскости, называемой плоскость поляризацией. В зависимости от расположения плоскости поляризации различают вертикальную и горизонтальную поляризацию. При круговой поляризации конец вектора электрического поля с течением времени описывает окружность, а при эллиптической – эллипс.

На рис.1.1 изображены графики изменения в пространстве напряженностей электрического и магнитного полей электромагнитной волны, распространяющейся в направлении ОХ, и имеющей вертикальную линейную поляризацию.

Рис.1.1 Структура электромагнитной волны

В любой точке пространства напряженность электрического (и магнитного) поля изменяется во времени по синусоидальному закону:

E (t)= E _msin(w t –y₀),

где E (t) – значение напряженности электрического поля в момент t;

E _m – амплитуда напряженности электрического поля;

w – круговая частота колебания;

y₀ – начальная фаза колебания, т. е. значение фазы при t = 0.

В дальнейшем значение начальной фазы высокочастотного колебания y₀ принимается равным нулю. Для синусоидального или так называемого гармонического колебания справедливы следующие соотношения:

где f – частота колебаний, выражаемая числом колебаний в секунду;

Т – период колебаний, т. е. наименьший интервал времени, в течение которого проходит полный цикл изменения косинусоидальной величины;

l – длина волны колебаний, т.е. путь, проходимый волной за время Т;

v – скорость распространения электромагнитной волны, принимаемая в вакууме равной скорости света с = 300 000 км/с.

В среде с диэлектрической e и магнитной m проницаемостями скорость распространения волн .

Законы распространения радиоволн

Распространяющиеся электромагнитные волны характеризуются фронтом волны, который представляет собой поверхность, в каждой точке которой фаза распространяющейся волны имеет одно и то же значение. Обычно считают, что волны являются сферическими или плоскими, т.е. их фронт представляет собой либо сферу, либо плоскость. Все электромагнитные волны подчиняются общим законам.

Закон прямолинейного распространения

Радиоволны распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью, если среда, в которой происходит распространение, обладает однородными электрическими свойствами.