Электромагнитные волны

 Л(L)+

Московская Государственная Академия Химического Машиностроения

МГАХМ

14.05.1995

 ДОМАШНЯЯ РАБОТА

тема

 _ Шкала электромагнитных волн

 _ Условия излучения и поглощения волн

Источником электромагнитных волн ва действительности можета быть

любойа электрическийа колебательный контур или проводник, по которому

течет переменный электрический ток, так как для возбуждения электро-

магнитныха волна необходимо создать в пространстве переменное электри-

ческое поле (ток смещения) или соответственно переменное магнитное по-

ле. Однако излучающая способность источника определяется его формой,

размерами и частотой колебаний. Чтобы излучение играло заметную роль,

необходимо увеличить объем пространства, в котором переменное электро-

магнитное поле создается Поэтому для получения электромагнитныха волн

непригодны закрытые колебательные контуры, так как в них электрическое

поле сосредоточено между обкладками конденсатора, магнитное -- внут-

ри катушки индуктивности.

Герц в своих опытах, меньшая число виткова катушки и площадь

пластин конденсатора, также раздвигая их (рис.2 а,б), совершил пере-

ход от закрытого колебательного контур к открытому колебательному

контуру (вибратору Герца), представляющему собой два стержня, разде-

ленных искровым промежутком (рис. 2, в). Если в закрытом колебательном

контуре переменное электрическое тюле сосредоточено внутри конденсато-

ра (рис. 2, с), то в открытом оно заполняет окружающее контур прост-

ранство (рис.2, ), что существенно повышает интенсивность электромаг-

нитного излучения. Колебания в такой системе поддерживаются з счет

источника э. д. с , подключенного к обкладкам конденсатора, искровой

промежуток применяется для того, чтобы величить разность потенциалов,

до которой первоначально заряжаются обкладки.

Для возбуждения электромагнитных волн вибратор Герца 8 подключал-

ся к индуктору И (рис. 3). Когда напряжение на искровом промежутке

достигало пробивного значении, возникала искра, закорачивающая обе по-

ловины вибратора, и в нем возникали свободные затухающие колебания.

При исчезновении искры контур размыкался и колебания прекращались. За-

тема индуктора снова заряжал конденсатор, возникала искра и в контуре

опять наблюдались колебания и т. д. Для регистрации электромагнитных

волна Герца пользовался вторым вибратором, называемым резонатором Р,

имеющим такую же частоту собственных колебаний, что и излучающий виб-

- 2 -

ратор, т. е. настроенным в резонанс с вибратором Когда электромагнит-

ные волны достигали резонатора, то в его зазоре проскакивала электри-

ческая искра.

С помощью описанного вибратора Герц достиг частот порядка 100 Гц

и получил волны, длина  7l 0 которых составляла примерно 3 м. П. Н. Лебе-

дев, применяя миниатюрный вибратор из тонких платиновыха стерженьков,

получил миллиметровые электромагнитные волны с  7l 0 =6-4мм.

Электромагнитные волны, электромагнитное поле, распространяющееся

в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. В ва-

кууме скорость распространения электромагнитной волны c 7 ~ 0 300 км/c

(скорость света). В однородных изотропных средах направления напряжён-

ностей электрических (Е) и магнитных (Н) полейа электромагнитныха волн

перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны, т. е.

электромагнитные волны являются поперечной. В каждой точке пространс-

тва колебания  Е 0 и  Н 0 происходят в одной фазе. С величением расстояния

R от источника Е и Н бывают как 1/R;а такое медленное убывание полей

осуществить посредством электромагнитных волн связь на больших рассто-

яниях (радиосвязь, оптич. связь).

д и о в о л н ы -- это электромагнитные волны, служащие для

передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. Радиоволны

создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

В радиоволнах переменные электрическое и магнитноеа поля тесно

взаимосвязаны, образуя электромагнитное поле.

┌─────────┬──────────────┬──────────────── 5┬ 0──────────────────────────┐

│Название │ Длина волны │  5│ 0  5  0 │

│диапазона│ в свободнома │ Частота, Мгц  5│ 0 Область применения │

│ │пространстве │  5│ 0 │

│ │ м │  5│ 0 │

├─────────┼──────────────┼──────────────── 5┼ 0──────────────────────────┤

│Сверхдли-│ │ 5  0  5│ 0 Радионавигация, радиоте- │

│нные │ 100 - │ 3*10 5-3 0-3*10 5-2а │ 0 леграфная связь, переда- │

│ волны 10 │ 5  0│ ча метеосводок │

├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤

│Длинные │ 10 - │ │ Радиотелеграфная и радио-│

│волны 1 │ 3*10 5-2 0 -3*10 5-1 0 │ телефонная связь, радио- │

│ │ │ │ вещание, радионавигация │

- 3 -

├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤

│Средние │ 1-100 │ 3*10 5-1 0-3 │ Радиотелеграфия и радиот-│

│волны │ │ │ елефонная связь, радиове-│

│ │ │ │ щание, радионавигация │

├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤

│Короткие │ 100-10 │ 3-3*10 │ Радиовещание; радиотелег-│

│волны │ │ │ рафия; радиотелефония и │

│ │ │ │ радиолюбительская связь; │

│ │ │ │ космическая радиосвязь...│

├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤

│Ультра-а │ │ │ │

│короткие │ │ │ │

│волны │ │ │ │

│ (УКВ) │ │ │ │

│Метровые │ 10-1 │ 3*10-3*10 52 0 │ Радиовещание, телевидение│

│ │ │ │ радиолокация, космическая│

│ │ │ │ радио связь и пр. │

│ │ │ │ │

│Децимет- │ │ │ │

│ровые │ 1-0.1 3*10 52 0-3*10 53 0 │ Телевидение, радиолокация│

│ │ │ │ радиорелейная связь, │

│ │ │ │ космическая радиосвязь, │

│ │ │ │ сотовая телефонная связь │

│ │ │ │ │

│Сантиме- а 0,1-0,01 3*10 53 0-3*10 54 0 │ Радиолокация, радиорелей-│

│тровые │ │ │ ная связь, астрорадиона- │

│ │ │ │ вигация, спутниковое TVа │

│ │ │ │ │

│миллимет-│ 0.01-0.001 3*10 54 0-3*10 55 0 │ Радиолокация │

│ровые │ │ │ │

├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤

│Радиовол-│ │ │ │

│ны оптич-│ │ │ │

│еского │ │ │ │

│диапазона│ └┐ │ │

│Инфракра-│1*10 5-3 0-7.5*10 5-7 0│ 3*10 55 0 -4*10 58 0а Квантовая радиоэлектро- │

│сные │ │ ника. │

│ │ │ │ │

- 4 -

│Видимыйа │7.5*10 5-7 0-4*10 5-7 0│ 4*10 58 0-7.5*10 58 0 │ │

│свет │ │ │ │

│ │ │ │ │

│Ультра-а │ │ └┐ │

│фиолето- │4*10 5-7 0-20*10 5-10 0│7.5*10 58 0 -15*10 510 0│ │

│вые │ │ │ │

└─────────┴───────────────┴────────────────┴─────────────────────────┘

Радиоволны различной длины распространяются по разному.

Для того, чтобы понять это, рассмотрим рис. 1, где показан земной

шар и передающая антенна в величенном виде. На высоте от 40 до 500 км

над Землей находится 1 ионосфера 0. Она состоит из очень разреженных воз-

душных частиц,  1которые над действием солнечной радиации ионизированы.

Степень этой ионизации зависит от многих факторов:а день, ночь, лето,

зима и т. д., которые влияют на прохождение радиоволн. Например, днем

концентрация ионов больше и в ионосфере формируется несколько слоев, а

ночью концентрация меньшается, и эти слои выражены слабее. Главное

свойство ионосферы -а это возможность, благодаря наличию заряженных

частиц, 1 отражать 0 радиоволны определенной длины волны.

Длинные волны сильно поглощаются ионосферойа и поэтомуа основное

значение имеют приземные волны, которые распространяются, огибая зем-

лю. Поскольку они распространяются в низких и плотных слоях атмосферы,

иха интенсивность уменьшается сравнительно быстро по мере даления от

передатчика. Поэтому длинноволновые передатчики должны иметь большую

мощность.

Средние волны днем сильно поглощаются ионосферным слоем D и район

действия определяется только приземной волной. Вечером однако они хо-

рошо отражаются ионосферой и района действия определяется отраженной

волной (рис:. 1). Поэтому средневолновые передатчики принимаются вече-

ром лучше и дальше, чем днем.

Короткие волны распространяются исключительно посредством отраже-

ния ионосферой, поэтому около передатчика существует т. н. зона молча-

ния (рис. 1). Короткие волны могут распространяться на большие рассто-

яния при малой мощности передатчика. Например, в подходящее время су-

тока с помощью любительского коротковолнового передатчика мощностью 50

Вт по телеграфному коду можно становить прочную связь меж Болгарией и

встралией. Добавим еще, что днем лучшее прохождение имеют "наиболее

- 5 -

короткие" короткие волны (напр. 21 и 28 Гц), ночью лучше распростра-

няются "болееа длинные" короткие волны (напр. 3,5 и 7 Гц). По этой

причине любительское КВ передатчики, как правило, работают на несколь-

ких диапазонах, т. е. в зависимости от обстоятельств могут работать на

различных частотах, определяемых международной конвенцией для радиолю-

бительской деятельности.

льтракороткие волны распространяются только по прямой (как свет)

и, как правило, не отражаются ионосферой. Поэтому передающие антенны

для КВ монтируются на специальных башнях, построенных на соответству-

ющиха высотах. На КВ диапазоне работают телевидение, радиотелефоны,

пункты скорой помощи, машины такси и пр., имеющие район действия 10+50

км.