Глава I. Электромагнитные волны и их основные параметры.

1.1. Электромагнитная волна.

В радиосвязи информация (сигналы) передается от одной радиостанции к другой, с помощью электромагнитных волн.

В любой электромагнитной волне электрические и магнитные поля изменяются во времени и в пространстве. Изменение электрического поля в какой-либо точке пространства всегда сопровождается появлением изменяющегося магнитного поля и наоборот. Оба поля существуют одновременно и совместно, образуя единое электромагнитное поле. Следовательно, ЭМП - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами.

ЭМВ - это ЭМП, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.

Все электромагнитные явления можно описать с помощью уравнений Максвелла, которые устанавливают связь величин характеризующих электрические и магнитные поля, а так же из теории Максвелла вытекает, что ЭМВ имеет конечную скорость распространения.

Простейшим типом ЭМВ является плоская поперечная волна, которую принято обозначать ТЕМ (Т - начальная буква английского слова transverse, что означает "поперечный" Е и М начальные буквы слов electric и magnetic, т.е. "электрический" и "магнитный"). В поперечной ЭМВ силовые линии электрического и магнитного полей расположены в поперечных плоскостях перпендикулярных распространению волны.

В любой ЭМВ электрические и магнитные поля изменяются во времени и в пространстве по синусоидальному закону.

Т.к. электрическое и магнитное поле существуют одновременно и совместно, следовательно, изменение электрического и магнитного полей в распространяющейся ЭМВ совпадают по фазе, т.е. нарастание одного поля соответствует нарастанию другого и максимума амплитуд они достигнут одновременно.

Магнитные силовые линии всегда являются замкнутыми линиями, а электрические силовые линии либо идут от заряда одного знака к заряду другого знака (направление от положительного заряда к отрицательному), либо как магнитные силовые линии могут быть замкнутыми.

Движущееся ЭМП есть ЭМВ. Сила F, с которой поле действует на неподвижные электрические заряды, характеризуется напряженностью электрического поля E:

E=Fq,

где q -величина заряда, следовательно, напряженность электрического поля E - равна отношению силы действующей на точечный заряд в данной точке пространства к величине заряда:

Напряженность магнитного поля H определяется максимальной величиной вращающего момента, действующего на рамку с током, помещенную в магнитное поле, к магнитному моменту тока в рамке. Напряженность поля является векторной величиной, т.е. имеет не только численные значения, но и определенное направление.

Относительное расположение в пространстве векторов H, E и скорости движения ЭМВ V определяется по правилу буравчика (рис.1 б, в).

рис.1

Данный тип волны - плоско-поперечная ЭМВ (ТЕМ).

1.2. Параметры электромагнитной волны.

Ввиду того, что ЭМВ изменяется по синусоидальному закону, следовательно, она описывается формулой гармонического колебания:

Основными параметрами ЭМВ являются:

• амплитуда колебания ( A );

• частота колебания (  );

• фаза колебания (  );

• длина волны (  );

• скорость распространения ( V );

• фазовая скорость ( Vф );

• групповая скорость ( Vгр );

1.  частота колебания в секунду

 - угловая скорость (рад/с)

f - циклическая частота (Гц).

 и f соотносятся между собой периодом колебания T (наименьший промежуток времени, через который колебание возвращается к исходному состоянию) как:

2.  Фаза колебания  - состояние колебательного процесса в определенный момент времени.

3. Длина волны  - расстояние между ближайшими точками гармонического колебания, находящимися в одной фазе.

Для вакуума:

где с  3*10^8 м/с - скорость света.

4. Скорость распространения V для плоской поперечной волны в свободном пространстве (вакуум) равна скорости света

V = с;

В случае если среда распространения не является вакуумом:

где  - относительная диэлектрическая проницаемость среды;

 - относительная магнитная проницаемость среды.

Для волн, распространяющихся в различных средах, различают фазовую и групповую скорость.

5. Фазовая скорость Vф - это скорость, с которой перемещается в пространстве фаза плоской поперечной волны одной частоты.

6. Групповая скорость Vгр - скорость переноса энергии не гармонической волной, образованной группой гармонических волн. Между Vф и Vгр имеется связь: