Реферат: Электромагнитные волны
Л(L)+
Московская Государственная Академия Химического Машиностроения
МГАХМ
14.05.1995
Автор: Котяхов Игорь
2ДОМАШНЯЯ РАБОТА
тема
_ 3Шкала электромагнитных волн
_ 3Условия излучения и поглощения волн
Источником электромагнитных волн в действительности может быть
любой электрический колебательный контур или проводник, по которому
течет переменный электрический ток, так как для возбуждения электро-
магнитных волн 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 электромагнитных волн
непригодны закрытые колебательные контуры, так как в них электрическое
поле сосредоточено между обкладками конденсатора, а магнитное -- внут-
ри катушки индуктивности.
Герц в своих опытах, уменьшая число витков катушки и площадь
пластин конденсатора, а также раздвигая их (рис.2 а,б), совершил пере-
ход от закрытого колебательного контура 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,а), что существенно повышает интенсивность электромаг-
нитного излучения. Колебания в такой системе поддерживаются за счет
источника э. д. с , подключенного к обкладкам конденсатора, а искровой
промежуток применяется для того, чтобы увеличить 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-
тем индуктор снова заряжал конденсатор, возникала искра и в контуре
опять наблюдались колебания и т. д. Для регистрации электромагнитных
волн Герц 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 МГц
и получил волны, длина 7l 0 которых составляла примерно 3 м. П. Н. Лебе-
дев, применяя миниатюрный вибратор из тонких платиновых 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 ~ 0 300 000 км/c
(скорость света). В однородных изотропных средах направления напряжён-
ностей электрических (Е) и магнитных (Н) полей электромагнитных волн
перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны, т. е.
электромагнитные волны являются поперечной. В каждой точке пространс-
тва колебания 2Е 0 и 2Н 0 происходят в одной фазе. С увеличением расстояния
R от источника Е и Н убывают как 1/R; такое медленное убывание полей
осуществить посредством электромагнитных волн связь на больших рассто-
яниях (радиосвязь, оптич. связь).
Р а 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 магнитное поля тесно
взаимосвязаны, образуя электромагнитное поле.
┌─────────┬──────────────┬──────────────── 5┬ 0──────────────────────────┐
│Название │ Длина волны │ 5│ 0 5 0 │
│диапазона│ в свободном │ Частота, Мгц 5│ 0 Область применения │
│ │пространстве │ 5│ 0 │
│ │ м │ 5│ 0 │
├─────────┼──────────────┼──────────────── 5┼ 0──────────────────────────┤
│Сверхдли-│ │ 5 0 5│ 0 Радионавигация, радиоте- │
│нные │ 100 000- │ 3*10 5-3 0-3*10 5-2 │ 0 леграфная связь, переда- │
│ волны │ 10 000 │ 5 0│ ча метеосводок │
├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤
│Длинные │ 10 000- │ │ Радиотелеграфная и радио-│
│волны │ 1 000 │ 3*10 5-2 0 -3*10 5-1 0 │ телефонная связь, радио- │
│ │ │ │ вещание, радионавигация │
- 3 -
├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤
│Средние │ 1000-100 │ 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- │ │ │ │
│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- │ 0,1-0,01 │ 3*10 53 0-3*10 54 0 │ Радиолокация, радиорелей-│
│тровые │ │ │ ная связь, астрорадиона- │
│ │ │ │ вигация, спутниковое TV │
│ │ │ │ │
│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 0 │ Квантовая радиоэлектро- │
│сные │ │ │ ника. │
│ │ │ │ │
- 4 -
│Видимый │7.5*10 5-7 0-4*10 5-7 0│ 4*10 58 0-7.5*10 58 0 │ │
│свет │ │ │ │
│ │ │ │ │
│Ультра- │ │ └┐ │
│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 увеличенном 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: 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 уменьшается, и эти слои выражены слабее. Главное
свойство ионосферы - это возможность, благодаря наличию заряженных
частиц, 1 отражать 0 радиоволны определенной длины волны.
Длинные волны сильно поглощаются ионосферой и поэтому основное
значение имеют приземные волны, которые распространяются, огибая зем-
лю. Поскольку они распространяются в низких и плотных слоях атмосферы,
их интенсивность уменьшается сравнительно быстро по мере удаления 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 район 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-
ток с помощью любительского коротковолнового передатчика мощностью 50
Вт по телеграфному коду можно установить прочную связь меж Болгарией и
Австралией. Добавим еще, что днем лучшее прохождение имеют "наиболее
- 5 -
короткие" короткие волны (напр. 21 и 28 Гц), а ночью лучше распростра-
няются "более длинные" короткие волны (напр. 3,5 и 7 МГц). 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.
Ультракороткие волны распространяются только по прямой (как свет)
и, как правило, не отражаются ионосферой. Поэтому передающие антенны
для УКВ монтируются на специальных башнях, построенных на соответству-
ющих высотах. На УКВ диапазоне работают телевидение, радиотелефоны,
пункты скорой помощи, машины такси и пр., имеющие район действия 10+50
км.