Электромагнитные волны
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.