3 Конспект лекций

Тема 1 Возможные формы существования материи. Распределение радиоспектра (4/2/2/2 часа)

План лекции

1. Понятия «электромагнитное поле», «электрический заряд», «электромагнитная волна».

2. Вопросы изучения в классической и квантовой электродинамике.

3. Радиоспектр (регламент).

Возможны две формы существования материи: вещество и поле. Вещество – это совокупность различных частиц – молекул, атомов, элементарных частиц. Электромагнитное поле – это особый вид материи, отличающийся непрерывным распределением в пространстве (электромагнитные волны, поле заряженных частиц) и обнаруживающий дискретность структуры (фотоны), характеризующийся в свободном состоянии способностью распространения в вакууме со скоростью света ( ), оказывающий на заряженные частицы силовое воздействие, зависящее от их скорости.

Электрический заряд – это свойство частиц материи (вещества) или тел, характеризующее их взаимосвязь с собственным электромагнитным полем и их взаимодействие с внешним электромагнитным полем. Электрический заряд может быть двух видов: положительный заряд или отрицательный заряд. Электрические заряды существуют в виде заряженных частиц. Элементарной заряженной частицей является электрон, заряд и масса которого равны

Основной закон природы – закон сохранения электрического заряда: электрический заряд не уничтожается и не создается из ничего, он может быть лишь перераспределен между телами при их непосредственном контакте. Упорядоченный перенос электрического заряда называется электрическим током. Если электрические заряды и токи постоянны во времени, то поле зарядов описывается электростатическим полем, а поле токов – магнитостатическим полем (стационарные поля).

Электродинамика изучает электромагнитные явления, возникающие при движении и взаимодействии электрически заряженных частиц. Электромагнитными волнами называют возмущения электромагнитного поля, распространяющиеся в пространстве. Свойства электромагнитного поля зависят от скорости изменения во времени описывающих его векторов. В современной физике различают радиоволны, световые волны (видимая, инфракрасная и ультрафиолетовая части спектра), рентгеновское излучение и -излучение. Процессы возбуждения, приема, распространения электромагнитных волн, их взаимодействия с веществом в диапазоне радиоволн описываются уравнениями классической электродинамики (уравнения Максвелла). В диапазонах более коротких волн (инфракрасный и микрометровый диапазоны) используются комбинации методов классической электродинамики и квантовой электродинамики.

Классическая электродинамика приписывает электромагнитному полю только волновые свойства, а элементарным частицам – только корпускулярные. Электромагнитные поля могут накладываться друг на друга и существовать в одном и том же пространстве, а частицы вещества не обладают этим свойством. Электромагнитные поля и частицы существуют в одном и том же объеме, взаимодействуя друг с другом.

Квантовая электродинамика изучает законы микромира. При этом свойствами материи являются единство волновой и корпускулярной природы всех микрообъектов и взаимопревращаемость различных видов материи. Электромагнитное поле - это дискретные фотоны, обладающие корпускулярно-волновой природой. Фотоны не имеют массы покоя, распространяются со скоростью света в вакууме и целиком поглощаются или излучаются атомами.

В соответствии с Регламентом радиосвязи к радиоволнам (радиодиапазону) относят электромагнитные волны с частотами от 3 кГц до 3 ТГц. Распределение радиоспектра по диапазонам приведено в таблице 1.

Таблица 1

Номер полосы	Границы диапазона по частотам и по длинам волн	Наименование диапазона по частотам и по длинам волн	Сокращенное обозначение
			русское	Междунар.
4	3-30 кГц 100-10 км	Очень низкие частоты Мириаметровые волны (сверхдлинные волны)	ОНЧ (СДВ)	VLF
5	30-300 кГц 10-1 км	Низкие частоты Километровые волны (длинные волны)	НЧ (ДВ)	LF
6	300-3000 кГц 1000-100 м	Средние частоты Гектометровые волны (средние волны)	СЧ (СВ)	MF
7	3-30 МГц 100-10 м	Высокие частоты Декаметровые волны (короткие волны)	ВЧ (КВ)	HF
8	30-300 МГц 10-1 м	Очень высокие частоты Метровые волны (ультракороткие волны)	ОВЧ (УКВ)	VHF
9	300-3000 МГц 100-10 см	Ультравысокие частоты Дециметровые волны (ультракороткие волны)	УВЧ (УКВ)	UHF
10	3-30 ГГц 10-1 см	Сверхвысокие частоты Сантиметровые волны (ультракороткие волны)	СВЧ (УКВ)	SHF
11	30-300 ГГц 10-1 мм	Крайне высокие частоты Миллиметровые волны	КВЧ	EHF
12	300-3000 ГГц 1-0,1 мм	Гипервысокие частоты Децимиллиметровые волны	ГВЧ

Схемотехнические радиотехнические расчеты в полосах 4-8 радиодиапазона базируются на теории цепей с сосредоточенными параметрами. Начиная с 8-й полосы эти расчеты базируются на теории цепей с распределенными параметрами (геометрические размеры элементов цепи соизмеримы или значительно больше длины электромагнитной волны).

Рекомендуемая литература [1,2,3,4,12,13,18 ]