13.4Эффект Фарадея.

Пусть направление распространения волны совпадает с постоянной составляющей подмагничевающего поля. Линейно-поляризованную волну можно представить в виде двух волн с круговой поляризацией, с половинной амплитудой и с противоположным вращением.

Для волны с левой и правой поляризациейбудетсоответственно

Эффект поворота плоскости поляризации в линейно гиромагнитных средах получил название эффекта Фарадея.

8.5Эффект смещения поля в прямоугольном волноводе с поперечным подмагниченным ферритом

,.

В плоскости х_ои- амплитуды векторов электрического поля равны (смотри рисунок).

,

;

В сечении х_о поставим ферритовую пластину и подмагнитим ее постоянным полем.

Условия распространения волны в ферритовой пластине такие же, как и в гиротропной среде.

Для волны, распространяющейся в положительном направленииZ, в подмагниченной среде подмагниченное поле будет иметь левую поляризацию при этом подмагниченный феррит магнитной и электрической проницаемостью существенно превосходящей этих параметров в воздухе. Поэтому поле будет концентрироваться в области феррита.

При распространении в отрицательном направлении осиZкруговая поляризация в сечениих_о будет иметь правое вращение и, в соответствии с этим, он будет соответствовать отрицательной магнитной проницаемости, при этом постоянная распространения будет чисто мнимой величиной, т.е. волна в феррите распространяться не будет. Поле выдавливается из феррита.

Этот эффект очень широко используется в ВЧ электронике для создания вентилей (это четырехполюсный пропускник сигнала в одном направлении). Для этого достаточен поглотитель в максимуме прямой или обратной волн. Конструктивно удобно нанести поглотитель на феррите, при этом волна, распространяющаяся в феррите будет испытывать значительное ослабление. Возможен и иной способ реализации вентилей, основанный на использовании ферромагнитного резонанса. Суть его сводится к следующему: постоянное подмагничивающее поле выбирают такой величины, чтобы для правополяризованной волны соблюдались условия ферромагнитного резонанса. При этом поглощение волны, имеющее в феррите правую поляризацию, будет обеспечиваться за счет резонансных потерь.

Из приведенных рассуждений следует ряд особенностей:

1. Для их реализации требуется более мощная магнитная система.

2. Они являются узкополосными.

Раздел 9.Распространение радиоволн

9.1Классификация радиоволн по диапазонам частот и способу распространения.

Передача сигналов от передающего устройства к приемному происходит в пространстве, образующем сложную по параметрам среду.

В свободном пространстве радиоволны распространяются прямолинейно со скоростью света и не испытывают поглощения.

Влияние среды на РРВ проявляется:

• в изменении амплитуды поля (уменьшении);

• в изменении скорости и направления распространения;

• в повороте плоскости поляризации;

• в искажении передаваемых сигналов.

Для учета влияния среды на характеристики радиоволн необходимо изучить электрические свойства земной поверхности и атмосферы, физические процессы, происходящие при распространении радиоволн.

Земная поверхность оказывает существенное влияние на РРВ:

• в полупроводящей поверхности Земли радиоволны поглощаются;

• при падении на земную поверхность радиоволны отражаются;

• радиоволны дифрагируют на сферической поверхности земного шара.

Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли, называются земными радиоволнами.

В атмосфере Земли различают две области: нейтросферу и ионосферу.

Нейтросфера занимает нижний, наиболее плотный слой атмосферы толщиной ≈60 км. Она состоит из нейтральных молекул атмосферных газов и делится на тропосферу и стратосферу.

Тропосфера – приземной слой нейтросферы высотой 10-15 км. Тропосфера неоднородна в вертикальном направлении вдоль земной поверхности. Ее электрические параметры меняются при изменении метеорологических условий. В тропосфере происходит рефракция радиоволн, поэтому распространение земных радиоволн зависит от состояния тропосферы. Тропосфера обуславливает распространение тропосферных РВ, которое связано с рассеянием и отражением РВ от неоднородностей тропосферы.

Стратосфера представляет более однородную среду. Так как плотность газа уменьшается с высотой, то относительная диэлектрическая проницаемость в стратосфере ≈1, она оказывает меньшее влияние на распространения радиоволн.

Ионосфера занимает область атмосферы на высоте 60-20000 км. На этих высотах плотность газа мала, и он частично или полностью ионизирован. Число свободных электронов в ионосфере меняется с высотой и составляет 10³-10⁶ эл/см³. Присутствие свободных электронов обуславливает рефракцию и отражение радиоволн в ионосфере. РВ, распространяющиеся путем отражения от ионосферы или рассеяния в ней на большие расстояния, называют ионосферными. На условия распространения ионосферных радиоволн свойства земной поверхности и тропосферы влияют мало.

На расстоянии в 3-4 радиуса земного шара атмосфера Земли переходит в межпланетную плазму. Газ в межпланетной плазме полностью ионизирован. Плотность электронов равна плотности положительно заряженных частиц и составляет 10-10² эл/см³.

Таким образом, можно ввести следующую классификацию радиоволн по способу распространения:

Радиоволны, распространяющиеся в однородной или слабо не однородной среде, в частности, в космическом пространстве по прямолинейной (или близкой к ней) траектории, носят название свободно распространяющихся или прямых волн. Такие волны при прохождении сквозь атмосферу Земли могут претерпеть небольшое искривление (рефракцию), рассеяние и поворот плоскости поляризации.

Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие выпуклость земного шара вследствие явления дифракции, называются земными или поверхностными. Даже в наиболее благоприятных условиях (на самых длинных волнах) дальность дифракционного распространения не превышает 3000-4000 км.

Радиоволны, распространяющиеся за счет рассеяния в тропосфере (до 1000 км) и направляющего (волноводного) действия тропосферы (до 800-1000 км), получили название тропосферных. Как тропосферные могут распространяться волны короче 10 м, как волноводные – волны короче 3 м.

Радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния и огибающие земной шар в результате многократного отражения от ионосферы (волны >10 м), а также волны, рассеивающиеся на неоднородностях ионосферы и отражающиеся от ионизированных следов метеоров (в диапазоне метровых волн), называются ионосферными или пространственными.

На близких расстояниях от передатчика волны всех диапазонов распространяются как земные.

Тропосфера влияет только на условия распространения радиоволн короче 10 м. Поэтому как тропосферные распространяются только метровые, дециметровые и сантиметровые волны.

Регулярные отражения от ионосферы испытывают волны длиннее 10м. Поэтому как ионосферные могут распространяться лишь сверхдлинные, длинные, средние и короткие волны. Однако метровые волны могут распространяться как ионосферные за счет рассеяния на неоднородностях ионосферы и отражений от метеорных следов.

Все волны короче 10 м распространяются как прямые (в атмосфере Земли и космическом пространстве).

К радиоволнам относят электромагнитные волны, длина которых лежит в пределах 2*10^-9-10⁵ м, что соответствует частотам 15*10¹⁰-3*10^-3 МГц.

Радиоволны принято подразделять по десятичному признаку на диапазоны:

• сверхдлинные (СДВ) 100-10 км;

• километровые (ДВ) 10-1 км;

• гектометровые (СВ) 1000-100 м;

• декаметровые (КВ) 100-10 м;

• метровые (МВ) 10-1 м;

• дециметровые (ДМВ) 100-10 см;

• сантиметровые (СМВ) 10-1 см;

• миллиметровые (ММВ) 10-1 мм.

Волны МВ, ДМВ и СМВ называют также ультракороткими волнами (УКВ). Диапазон, включающий ДМВ и СМВ, называют сверхвысокими частотами (СВЧ).