Свойства электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Плотность потока излучения.

При распространении электромагнитных волн в каждой точке пространства происходят периодически повторяющиеся изменения электрического и магнитного полей. Эти изменения удобно изображать в виде колебаний векторов напряженностей H и E в каждой точке пространства (рисунок 53).

М

Рисунок 53. Электромагнитное поле

аксвелл доказал, что колебания этих векторов в каждой точке электромагнитной волны происходят в одинаковых фазах и по двум взаимно перпендикулярным направлениям, которые в свою очередь перпендикулярны к

вектору скорости распространения волны . Поэтому электромагнитные волны являются поперечными волнами. Взаимное расположение этих трех векторов в любой точке пространства связано правилом правого винта: Если головку винта расположить в плоскости векторов и и поворачивать ее в направлении от к (по кратчайшему пути), то поступательное движение винта укажет направление вектора , т.е. направление распространения самой волны и переносимой ею энергии. Поскольку электрическое и магнитное поля обладают энергией, то в пространстве, где распространяются электромагнитные волны, имеется определенное количество электрической и магнитной энергии. Эта энергия переносится волнами от точки к точке в сторону их распространения.

Плотность потока энергии – это поток энергии через единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно вектору скорости электромагнитной волны. По мере распространения от центра излучения плотность потока энергии уменьшается пропорционально квадрату расстояния от центра излучения. - площадь сферы.

Физические основы радиосвязи.

Если на пути распространения электромагнитных волн расположить колебательный контур, то в нем будут происходить вынужденные колебания. Если частота электромагнитной волны далека от частоты собственных колебаний контура, то амплитуда вынужденных колебаний крайне мала и ими можно пренебречь. При совпадении частоты вынужденных колебаний с частотой собственных колебаний в контуре возникают заметные электромагнитные колебания, т.е. наблюдается электрический резонанс. Резкое увеличение амплитуды электромагнитных колебаний в контуре при совпадении частоты вынужденных колебаний с собственной частотой контура называется электрическим резонансом.

Чтобы передатчики не мешали друг другу, каждый из них должен работать на свей частоте, отличной от частот других передатчиков. Конденсатор C1 приемника (рисунок 54) позволяет настроить контур LC1 в резонанс с частотой определенного передатчика, т.е. с нужной радиостанцией. Диод Д и конденсатор С2 образуют детектор. Т – телефон. Проблема передачи звуковых частот на расстояние состоит в том, чтобы передавать ВЧ электромагнитные колебания, на которые тем или иным способом накладываются низкочастотные звуковые колебания. Управление колебаниями ВЧ в соответствии с колебаниями НЧ называется модуляцией.

Рисунок 54. Принцип построения детекторного радиоприемника

Модуляция может быть амплитудной (АМ) и частотной (FM). При амплитудной модуляции амплитуда ВЧ колебаний (Рисунок 55 в ) изменяется в соответствии со звуковой частотой (Рисунок 55а ) .

Рисунок 55. Амплитудная модуляция

Р

а) радиопередатчик

адиопередатчик (рисунок 56а) работает следующим образом: генератор высокой частоты Г создает синусоидальный сигнал с постоянной амплитудой и частотой. Эта частота называется несущей, так как именно она модулируется в модуляторе М сигналом низкой частоты, поступающим от микрофона МК (позиция 1 на рисунках 56а, 57), и в дальнейшем несет звуковую информацию. Модулированный сигнал из модулятора (позиция 2 на рисунках 56а, 57) поступает на усилитель высокой частоты УВЧ и затем передается антенной А 1 в пространство.

б) радиоприемник

Рисунок 56. Структурная схема радиопередатчика (а) и структурная схема радиоприемника (б)

е

Сигнал НЧ от источника сигнала

1 t

e

2 Модулированный ВЧ сигнал

t .

e

3 Сигнал ВЧ после выпрямления

t

e

Сигнал НЧ после детектора

4 t

Рисунок 57. Изменения сигнала в

процессе его передачи и приема

Радиоприемник (рисунок 56б) работает следующим образом: сигнал от передатчика (позиция 2 на рисунке 57) принимается антенной А 2. Входной контур приемника настроен в резонанс с несущей частотой передатчика. Усиленный за счет резонанса сигнал подается на УВЧ, где он усиливается до необходимой величины. Далее сигнал поступает на детектор, где он преобразуется (позиции 3 и 4 на рисунках 56б, 57) в низкочастотный сигнал. Сигнал НЧ усиливается усилителем НЧ и поступает на громкоговоритель Гр.

Аналогичным образом передается и видеосигнал. Роль микрофона играет иконоскоп – прибор, преобразующий световой сигнал в низкочастотный электрический. Принцип действия иконоскопа будет рассмотрен в следующих разделах конспекта. Электрический видеосигнал тоже поступает на модулятор и далее модулированный высокочастотный сигнал передается в эфир. В телевизионном приемнике выделяется низкочастотный видеосигнал, который затем поступает на электрод кинескопа, управляющий яркостью.