1 Электромагнитные волны

Передача энергии и информации от передатчика к приемнику происходит при помощи электромагнитных волн (ЭМВ) или радиоволн, которые представляют собой распространяющееся в пространстве электромагнитное поле высокой частоты. Электромагнитное поле — это совокупность взаимосвязанных электрического (Е) и магнитного (Н) полей. Взаимосвязь заключается в том, что изменения напряженности электрического поля приводят к появлению магнитного поля, а изменяющееся магнитное поле вызывает появление электрического.

На рис. 1 дано векторное изображение электромагнитной волны (ЭМВ), распространяющейся вдоль оси z. Стрелками — векторами* показаны направление и величина (напряженность) полей Eи H в разных точках на оси z в фиксированный момент времени. Вся картина движется вдоль оси z со скоростью света с = 300000 км/сек. Направление распространения связано по правилу винта с направлением поворота вектора E к вектору H по кратчайшему пути. Расстояние между двумя соседними гребнями (или впадинами) изменений поля E называется длиной волны λ. Длина волны связана с частотой f передатчика формулой:

* Вектором A называется отрезок прямой, имеющий длину A и заданное направление.

Между величинами E и H в ЭМВ существует однозначная зависимость

где μ и ε — магнитная и диэлектрическая проницаемости среды. Величину электромагнитного поля оценивают поэтому напряженностью только одного, чаще электрического поля E в вольтах на метр (в/м).

Поляризация. Волна называется вертикально-поляризованной, если плоскость, проходящая через направление распространения и вектор E вертикальна. Если вектор E расположен в горизонтальной плоскости, то волна называется горизонтально-поляризованной. В общем случае вектор E может иметь и вертикальную и горизонтальную составляющие.

Излучение ЭМВ. Передатчик излучает ЭМВ при помощи передающей антенны, которая преобразует высокочастотную энергию в энергию электромагнитного поля. Для эффективного излучения ЭМВ размеры антенны должны быть сравнимы с длиной волны. Например, провод длиной 1 м будет хорошим излучателем на диапазоне 2 м и малоэффективным на диапазоне 80 м. В свободно распространяющейся ЭМВ происходит непрерывный переход энергии электрического поля в энергию магнитного поля и обратно.

Напряженность поля на расстоянии R [км] от антенны, излучающей мощность PΣ [вт] равномерно во всех направлениях, равна [11]:

В свободном пространстве напряженность поля пропорциональна квадратному корню из мощности и обратно пропорциональна расстоянию. В рассмотренном случае волна распространяется во все стороны равномерно, и мы имеем так называемый сферический фронт* волны. На больших расстояниях сферический фронт можно считать плоским, а волну — плоской волной. Заметим, что перпендикуляр к поверхности фронта волны совпадает с направлением распространения, — это используется в радиопеленгации.

Вертикально-поляризованные волны излучаются вертикальными антеннами типа штырь, луч, вертикальным симметричным вибратором, диско-конусной антенной. Горизонтально-поляризованные волны излучают горизонтальный диполь, петлевой вибратор, «квадрат».

* Фронт—это поверхность равных фаз, например, максимумов поля Е.