37. Излучение и прием э/м волн

Излучение э/м волн осуществляется с помощью открытого колебательного контура, подключенного к генератору ВЧ ЭДС. Интенсивность поля излучения может быть различной, в зависимости от формы открытого колебательного контура. В закрытом колебательном контуре, состоящем из катушки индуктивности и конденсатора, переменное магнитное поле сосредоточено в катушке, а переменное электрическое поле – в конденсаторе. (РИСУНКИ). В открытом колебательном контуре обкладки конденсатора как бы сделаны из проводов, которые обладают не только емкостью, но и индуктивностью. Токи, текущие по параллельным проводам, расположены друг от друга на расстоянии L, много меньшем λ, не излучают. Это объясняется тем, что поля двух равных по величине, но противоположно направленных токов, взаимно компенсируют друг друга. Если провода раздвинуть на некоторый угол, то полной конденсации полей не будет. Вертикально расположенные провода принимают основное участие в распространении э/м волн. Устройство, предназначенное для излучения э/м волн, называют э/м антенной. Для получения наибольшей мощности излучения антенна должна быть настроена в резонанс с частотой ЭДС генератора э/м колебаний. Длина резонансной антенны соизмерима с длиной э/м волны. Механизм излучения и распространения э/м волн объясняется рисунком 4. (РИСУНОК). Согласно теории Максвелла, при нарастании под действием ВЧ ЭДС нарастающего тока проводимости в антенне в определенном пространстве возникают переменные электрическое и магнитное поля. Переменной во времени электрическое поле является током смещения. Ток электрического смещения и ток проводимости составляют полный ток. Линии полного тока должны быть замкнутыми. Это означает, что линии тока проводимости в антенне должны быть замкнутыми линиями тока смещения через пространство. Магнитные силовые линии в плоскостях, перпендикулярных к основанию провода имеют вид концентрических окружностей. Через небольшой промежуток времени Δt, в некоторой точке 1 электрическое поле увеличится на ΔЕ, а магнитное – на ΔН. Нарастающее в точке 1 электрическое поле Е₁ (ток электрического смещения) возбудит в окружающем пространстве магнитное поле Н, направление силовых линий которого в плоскости, перпендикулярной вектору Е₁, должно быть выбрано по правилу Ленца. Согласно этому правилу изменению поля Е₁ ΔE₁/Δt>0 должно препятствовать поле Е₂, индуцированное магнитным полем Н. Направление вектора Е₂ должно быть противоположно направлению вектора Е₁, но в точке 2 теперь наводится вектор Е₂, примерно равный Е₁. Таким образом, возмущение электрического поля из точки 1 перейдет в точку 2. Аналогично можно проследить за изменением магнитного поля. Таким образом, фронт э/м волны перемещается из точки 1 в точку 2. (РИСУНКИ). Скорость перемещения э/м волны равна скорости света. При этом происходит непрерывные переход энергии электрического поля в данной точке пространства в энергию магнитного поля и обратно. В этом проявляется взаимосвязь электрического и магнитного полей при рассмотрении э/м волн. Э/м волны, излученные передающей антенной, встречая на своем пути металлические проводники, создают в них ЭДС той же частоты, что и частота э/м поля, создаваемая наведенной ЭДС. Расстояние, на которое перемещается фронт волны за время, равное одному периоду, называется длиной волны. Используя поверхность равных фаз, длину э/м волны можно определить также, как кратчайшее расстояние между двумя поверхностями равных фаз. В зависимости от формы поверхности равных фаз, волны различают: плоские, цилиндрические и сферические. Все перечисленные типы э/м волн являются поперечными волнами, так как векторы Е и Н осциллируют в них в направлениях, перпендикулярных направлению распространения волны. Перенос волной э/м энергии в пространстве характеризуется вектором плотности потока э/м энергии. Направление вектора S совпадает с направлением распространения волны, а его величина численно равна количеству энергии, протекающей через единичную площадку за 1 времени, расположенную перпендикулярно распространению волны. Понятие этого вектора было введено Умовым. Формула для вектора S была получена на основании уравнения Пойнтингом. Поэтому вектор S называется вектором Умова-Пойнтинга. Среднее значение плотности потока энергии за период колебаний связано с напряженностью электрического поля следующим соотношением: S_cp=E_m²/2z₀.