Распространение э/м волн в пространстве

Среда, в которой распространяются э/м волны, вызывает их поглощение, отражение, рассеивание, меняет характер поляризации, изменяет АХ и ЧХ передаваемых сигналов, влияет на точность определения координат разведываемых целей. Особенности распространения э/м волн тщательно учитываются при создании и эксплуатации технических средств и систем радиоэлектронной борьбы.

Э/м волны от источника ненаправленного излучения распространяются во все стороны радиально и с конечной скоростью. Векторы напряженности электрического Е и магнитного Н полей взаимно перпендикулярны, а также перпендикулярны вектору Р распространения э/м волны. (РИСУНОК)

Процесс изменения амплитуды векторов Е и Н в любой момент времени и в любой точке пространства имеет синусоидальный характер. Вертикальная плоскость S, в которой находятся вектор Р, называется плоскостью распространения волн. Поперечную ей плоскость Q, проходящую через точки пространства с одинаковой фазой напряженности электрического и магнитного поля э/м волны, и перпендикулярно направлению распространения волн, называют фронтом волны. В ряде случаев фронт волны может быть отклонен от вертикали на угол β, называемый углом скольжения фронта волны.

Важным показателем э/м поля является его поляризация, которая характеризует направление вектора электрического поля относительно плоскости распространения. Поляризация определяет закон изменения направления вектора напряженности электрического поля в данной точке за период колебаний. Плоскость, в которой находятся векторы Е и Р, называется плоскостью поляризации. Угол α между плоскостью поляризации и плоскостью. Распространения волн называется углом поляризации. (РИСУНОК)

Различают несколько видов поляризации э/м волны если вектор Е лежит в плоскости S, а вектор Н перпендикулярен ей, то независимо от того, есть наклон фронта волны, или его нет, принято считать поляризацию вертикальной. При этом плоскость поляризации совпадает с плоскостью распространения. Если вектор Н лежит в плоскости S, а вектор Е перпендикулярен этой плоскости, то поляризацию называют горизонтальной. В случае, когда вектор Е занимает произвольное положение, он может быть представлен в виде суммы двух составляющих. Вертикальная составляющая лежит в плоскости распространения, а горизонтальная составляющая перпендикулярна ей и параллельна Земле. На послед. рисунке представлен случай одновременного наклона фронта волны и поворота плоскости поляризации. Если вертикальная и горизонтальная составляющие вектора Е равны по амплитуде, отличаются по фазе на 90˚, то поляризация имеет круговой характер. Во всех других случаях поляризация результирующего вектора Е будет эллиптической. (РИСУНОК)

Э/м волны в зависимости от длины волны делятся на след. виды: 1) радиоволны (λ>10^-4 м); 2) оптическое излучение (10^-3≤λ≤10^-9 м); 3) рентгеновское излучение (10^-7≤λ≤10^-12 м); 4) гамма-излучение (λ<10^-10 м).

Основные сведения о линиях передачи и объемных резонаторах

ЛП предназначены для передачи э/м энергии от источника к потребителю (фидерные устройства), напряжение от генератора ВЧ энергии к передающей антенне или от приемной к приемнику. К фидерным устройствам предъявляют следующие основные требования: отсутствие излучения э/м энергии; передача с минимальными потерями; наличие режима бегущих волн; высокое пробивное напряжение; удобство эксплуатации. ЛП могут быть открытыми и закрытыми. Существует большое число конструкций фидерных линий. Выбор зависит от назначения, диапазона частот и передаваемой мощности. Простейшим типом открытых линий является симметричная двухпроводная линия. Она слабо излучает э/м волны при условии, что расстояние между проводами много меньше длины волны. Однако изменение расстояния между проводами ограничено передаваемой мощностью. Чем больше передаваемая мощность, тем выше напряжение между проводами. Максимально допустимое напряжение должно быть меньше пробивного. Выбор диаметра проводов зависит от требуемого волнового сопротивления, которое для линий такого вида 300–800 Ом. На работу открытых линий заметное влияние оказывают климатические условия. Большая влажность или обледенение вызывают увеличение потерь в несколько раз. В закрытых линиях э/м поле полностью изолировано от окружающей среды. Наибольшее распространение из закрытых ЛП получил коаксиальный кабель. В нем 1 провод, покрытый диэлектриком, помещен внутри другого, выполненного из гибкой металлической оплетки. Наибольшие потери имеют коаксиальные кабели, внутренний провод которых покрыт чешуйчатыми керамическими изоляторами или диэлектрическими шайбами, расположенными на некотором расстоянии друг от друга. Внешний провод кабеля может быть заземлен. Длина э/м волны в коаксиальном кабеле, заполненном диэлектриком с параметрами ε и μ, определяется по формуле и не зависит от поперечных размеров кабеля. Волновое сопротивление стандартных кабелей от 35 до 150 Ом. С увеличением частоты в двухпроводных линиях возникают потери на излучение в изоляторах: в коаксиальном кабеле при этом резко увеличиваются потери в диэлектриках. На волнах 10-ти см. диапазона и короче потери так велик, что применение коаксиальных кабелей становится нецелесообразным. В см. и мм. диапазонах широко применяются волноводы. Это полые металлические трубы прямоугольного, круглого или П-образного сечения, а в оптическом диапазоне – диэлектрические волноводы.

Волновод можно представить в виде симметричной двухпроводной линии, сделанной из проводов в виде широких лент, которые крепятся на расстоянии друг от друга с помощью металлических изоляторов. Они представляют собой короткозамкнутые отрезки четвертьволновой линии, имеют бесконечно большое входное сопротивление. Распространение радиоволн в волноводе возможно лишь при определенных соотношениях между длиной волны и геом. размерами волновода. (РИСУНОК)

Рассматривая картину распространения токов при переходе от двухпроводной линии к волноводу, можно установить, что в волноводе существуют продольные и поперечные токи. Токи, протекающие по проводам двухпроводной линии, называют продольными, а токи, протекающие по четвертьволновым короткозамкнутым отрезкам, называют поперечными. В волноводе по внутренним поверхностям вдоль широких стенок будут распространяться волны продольного тока, а поперек стенок установятся стоячие волны поперечного тока. Возбуждение э/м волн в волноводе осуществляется металлическим стержнем с длиной, равной ¼ длины волны, расположенном посередине широкой стенки волновода.

По волноводу заданных размеров могут распространяться только волны короче определенной длины волны λ_крит=2a. Фазовая скорость волны в волноводе > скорости света в свободном пространстве . Длиной волны в волноводе называют расстояние, проходимое волной вдоль оси волновода с фазовой скоростью за время одного периода. Т. к. фазовая скорость в волноводе больше скорости света, то и длина волны в волноводе > длины волны в свободном пространстве. Фазовая скорость характеризует структуру волны, но не определяет скорость переноса энергии. Возрастание фазовой скорости в волноводе при уменьшении частоты колебаний не сопровождается увеличением скорости переноса/распространения энергии, переносимой э/м волной вдоль оси волновода. Наоборот, из-за многократных отражений от стенок скорость переноса энергии уменьшается и определяется по формуле. Умножая фазовую скорость на скорость распространения энергии получим V_ф∙U=с². Если фазовая скорость уменьшается, то U будет увеличиваться. Скорость распространения энергии не может быть больше с, в то время фазовая скорость в волноводе, не заполненном какой-либо средой, не может быть < с.