Радиоволны

1. Радиоволны

1.1 Электромагнитное поле

Радиоволны – это распространяющиеся в среде электромагнитные колебания, частоты которых лежат в диапазоне 3 кГц – 3 ТГц, что соответствует длинам волн в вакууме от 100 км до 0,1 мм. Электромагнитные волны есть форма существования электромагнитного поля, которое определяется следующими основными физическими величинами:

вектором напряженности электрического поля , В/м или Н/Кл;

вектором магнитной индукции  ,[Тесла].

Напряженность Е – это сила F, действующая со стороны электрического поля на тело, имеющее электрический заряд q = 1 Кл:

.

Магнитная индукция В – это сила Ампера  , с которой магнитное поле действует на проводник длиной l = 1 м с током I = 1 А, при условии, что вектор  перпендикулярен проводнику:

, Тл

Параметры среды

Условия распространения радиоволн в различных средах имеют особенности в зависимости от параметров среды. Для распространения радиоволн важны следующие параметры:

Абсолютная диэлектрическая проницаемость

,

где ε’-относительная диэлектрическая проницаемость, , ε0= Ф/м -диэлектрическая постоянная. Относительная диэлектрическая проницаемость ε’ показывает, во сколько раз уменьшается напряженность электрического поля в среде по сравнению с вакуумом;

Абсолютная магнитная проницаемость

,

где μ’-относительная магнитная проницаемость,  Гн/м, для ферромагнитных сред>>1. Относительная магнитная проницаемость μ’ показывает, во сколько раз увеличивается магнитная индукция B в магнитной среде, по сравнению с вакуумом;

Удельная электропроводность g - это коэффициент пропорциональности между плотностью тока проводника  и напряженностью электрического поля:

(1.1)

Уравнение (1.1) - это закон Ома в дифференциальной форме.

Дополнительные векторы электромагнитного поля

Наряду с основными физическими величинами  и , характеризующими поле, применяют дополнительные:

вектор электрической индукции:

  , Кл/м2;

вектор напряженности магнитного поля:

, А/м.

При изучении распространения радиоволн обычно применяется пара векторов  и , поскольку уравнения поля получаются симметричными.

Скалярные величины, характеризующие электромагнитное поле

Наряду с векторами, для описания поля применяют скалярные величины:

1) потенциал электрического поля

где - потенциальная энергия заряда q в электрическом поле;

2) магнитный поток

, Веб,

где интеграл от скалярного произведения векторов  и  берётся по замкнутой поверхности S.

1.2 Уравнения Максвелла

Теория электромагнитного поля основана на уравнениях Максвелла, которые он сформулировал в «Трактате по электричеству и магнетизму», опубликованном в 1873 г.

При выводе уравнений электромагнитного поля Максвелл использовал результаты исследований статических (т.е. постоянных во времени) электрического и магнитного полей (см. Приложение 1). Известные уравнения статических полей Максвелл развил применительно к переменному электромагнитному полю, благодаря двум идеям (Приложение 2):

1) возникновение замкнутых силовых линий напряженности электрического поля  вокруг линий магнитной индукции  при условии, что величина B меняется со временем (это следует из закона электромагнитной индукции Фарадея);

2) введению понятия «плотность тока смещения»

,

Отсюда следует, что замкнутые линии вектора магнитной индукции  возникают не только вокруг вектора плотности тока проводимости (т.е. вокруг траектории движущихся электрических зарядов), но и вокруг силовых линий , если E меняется во времени.

Число уравнений Максвелла было сокращено Г.Герцем и О.Хевисайдом, по сравнению с тем, что было написано в трактате, они привели их к современному компактному виду. В настоящее время принята следующая запись уравнений Максвелла..

Дифференциальная формаИнтегральная форма

;;

;;

;;

;.

Здесь Iпр - ток проводимости:

,

где в правой части – интеграл по замкнутой поверхности S от скалярного произведения векторов  и ; ρ - плотность электрического заряда q:

.

Ротор и дивергенция векторов

Ротор вектора – это вектор, который в декартовой системе координат может быть записан в виде определителя:

,

где , , - векторы величиной 1, направленные по осям x, y, z; Hx, Hy, Hz - проекции вектора на оси координат.

Дивергенция вектора  – это скалярная величина, вычисляемая в декартовой системе координат по формуле

где , ,  – проекции вектора  на соответствующие оси.

Геометрический смысл уравнений Максвелла в дифференциальной форме следующий. Ротор вектора – это ось, вокруг которой закручиваются замкнутые линии соответствующего поля. Из первого уравнения Максвелла следует, что такой осью для магнитного поля являются линии плотности тока проводимости  или линии напряженности электрического поля , если E меняется со временем.

Осью возникающих замкнутых линий электрического поля  являются силовые линии магнитного поля , при условии, что H зависит от времени. Это следует из второго уравнения Максвелла.

Дивергенция вектора – это точка в пространстве, откуда начинаются незамкнутые силовые линии поля. Как видно из третьего уравнения Максвелла, незамкнутые силовые линии напряженности электрического поля  начинаются в точках, где есть электрические заряды. Из четвертого уравнения Максвелла следует, что незамкнутых линий напряженности магнитного поля не существует.

Решая уравнения Максвелла в различных средах, можем найти 6 проекций векторов  и : , , , , , .

Похожие работы

Системы радиосвязи

Скачать

31141

0

0

... .php?title=%D0%92%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE-%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D1%8C&printable=yes - cite_note-1. 4. Спутниковая связь   Спутниковая связь — один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными ...

Расчет поездной радиосвязи, дальности связи в гектометровом, метровом и дециметровом диапазонах

Скачать

22425

5

4

... Так как данное соотношение не выполняется, то следует рассчитать дальность диапазона с помощью направляющих линий. 1.4 Расчет дальности связи в гектометровом диапазоне при использовании направляющих линий Дальность уверенной радиосвязи, км, между стационарными и локомотивными радиостанциями при применении направляющих линий ; (4) где Адоп – максимально допустимое затухание сигнала в ...

Расчет экономической эффективности (технологической радиосвязи на железнодорожном транспорте )

Скачать

27451

12

0

... локомотивные радиостанция 11 - 4400 - 4400 Итого 19,5 36841 170,5 37031 8. Расчет экономической эффективности внедрения новых устройств.   Расчет экономической эффективности сводится к определению годового экономического эффекта при внедрении маневровой радиосвязи на станции Б. Оборудование станции Б устройствами маневровой радиосвязи включает: Количество ...

Системы железнодорожной радиосвязи

Скачать

64467

14

11

... радиоволн - DmW. bas (3.375 кБ), Программа расчета сетей ПРС в гектометровом диапазоне радиоволн - GmW. bas (8.290 кБ). Библиографический список 1.  Художитков П.И., Золотых О.В. Системы железнодорожной связи. - Екатеринбург: УрГУПС, 1993. - 15 с. 2.  Ваванов В.В. и др. Радиотехнические средства ж. д. транспорта. - М.: Транспорт, 1991. - 303 с. 3.  Волков В.М., Головин ЭЛ., Кудряшов ...