|
| |
|
Слаботочка Книги я, имеющееся в плоскости у%, вызывает за то же время А/ электрическое поле АЕ в плоскости 25с (рис. 13. 11, б). Так как исходные поля изменяются во времени и в пространстве по одному и тому же - синусоидальному - закону, то и индуцированные поля АЕ и ДЯ подчиняются этому закону. К тому же величина АЯ прямо пропорциональна скорости изменения dEldt, а величина АЕ прямо пропорциональна скорости изменения dHldt. Следовательно, в тех  Рис. 13.11. Диаграммы, иллюстрирующие процесс распространения свободных электромагнитных волн. точках оси X, где основные поля проходят через максимумы, индуцированные поля равны нулю, а там, где основные поля проходят нулевые значения, индуцированные поля имеют максимумы. Складывая алгебраически поля Е и АЕ, Я и ДЯ в каждом сечении оси X (рис. 13.И, б), убеждаемся в том что вся картина электромагнитного поля за время At сместилась без искажений по оси х на расстояние Ах, т. е. получилась бегущая электромагнитная волна, подобная волне ТЕМ, направляемой двухпроводной линией. Существенно и то, что распространение волн возможно при условии, что электрическое и магнитное поля изменяются по одинаковому закону, имеют равную объемную плотность энергии и взаимно перпендикулярны друг другу. Действительно, не будь последнего условия, индуцированное электрическое поле не находилось бы в плоскости исходного электрического поля, а инду- цированное магнитное поле не находилось бы в плоскости исходного магнитного поля, и бегущие волны ТЕМ не возникли бы. Образование электрического поля из магнитного и наоборот указывает также, почему объемная плотность энергии и закон изменения электрического и магнитного полей должны быть одинаковыми. Остается добавить, что формулы (309), (313), (314), выведенные для волн, направляемых длинной линией, справедливы и для свободных волн, так как и те и другие имеют одинаковую природу и распространяются, по существу, в одинаковой (диэлектрической) среде. 85. Луч, фронт и поляризация электромагнитной волны в теории электромагнитных волн используются такие понятия, как луч, фронт и поляризация волны. Лучом называется линия, вдоль которой распространяется электромагнитная волна. В однородной изотропной среде, т. е. в среде, имеющей одинаковые параметры во всех точках и во всех направлениях, волны движутся прямолинейно с постоянной скоростью. Например, лучи точечного (изотропного) излучателя расходятся радиально по прямым линиям (рис. 13.12, а). Фронтом волны называется геометрическое место точек с одинаковой фазой электромагнитной волны. Скорость перемещения фазы волны относительно направления передачи электромагнитной энергии называется фазовой скоростью v. В ТЕМ фазовая скорость не отличается от скорости распространения всей волны (v = у j, так как эта волна поперечная и фронт ее перпендикулярен к направлению распространения энергии. Для волны ТЕМ в свободном пространстве t = с = 3 -10 м/сек. Если поместить в изотропную среду точечный излучатель и мысленно описать вокруг него сферу произвольного радиуса, то ко всем точкам сферы волна будет приходить с одинаковым запаздыванием (фазовая скорость во всех направлениях одинаковая). Иными словами, поверхность сферы будет геометрическим местом точек с равной фазой. Поэтому полученная волна с фронтом в виде сферы называется сферической. Для сферической волны характерно, что напряженность ее электрического (магнитного) поля обратно пропорциональна расстоянию от излучателя, как было показано в § 1. На больших расстояниях от излучателя активная площадь приемной антенны составляет весьма незначительную часть сферического фронта волны. В таких условиях фронт можно считать плоским, а лучи, поскольку они всегда перпендикулярны фронту, параллельными (рис. 13.12,6). Параллельность лучей означает, 332 что энергия электромагнитных волн в процессе распространения не рассеивается. Следовательно, амплитуда напряженности поля плоской волны постоянная и не зависит от расстояния. В природе плоские волны не существуют, но при решении многих вопросов целесообразно и допустимо считать электромагнитные волны плоскими. Так, рассмотренная в § 84 волна ТЕМ плоская. Имеются еще цилиндрические волны с фронтом волны в виде цилиндра (рис. 13.12, в). Источником таких волн является прямо-  Точечный излучатель Фронт болны НапраЬление распространения болны  Линейный излучатель Рис. 13.12. Сферическая (а), плоская (б) и цилиндрическая (в) волны. линейный излучатель большой длины. Лучи цилиндрической волны расходятся радиально, но только в плоскостях, перпендикулярных оси излучателя. Здесь также соблюдается перпендикулярность лучей к фронту. Поляризация волны определяется расположением вектора электрического поля £ относительно направления распространения волны и так называемой плоскости отсчета. Различают линейно-(плоско) и эллиптически-поляризованные волны; существуют также волны с круговой поляризацией, но они являются частным случаем эллиптически поляризованных волн. При линейной (плоской) поляризации вектор электрического (как и магнитного) поля сохраняет неизменное направление в процессе распространения волны. Плоскость, проходящая через вектор Е и ось X, вдоль которой распространяется электромагнитная волна, называется плоскостью поляризации. При линейной поляри- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 [110] 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 |