|
| |
|
Слаботочка Книги при помощи векторной диаграммы, изображенной на рис. 13.22. Вектору Ех соответствует связанное поле в зоне индукции, а вектору Ez - свободное поле в зоне излучения. Оба способа объяснения позволяют сделать одинаковые выводы. 1. Излучение радиоволн принципиально возможно потому, что переменные электромагнитные поля распространяются в пространстве с конечной скоростью. Если бы электромагнитные поля распространялись мгновенно, то никакого отставания по фазе О не было бы, составляющая Е2. была бы равна нулю и излучение электромагнитных волн отсутствовало бы. 2. Ток в антенне должен иметь высокую частоту, так как при малой частоте колебаний в антенне изменения магнитного потока следуют за изменениями тока почти без отставания по фазе (ft 0) и образования электрического поля, как и магнитного, благодаря изменениям электрического поля, практически не наблюдается. 3. Для эффективного излучения электромагнитных волн необходимо, чтобы электрические и магнитные поля не были разделены пространственно, а занимали общий объем. Иными словами, антенна должна представлять собой открытый колебательный контур, размеры которого соизмеримы с длиной волны. Если бы это условие не соблюдалось, то электрическое поле оказалось бы неразрывно связанным с емкостными элементами цепи, а магнитное - с индуктивными элементами той же цепи, и этим бы исключалось образование электромагнитной волны. 89. Влияние проводимости среды на распространение электромагнитных волн Любую однородную среду по условиям распространения в ней электромагнитных волн можно отнести к одной из четырех групп: идеальному диэлектрику, несовершенному диэлектрику, несовершенному проводнику, идеальному проводнику. Как известно, в идеальном диэлектрике удельная проводимость Y = О, вследствие чего в нем отсутствует ток проводимости и имеется лишь ток смещения. Пусть в данной точке идеального диэлектрика мгновенное значение напряженности электрического поля равно MrH=£ sin(co-Px) (321) или в комплексном виде Тогда плотность тока смещения равна 6см = еа = ба./оЯ е (--РХ) = /(Оба Ё. (322) Входящий в формулы коэффициент фазы р связан с угловой частотой О), скоростью распространения волн v и параметрами среды Еа, Ха зависимостью Р=: = о)1/а. (323) Так как волновое сопротивление идеального диэлектрика имеет чисто активный характер и равно ZB = i/pa/ea, то магнитное и электрическое поля в этой среде совпадают по фазе и их напряженности связаны зависимостью Н = E/Zu==EVЛa Hecoвepшeнный диэлектрик обладает некоторой удельной проводимостью, и наряду с основным током смещения в нем имеется ток проводимости, плотность которого равна бпр = уЁ. (324) Чем больше ток смещения по сравнению с током проводимости, тем меньше отличается данная среда от идеального диэлектрика по своим свойствам. Из отношения видно, что одно и то же вещество при низких частотах может являться хорошим проводником (бсм/бпр 1), а при высоких частотах - диэлектриком (бсм/бпр 1). Например, морская вода при / 9-10 гц считается проводником, а при / 9 -10 г - диэлектриком; сырая почва при / 18-10 гц является проводником, а при /> 18-10 - диэлектриком. Из выражений (304), (322) находим плотность полного тока б = бсм + бпр = /С08а Ё+уЁ= jmE f Еа -f 7;) = /со£ f 8а - / -V \ /coy \ у (326) Сопоставляя формулы (326) и (322), можно заметить, что комплексное выражение в скобках, которое относится к произвольной среде, аналогично величине 8а для идеального диэлектрика. Это выражение называют комплексной абсолютной диэлектрической проницаемостью среды: Ва = еа-/-1-. (327) Модуль данной величины равен = 1/ 4 + / Чтобы определить фазовую скорость электромагнитных волн в несовершенном диэлектрике v, нужно в формуле (309) заменить Еа величиной I ба I: У = ,-!-= =. (328) Из формулы видно, что в несовершенном диэлектрике наблюдается дисперсия, т. е. зависимость фазовой скорости электромагнитных волн от их частоты. Дисперсия приводит к искажению формы передаваемых сигналов, так как различные гармонические составляющие сигнала распространяются в дисперсной среде с различной фазовой скоростью и поступают в нагрузку с различной задержкой во времени. Если же ток проводимости значительно меньше тока смещения, т. е. имеет место соотношение у/ьхЕа, то формула (328) принимает вид v \/Y\a а, т. е. дисперсия фактически отсутствует и фазовая скорость такая же, как в идеальном диэлектрике. Второе обстоятельство: с увеличением удельной проводимости Y понижается фазовая скорость v, а с ней и длина волны в данной среде Я = v/f. Однако при соотношении у/со < eg этим можно пренебречь. Более существенно другое: ток проводимости вызывает в диэлектрике необратимые потери энергии и вносит затухание в распространяемые волны. Последнее учитывается, как для длинных линий, множителем е- *, где а - коэффициент затухания: Еглгн = Ещ е- х sin {Ш - Рх)- Очевидно, что чем больше удельная проводимость среды y тем больше и коэффициент затухания а. Этот коэффициент увеличивается с ростом частоты. Проводимость среды влияет также на ее волновое сопротивление. За счет величины еа волновое сопротивление становится комплексным (Zb= )/ ра/еа) в результате чего появляется сдвиг по фазе между электрическим и магнитным полями (Я = £/Zb). В большинстве диэлектриков бпр <С см, для них волновое сопротивление сохраняет активный характер (Zb = j/fAa/ea), а электрическое и магнитное поля - синфазность. в несовериленных проводниках также имеются токи проводимости и смещения, но при соотношении бпрбсм и 7/0)83. По этой причине фазовая скорость и длина волны в металлических проводниках намного меньше, чем в вакууме или воздухе. Так, например, электромагнитные волны с частотой, соответствующей в вакууме Хо = \м, имеют для меди длину X = 2,4-10-2 см. Затухание волн в проводниках очень велико, глубина проникновения в них электромагнитных волн так же мала, как и длина волны (поверхностный эффект). В несовершенных диэлектри- 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 |