Свойства радиоволны

Основные понятия

Радиоволны – это электромагнитные волны используемые в радиотехнике. Длина волны это путь пройденный волной за один период или расстояние между ближайшими точками, в которых колебаниях происходят в одинаковой фазе: .

Длины радиоволны находятся в интервале от 0.1 мм до 100 км, что соответствует частотам от 3кГц до 3ТГц (1ТГц = Гц, ТГц - терагерц).

Луч – это линия совпадающая с направлением распространения волны. В однородной среде лучи прямые и совпадают с направлением вектора П. В неоднородной среде лучи искривляются. Вектор П направлен по касательной к искривленному лучу.

Фронт волны – это поверхность перпендикулярная к лучам, на которой все волны совпадают по фазе. В однородной среде все точки фронта волны равноудалены от излучения. Поэтому при точечном излучение, фронт волны – сферическая поверхность, при линейном – поверхность цилиндра, при плоском – плоскость. На больших удалениях от излучателя небольшие участки любого фронта можно считать плоскими.

Рис. 2.6 Плоскость фронта

Поляризация волны – соответствует расположению в пространстве вектора напряженности электрического поля радиоволны – Е. Нормально или вертикально – поляризованная волна излучается вертикально расположенной линейной антенной. Возможны горизонтальная и наклонная поляризации. Если по мере движения волны, вектор Е вращается – поляризация круговая.

Плоскость поляризации проходит через направления векторов П и Е.

Плоскость распространения совпадает с вектором П и перпендикулярна поверхности земли.

Преломление радиоволны

Скорость распространения ЭМВ зависит от диэлектрической и магнитной проницаемости среды:

Для немагнитных сред . Тогда .

Рис. 2.7 Преломление радиоволн

На границе раздела двух сред с различными значениями происходит изменение скорости волны, что приводит к изменению направления, т.е. преломлению наклонного луча (рис. 2.7 а). Причем если .

Пусть в исходный момент времени наклонный фронт волны (рис. 2.7 б) достиг границы раздела в точке А и соответствующий луч начал распространятся в новой среде. За время , необходимо для того, чтобы фронт волны достиг границы раздела в точке В, преломленный луч пройдет путь , а падающий – . Для того, чтобы найти положение фронта преломленной волны, проведем окружность радиуса с центром в точке А. Из точки В проведем касательную к этой окружности, которая и будет соответствовать фронту преломленной волны. Как видно из сравнения прямоугольных треугольников: .

Здесь а - угол преломления. Но - , поэтому .

Отражение радиоволн

Зеркальное отражение возникает при падении луча из диэлектрической среды на поверхность идеального проводника.

Рис. 2.8 Зеркальное отражение радиоволн

В этом случае, как и в оптике, угол падения равен углу отражения:

Граничные условия.

Для дальнейшего необходимо выяснить, условия возникающие в точках зеркального отражения на границе, диэлектрик – идеальный проводник.

Условие 1. Вектор Е перпендикулярен (нормален) к поверхности проводника. Касательная (тангенциальная) составляющая его ровна нулю.

Условие 2. Вектор Н параллелен поверхности проводника. Нормальная составляющая ровна нулю.

Рис. 2.9 К объяснению граничных условий зеркального отражения

Действительно, если – бы не выполнилось условие 1, то под действием составляющем по поверхности идеального проводника протекал – бы ток бесконечно большой величины (т.к. сопротивление отсутствует), но это невозможно. В действительности, этот ток возбудит магнитное поле, которое пересекая проводник наведет в его поверхности ЭДС самоиндукции, которой соответствует встречное тангенциальное поле . Если проводник идеальный, то и

Если – бы не выполнялось условие 2, то нормальная составляющая навела – бы в поверхности проводника ЭДС появился – бы ток и произошел – бы вышеописанный процесс.

Возникновение зеркального отражения можно объяснить так. При сложении векторов Е и получаем вектор совпадает с отраженным лучом.

Рис. 2.10 Пространственные диаграммы при зеркальном отражении

2. Частичное отражение возникает на границе раздела диэлектрической и полупроводящей среды (или двух полупроводящих сред). В этом случае часть энергии падающей волны зеркально отражается, а другая преломляется. Если границей является земная поверхность, то преломленная волна не участвует в процессе распространения, т.к. ее энергия превращается в тепло. Поэтому, чем ближе по свойствам поверхность к идеально проводящей (больше проходимость ) тем меньше потери.

Рис. 2.11 Частичное отражение радиоволн

3. Диффузное (рассеянное) отражение возникает при падении параллельных лучей на неровную поверхность. Малые участки поверхности, от которых отражается луч, не параллельны друг другу. Поэтому и отраженные лучи не параллельны. Их энергия рассеивается во всех направлениях.

Среди диффузно отраженных лучей есть и такие, направление которых противоположно падающим лучам. Именно эти лучи принимаются антенной радиолокатора.

Диффузное отражение возникает, если выполняется условие неровности поверхности:

где: h – средняя высота неровностей поверхности;

– длина волны;

– угол возвышения луча.

Рис. 2.12 Диффузное отражение радиоволн

Чем короче волна, тем более гладкая поверхность отражает диффузно.

Дифракция и интерференция волны

1. Дифракцией называется явление огибания радиоволнами препятствий на пути их распространения. Она возникает когда размеры препятствия близки к длине волны и проявляется тем сильнее, чем длиннее волна.

Рис. 2.13 Дифракция радиоволн

2. Интерференцией называется явление наложения друг на друга двух волн, излученных одной антенной, но прошедших в пространстве различные пути.

Рис. 2.14 Интерференция радиоволн

На рис. 2.14 показан случай, когда антенна преемника находится в поле двух интерферирующих волн. Одна из них однократно, а другая – двукратно отразилась от атмосферы (и раз от земли). Электромагнитные поля этих волн могут иметь произвольный сдвиг по фазе. Поэтому амплитуда ЭДС в антенне может изменяться в широких приделах: от максимальной при сложении синфазных полей, до минимальной при вычитании противофазных. В этом причина т.н. интерференционных замираний.

Дата добавления: 2015-11-26