Н.М.Изюмов, Д.П.Линде
"ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ"
М.,Л.; "ЭНЕРГИЯ", 1965г.

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ПРИНЦИПЫ РАДИОСВЯЗИ

1-1. 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛНАХ

В конце XIX столетия были открыты и исследованы свойства невидимых электромагнитных волн, способных распространяться на огромные расстояния. Эти волны были названы радиоволнами, так как слово "радио" происходит от слова радиация, что означает излучение.

Обобщая обширный опытный материал, собранный естествоиспытателями, английский физик Д.Максвелл создал в 60-х годах прошлого столетия теорию электромагнитного поля, установившую общую природу световых волн и радиоволн, а также законы их распространения.

В дальнейшем были изучены другие виды излучения: ультрафиолетовое, инфракрасное, рентгеновское и т.п. Исследования показали, что, несмотря на различия между всеми этими видами излучения, природа их одна и та же: все они представляют собой электромагнитные волны, а особенности их физических проявлений определяются различием в длине волны.

В 1886-1888 гг. немецкий физик Г.Герц экспериментально подтвердил основные выводы теории Максвелла, показав, что законы распространения, отражения и преломления радиоволн аналогичны законам распространения света.

При создании электромагнитной теории света Максвелл сразу же столкнулся с большой трудностью. Все известные до этого волнообразные движения материи объяснялись механическими движениями и упругими взаимодействиями частиц тех сред, в которых они происходят. Например, распространение волн на поверхности воды объясняется действием сил внутреннего трения и поверхностного натяжения воды, распространение звука - упругими деформациями в среде или колебаниями молекул газа. В вакууме распространение этих колебаний невозможно.

Как же объяснить то, что световые волны беспрепятственно распространяются в мировом пространстве, которое можно считать почти идеальным вакуумом? Максвелл предположил, что все мировое пространство заполнено каким-то неощутимым видом материи, названной им эфиром, а распространение электромагнитных волн, в том числе и света, объясняется колебаниями частиц эфира.

Это движение, или смещение, частиц эфира было названо током смещения. И действительно, если в какой-нибудь вакуумный сосуд поместить две пластины и соединить их с источником переменной э.д.с., то на помещенную поблизости магнитную стрелку будет действовать переменное магнитное поле так, как это происходило бы, если бы в пространстве между электродами протекал по проводу реальный электронный поток, который принято называть конвекционным током.

Несмотря на то, что с количественной стороны опыт дает полное совпадение с теорией, объяснение качественной стороны явлений такой механической моделью оказалось необоснованным.

Все дальнейшие попытки физиков посредством самых тонких и остроумных экспериментов обнаружить эфир и выявить его свойства не только ничего не дали, но и показали, что если предположить существование эфира, то нельзя объяснить многие физические явления. Поэтому в настоящее время считают это понятие лишенным какого-либо реального физического смысла, хотя оно еще часто используется в обиходе.

Вместе с тем экспериментальная физика накапливала все новые и новые данные о свойствах электромагнитных волн. Замечательные опыты П.Н.Лебедева, проведенные в 1901г., позволили обнаружить и измерить давление света. Было доказано, что частица, излучающая электромагнитные волны, теряет часть своей массы. Наконец, изучение элементарных ядерных частиц и их реакций показало, что при некоторых условиях могут происходить превращения частиц в электромагнитное излучение и, наоборот, возможно наблюдать переход электромагнитного излучения в электрически заряженные частицы. Было открыто, что, с одной стороны, электроны ведут себя как элементарные частицы материи, а с другой стороны, они обладают и некоторыми свойствами волн, например способностью к дифракции, т.е. огибанию препятствий. В свою очередь электромагнитное излучение обладает корпускулярными, прерывными свойствами, т.е. свойствами потока мельчайших частиц.

Все эти факты привели к выводу, что электромагнитные волны представляют собой особую форму движущейся материи.

Теория электромагнитного поля Максвелла, за исключением гипотезы об эфире, правильно отражает объективную физическую реальность, являясь обобщением основных законов электричества, установленных опытным путем. В ней содержится очень важный вывод, что переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле. Если же учесть, что закон электромагнитной индукции устанавливает обратную зависимость, то следует заключить, что переменные электрические и магнитные поля всегда существуют совместно и связаны друг с другом определенной количественной зависимостью. Переменное электрическое поле создает переменное магнитное поле, а переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле.

Излучение электромагнитных волн может происходить вследствие изменения уровня энергии электронов при переходе их с одной электронной оболочки атома на другую, при различного рода ядерных реакциях, при взаимодействии элементарных частиц. Однако излучение электромагнитных волн, возникающее при этом, чаще всего оказывается "жестким", т.е. колебания происходят с чрезвычайно высокой частотой. Возникающие при этом волны быстро затухают и поэтому не могут быть использованы для целей связи. Но в последние годы использование излучения электронов при изменении их уровней энергии в твердом теле привело к созданию квантовых генераторов огромной мощности, которые находят все большее и большее применение.

Излучение электромагнитных волн может быть вызвано также свободными электронами, двигающимися с ускорением. Работа, затрачиваемая на их ускорение, частично преобразуется в энергию электромагнитного излучения.

Очевидно, что создать ускоренное движение электронов в одном направлении длительно практически невозможно, поэтому приходится ускорение в одном направлении сменять замедлением, т.е. ускорением обратного знака. Подобный цикл может быть повторен неоднократно. Это можно осуществить путем присоединения каких-либо проводников к зажимам источника переменной э.д.с., под действием которой свободные электроны проводника начинают совершать колебательное движение, создавая электромагнитное излучение в окружающем пространстве. Такой проводник, преобразующий энергию источника переменной э.д.с. в энергию электромагнитных волн, называется антенной.

Теория Максвелла позволила установить, что скорость распространения электромагнитных волн в какой-либо среде

(1-1)

где:

c - скорость распространения света в вакууме;
- диэлектрическая проницаемость среды;
- магнитная проницаемость среды.

Для воздуха и скорость распространения электромагнитных волн близка к скорости света в вакууме:

 

Колебания электронов в антенне создаются источником периодически изменяющейся э.д.с. с периодом Т. Если в некоторый момент времени мгновенное значение электромагнитного поля у антенны имело максимальную величину, то такую же величину оно будет иметь спустя время T. За это время существовавшее в начальный момент у антенны электромагнитное поле переместится на расстояние

(1-2)

Минимальное расстояние между двумя точками пространства, поле в которых имеет одинаковое значение называется длиной волны. Как следует из выражения (1-2), длина волны зависит от скорости распространения и периода колебаний электронов в антенне. Так как частота тока f = 1/T, то длина волны

(1-3)

На основании теории Максвелла и из опыта можно установить, что электромагнитные волны представляют собой волны поперечного типа: в любой момент времени и в любой точке направления действия магнитного и электрического поля волны перпендикулярны направлению ее распространения; при этом направление электрического поля всегда перпендикулярно направлению магнитного поля (рис. 1-1).

Рис. 1-1. Структура полей электромагнитной волны.
В этой главе:
1-1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛНАХ
1-2. ОБЩАЯ СХЕМА РАДИОСВЯЗИ
1-3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАДИОТЕХНИКЕ
1-4. КРАТКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ РАДИОТЕХНИКИ
1-5. СРЕДСТВА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В СОВРЕМЕННОЙ РАДИОТЕХНИКЕ
ДИНАМО-МАШИНА - походное зарядное устройство!

До пяти минут связи хватает подзарядки мобильного телефона если вращать ручку динамо-машины в течение...

Удобная почтовая доставка не только по России...

 
Более 3000 типов оригинальных аккумуляторов...

...для смартфонов и мобильных телефонов LG, Samsung, Motorola, Nokia, Sony Ericsson и др.

Доставка почтой, курьером...

webmaster@radio-1895.ru