Периодические колебания. Периодическим называется повторяющееся движение, у которого каждый цикл в точности воспроизводит любой другой цикл. Продолжительность одного цикла называется периодом.
Если тело способно колебаться без принуждения периодических внешних сил (например, если толкнуть маятник дальше он будет раскачиваться сам по себе) такие колебания называются свободными. Если же нет, (например, дверь которую открывают и закрывают) такие колебания называются вынужденными.
Все тела или совокупности тел, которые сами по себе способны совершать периодическое движение или колебания, называются колебательными системами.
Осциллограмма есть ни что иное как график движения – график зависимости пути от временит (точнее сказать: не пути, а отклонения от положения равновесия).
Колебание, какое совершает при равномерном движении точки по окружности проекция этой точки на какую-нибудь прямую линию называется простым или гармоническим и является частным видом периодического колебания. Т.к. кривая, изображающая гармоническое колебание есть синусоида, его также называют синусоидальным.
Число циклов гармонического колебания, совершаемых за 1 секунду называется частотой и измеряется в герцах (Гц). Говоря, что колебание имеет частоту мы, тем самым утверждаем, что это гармоническое колебание.
Про колебания одинаковой частоты, но смещенные по времени, говорят, что они сдвинуты по фазе. Смещение по времени выражается в долях периода, а разность фаз в угловых единицах (градусах или радианах. Здесь один период равен 360 градусам.).
Если колебания происходя без смещения (в одинаковой фазе) их называют синфазными. При запаздывании одного колебания на пол периода говорят, что колебания происходят в противофазе.
Незатухающие свободные колебания, которые происходили бы в колебательной системе в отсутствии трения называются собственными колебаниями системы.
Совпадение периода свободных колебаний системы с периодом внешней силы, действующей на эту систему называется резонансом. Амплитуда вынужденного колебания достигает наибольшего значения при резонансе.
У негармонического периодического колебания нет определенной частоты, т.к., согласно теореме Фурье, такое периодическое колебание представляет собой набор гармонических колебаний, и, следовательно, характеризуется не одной частотой, а набором частот, кратных наиболее низкой (основной) частоте, т.е. основной частоты v=1/T и ее обертонов 2v, 3v и т.д. Данные гармонические колебания складываются по правилам сложения движений и в итоге получается суммарное негармоническое колебание. Т.о. различие формы периодического колебания зависит от количества входящих в него гармоник, их амплитуд и фаз. На рисунке показано, как гармонические колебания, обозначенные пунктирными линиями, складываются в негармоническое (сплошная линия).
В ряде случаев (например, звуковых колебаний) фазы гармоник не играют роли в физическом явлении и важны только их амплитуды и фазы. Набор этих частот и амплитуд называется (гармоническим) спектром колебания.
Электрическим колебанием называется периодическое изменение какой-либо электрической величины (например, заряда или тока). Примером такого процесса является переменный ток в электросети.
Распространение волн. В случаях, когда колебание, вызванное в одном месте, влечет за собой возникновение колебаний в других местах, все более и более удаленных, возникает т.н. волна. Никакого переноса вещества тела вместе с волной не происходит!
Электромагнитные волны представляют собой передачу из одних мест пространства в другие колебаний электрического и магнитного полей, создаваемых электрическими зарядами и токами. Связь между соседними участками электромагнитного поля обусловлена тем, что всякое изменение электрического поля влечет за собой изменение магнитного и наоборот. Твердая, жидкая или газообразная среда может сильно влиять на распространение электромагнитных волн, но она не является необходимой: электромагнитные волны могут существовать всюду, где может существовать электромагнитное поле, а значит и в вакууме, т.е. пространстве, где нет атомов.
Несмотря на различную природу электромагнитных и механических волн, существуют закономерности, присущие всем волновым явлениям. В частности, всякая волна распространяется из одной точки в другую не мгновенно, а с определённой скоростью.
Скорость распространения световых и вообще электромагнитных волн в вакууме (а практически и в воздухе) приблизительно равна 300 000 км/с.
Для иллюстрации распространения поперечных волн можно привести следующий пример: если подвесить шнур за один конец, а другой конец быстро отвести в сторону и вернуть обратно, по шнуру «побежит» волна. Это значит, что каждая точка шнура совершает такое же колебание, которое мы заставили совершать нижний конец шнура, но колебание этой точки тем более запаздывает (отстает по фазе), чем эта точка дальше от конца шнура.
Каждый из пронумерованных кружков совершает колебание около своего положения равновесия с одинаковой амплитудой и частотой. За один период колебания волна передвигается на расстояние, равное расстоянию между кружками, колеблющимися с разностью фаз в 360⁰. Расстояние, на которое распространяется колебание за один период называется длиной волны. Следовательно, длина волны (λ) — это расстояние между ближайшими точками синусоидальной (гармонической) волны, колеблющимися в одинаковой фазе.
Если мы хотим узнать скорость распространения волны, т.е. расстояние, проходимое ей за единицу времени, нужно разделить длину волны λ, проходимую за период (T) на период T:
v=λ/T
В примере каждая точка шнура колеблется перпендикулярно направлению распространения волны, поэтому волна такого вида называется поперечной.
В качестве примера продольных волн можно привести стола воздуха в трубе, по которой двигается поршень. При движении поршня частицы воздуха колеблются в том же направлении что и поршень, т.е. вдоль направления распространения волны.
Поперечные волны — это волны сдвига, продольные – волны сжатия.
Распространение механической волны представляет собой последовательную передачу движения от одного участка среды к другому и означает при этом передачу энергии. Т.о. распространение волны создает в среде поток энергии, распространяющийся от источника. При встрече с другими телами переносимая энергия может выполнить работу или превратиться в другие виды энергии.
Если волна сферическая (расходится во все стороны от точечного источника) энергия волны будет убывать обратно пропорционально квадрату расстояния от источника (т.е. при увеличении расстояния от источника вдвое, энергия, приходящаяся на единицу поверхности сферы, уменьшится вчетверо).
Если ограничить распространение волны в стороны, то и убывание интенсивности уменьшится (например, звуковая волна, распространяющаяся в трубе).
Для того, чтобы волна переносила энергию на большее расстояние используется т.н. направленное излучение, примером которого является рупор. В отличие от предыдущего примера он не ограничивает распространение волны в стороны, но концентрирует энергию волны в некотором угле.
Следует также иметь ввиду, что энергия, переносимая волной, убывает быстрее, чем обратно пропорционально квадрату расстояния за счет поглощения энергии средой, в которой волна распространяется.
Электромагнитные волны также переносят энергию, но не в виде кинетической и потенциальной энергии частиц среды, но в виде энергии электрического и магнитного полей.
Дифракция. Если разместить на пути распространения волны препятствие, размеры которого велики по сравнению с длиной волны, за препятствием образуется тень – область в которой волны не распространяются. Также волны будут отражаться от препятствия, при этом угол отражения волны будет равен углу падения. Отраженная волна всегда в той или иной степени ослаблена по сравнению с падающей, т.к. часть энергии поглощается телом, от которого происходит отражение.
Огибание волной края препятствия называется дифракцией. Чем меньше размеры препятствия по сравнению с длиной волны, тем меньше образуемая им тень.
Чем больше длина прямолинейного излучателя по сравнению с длиной волны, тем, во-первых, дальше от излучателя будет сохранятся прямолинейный фронт, а во-вторых, там, где волна уже сделается кольцевой, тем резче поток энергии будет концентрироваться в этой кольцевой волне около направления, перпендикулярного к излучателю.
Интерференция волн. Наложение двух или более волн есть сложение их колебаний в каждой точке среды, через которую проходят все эти волны. Наложение волн не влияет на их распространение в этой точке или вне ее.
В случае, если происходит наложение волн одинаковой частоты, имеющих, следовательно, одинаковую длину волны, возникает интерференция волн, т.е. образование чередующихся областей в которых колебания усилены и в которых они ослаблены.
Устойчивая интерференционная картина (устойчивое чередование максимумов и минимумов происходит только в том случае, когда налагающиеся волны имеют одинаковый период и неизменный сдвиг фаз колебаний в каждой точке (когерентные волны).
Для хорошего излучения размеры тела должны быть не малы по сравнению с длиной волны в окружающей среде.
Электромагнитные волны. Электромагнитные волны возникают при неравномерном движении электрических зарядов. Необходимым условием для образования интенсивных электромагнитных волн является достаточно высокая частота электрического колебания (десятки и более мегагерц).
Электрическая цепь, чтобы она могла хорошо излучать должна быть незамкнутой, то есть не иметь участков с противофазными колебаниями, либо расстояние между ними должно быть мало по сравнению с λ.
Простейший излучатель электромагнитных волн является незамкнутой системой и называется электрическим вибратором. Приемник настраивается в резонанс на частоту излучателя и за счет резонансных явление регистрируется принимаемый сигнал.
Для длины электромагнитной волны можно использовать следующее определение: расстояние в линии (среде) передачи, на котором фаза электромагнитной волны вдоль направления распространения меняется на 2π (ГОСТ 18238-72. Линии передачи сверхвысоких частот. Термины и определения)
Электропроводящие материалы хорошо отражают электромагнитные волны. Изолирующие же материалы (например, дерево) прозрачны для таких волн и отражают их очень слабо.
Отражением от металла можно воспользоваться, чтобы создать направленное излучение:
Электромагнитная волна, проходя из одного прозрачного материала в другой испытывает преломление, т.е. изменяется направление ее распространения.
Напряженность E и индукция B электрического и магнитного полей перпендикулярны друг к другу и к направлению распространения волны. При этом направление Е совпадает с направлением вибратора, а вектор B лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости вибратора.
Ориентация линий электрического поля (E) определяет поляризацию радиоволны. Если линии электрического поля расположены вертикально относительно земной поверхности, то говорят, что такая волна вертикально поляризована. Если они расположены горизонтально, то такая волна называется горизонтально поляризованной.
В сотовой связи, в 3G, 2G, LTE используются радиоволны только с вертикальной поляризацией.
В широковещательном телевидении используется, в основном, горизонтальная поляризация, и кое-где, например, в Липецкой области, применяется вертикальная поляризация.
Вертикально расположенные штыревые антенны излучают волны в вертикальной поляризации. К ним относятся антенны WI-Fi точек доступа, автомобильные антенны и т.д.
В любом случае, для успешного установления связи поляризации передающей и принимающей антенн должны совпадать.
Радиосвязь. Релейная схема – ничтожная энергия приходящих волн служит не для приема, а для управления источником энергии, который питает регистрирующий аппарат. Принцип обратной связи: сигнал на выходе автоматически действует на вход.
Если передатчик излучает незатухающую синусоидальную волну, в приемной антенне получится гармоническое колебание. Осуществить передачу сигналов таким путем нельзя. Для того, чтобы передать сигналы следует менять характер излучения передатчика, например, амплитуду его колебаний. Этот процесс называется модуляцией. Например, при телеграфной модуляции происходит прерывание излучения, а в телефонной – амплитуда плавно меняется с передаваемыми звуковыми частотами.
Основные задачи приемника в радиосвязи: 1. выделить из всех колебаний передачу интересующего источника (решается с помощью резонанса, см. выше) 2. в достаточной степени усилить выделенные колебания 3. получить из высокочастотных модулированных колебаний исходные колебания ( со звуковыми частотами, телевизионные и т.п.).
Распространение радиоволн. На распространение радиоволн над земной поверхностью влияют как ее физические свойства (например, разница между морем и сушей) так и геометрическая форма (рельеф) и связано с дифракцией. Так, например, длинные волны (до нескольких километров) могут легко обогнуть горную цепь, в отличие от коротких волн.
В почве и воде под воздействием электромагнитных волн образуются токи высокой частоты наиболее сильные вблизи антенны передатчика. Часть энергии радиоволны расходуется на поддержание этих токов. Эти потери энергии, а, значит, и ослабление волны, зависят от проводимости почвы и длины волны. Короткие волны затухают значительно сильнее, чем длинные. При хорошей проводимости (морская вода) высокочастотные токи проникают на меньшею глубину, чем при плохой (почва) и потери энергии в первом случае меньше. В результате дальность действия одного и того же передатчика при распространении волн над морем в несколько раз выше, чем при распространении их над сушей.
Что касается земного шара в целом, то метровые волны вообще не заворачивают сколько-нибудь заметно за горизонт, т.е. за пределы прямой видимости. Чем длиннее волны, тем лучше они огибают поверхность земного шара, но и самые длинные из применяемых волн не могли бы обогнуть земной шар. Тем не менее дальняя радиосвязь возможна, но не за счет дифракции. Радиоволны могут огибать земной шар за счет заряженных частиц, испускаемых солнцем, которые ионизируют верхние слои атмосферы. Ионосфера, сохраняя способность пропускать видимый свет, инфракрасное излучение и метровые радиоволны, отражает более длинные волны (λ более 10-15м). Следовательно, такие волны распространяются, отражаясь от ионосферы и от поверхности земли, огибая таким образом земной шар.
Тем не менее, ионосфера неоднородна, ее свойства меняются в зависимости от времени суток и времени года (высоты подъема Солнца над горизонтом), соответственно меняются и свойства прохождения радиоволн разной длины.
Часто случается так, что волна доходит от передатчика к приемнику различными путями, испытав различное число отражений. Очевидно, волны одного и того же передатчика когерентны и могут интерферировать, усиливая или ослабляя друг друга в месте приема.
Источники:
Учебник элементарной физики под редакцией Г.С. Ландсберга
http://nntf.ru/polyarizaciya-radiovoln/
ГОСТ 18238-72. Линии передачи сверхвысоких частот. Термины и определения
Если тело способно колебаться без принуждения периодических внешних сил (например, если толкнуть маятник дальше он будет раскачиваться сам по себе) такие колебания называются свободными. Если же нет, (например, дверь которую открывают и закрывают) такие колебания называются вынужденными.
Все тела или совокупности тел, которые сами по себе способны совершать периодическое движение или колебания, называются колебательными системами.
Осциллограмма есть ни что иное как график движения – график зависимости пути от временит (точнее сказать: не пути, а отклонения от положения равновесия).
Колебание, какое совершает при равномерном движении точки по окружности проекция этой точки на какую-нибудь прямую линию называется простым или гармоническим и является частным видом периодического колебания. Т.к. кривая, изображающая гармоническое колебание есть синусоида, его также называют синусоидальным.
Число циклов гармонического колебания, совершаемых за 1 секунду называется частотой и измеряется в герцах (Гц). Говоря, что колебание имеет частоту мы, тем самым утверждаем, что это гармоническое колебание.
Про колебания одинаковой частоты, но смещенные по времени, говорят, что они сдвинуты по фазе. Смещение по времени выражается в долях периода, а разность фаз в угловых единицах (градусах или радианах. Здесь один период равен 360 градусам.).
Если колебания происходя без смещения (в одинаковой фазе) их называют синфазными. При запаздывании одного колебания на пол периода говорят, что колебания происходят в противофазе.
Незатухающие свободные колебания, которые происходили бы в колебательной системе в отсутствии трения называются собственными колебаниями системы.
Совпадение периода свободных колебаний системы с периодом внешней силы, действующей на эту систему называется резонансом. Амплитуда вынужденного колебания достигает наибольшего значения при резонансе.
У негармонического периодического колебания нет определенной частоты, т.к., согласно теореме Фурье, такое периодическое колебание представляет собой набор гармонических колебаний, и, следовательно, характеризуется не одной частотой, а набором частот, кратных наиболее низкой (основной) частоте, т.е. основной частоты v=1/T и ее обертонов 2v, 3v и т.д. Данные гармонические колебания складываются по правилам сложения движений и в итоге получается суммарное негармоническое колебание. Т.о. различие формы периодического колебания зависит от количества входящих в него гармоник, их амплитуд и фаз. На рисунке показано, как гармонические колебания, обозначенные пунктирными линиями, складываются в негармоническое (сплошная линия).
В ряде случаев (например, звуковых колебаний) фазы гармоник не играют роли в физическом явлении и важны только их амплитуды и фазы. Набор этих частот и амплитуд называется (гармоническим) спектром колебания.
Электрическим колебанием называется периодическое изменение какой-либо электрической величины (например, заряда или тока). Примером такого процесса является переменный ток в электросети.
Распространение волн. В случаях, когда колебание, вызванное в одном месте, влечет за собой возникновение колебаний в других местах, все более и более удаленных, возникает т.н. волна. Никакого переноса вещества тела вместе с волной не происходит!
Электромагнитные волны представляют собой передачу из одних мест пространства в другие колебаний электрического и магнитного полей, создаваемых электрическими зарядами и токами. Связь между соседними участками электромагнитного поля обусловлена тем, что всякое изменение электрического поля влечет за собой изменение магнитного и наоборот. Твердая, жидкая или газообразная среда может сильно влиять на распространение электромагнитных волн, но она не является необходимой: электромагнитные волны могут существовать всюду, где может существовать электромагнитное поле, а значит и в вакууме, т.е. пространстве, где нет атомов.
Несмотря на различную природу электромагнитных и механических волн, существуют закономерности, присущие всем волновым явлениям. В частности, всякая волна распространяется из одной точки в другую не мгновенно, а с определённой скоростью.
Скорость распространения световых и вообще электромагнитных волн в вакууме (а практически и в воздухе) приблизительно равна 300 000 км/с.
Для иллюстрации распространения поперечных волн можно привести следующий пример: если подвесить шнур за один конец, а другой конец быстро отвести в сторону и вернуть обратно, по шнуру «побежит» волна. Это значит, что каждая точка шнура совершает такое же колебание, которое мы заставили совершать нижний конец шнура, но колебание этой точки тем более запаздывает (отстает по фазе), чем эта точка дальше от конца шнура.
Каждый из пронумерованных кружков совершает колебание около своего положения равновесия с одинаковой амплитудой и частотой. За один период колебания волна передвигается на расстояние, равное расстоянию между кружками, колеблющимися с разностью фаз в 360⁰. Расстояние, на которое распространяется колебание за один период называется длиной волны. Следовательно, длина волны (λ) — это расстояние между ближайшими точками синусоидальной (гармонической) волны, колеблющимися в одинаковой фазе.
Если мы хотим узнать скорость распространения волны, т.е. расстояние, проходимое ей за единицу времени, нужно разделить длину волны λ, проходимую за период (T) на период T:
v=λ/T
В примере каждая точка шнура колеблется перпендикулярно направлению распространения волны, поэтому волна такого вида называется поперечной.
В качестве примера продольных волн можно привести стола воздуха в трубе, по которой двигается поршень. При движении поршня частицы воздуха колеблются в том же направлении что и поршень, т.е. вдоль направления распространения волны.
Поперечные волны — это волны сдвига, продольные – волны сжатия.
Распространение механической волны представляет собой последовательную передачу движения от одного участка среды к другому и означает при этом передачу энергии. Т.о. распространение волны создает в среде поток энергии, распространяющийся от источника. При встрече с другими телами переносимая энергия может выполнить работу или превратиться в другие виды энергии.
Если волна сферическая (расходится во все стороны от точечного источника) энергия волны будет убывать обратно пропорционально квадрату расстояния от источника (т.е. при увеличении расстояния от источника вдвое, энергия, приходящаяся на единицу поверхности сферы, уменьшится вчетверо).
Если ограничить распространение волны в стороны, то и убывание интенсивности уменьшится (например, звуковая волна, распространяющаяся в трубе).
Для того, чтобы волна переносила энергию на большее расстояние используется т.н. направленное излучение, примером которого является рупор. В отличие от предыдущего примера он не ограничивает распространение волны в стороны, но концентрирует энергию волны в некотором угле.
Следует также иметь ввиду, что энергия, переносимая волной, убывает быстрее, чем обратно пропорционально квадрату расстояния за счет поглощения энергии средой, в которой волна распространяется.
Электромагнитные волны также переносят энергию, но не в виде кинетической и потенциальной энергии частиц среды, но в виде энергии электрического и магнитного полей.
Дифракция. Если разместить на пути распространения волны препятствие, размеры которого велики по сравнению с длиной волны, за препятствием образуется тень – область в которой волны не распространяются. Также волны будут отражаться от препятствия, при этом угол отражения волны будет равен углу падения. Отраженная волна всегда в той или иной степени ослаблена по сравнению с падающей, т.к. часть энергии поглощается телом, от которого происходит отражение.
Огибание волной края препятствия называется дифракцией. Чем меньше размеры препятствия по сравнению с длиной волны, тем меньше образуемая им тень.
Чем больше длина прямолинейного излучателя по сравнению с длиной волны, тем, во-первых, дальше от излучателя будет сохранятся прямолинейный фронт, а во-вторых, там, где волна уже сделается кольцевой, тем резче поток энергии будет концентрироваться в этой кольцевой волне около направления, перпендикулярного к излучателю.
Интерференция волн. Наложение двух или более волн есть сложение их колебаний в каждой точке среды, через которую проходят все эти волны. Наложение волн не влияет на их распространение в этой точке или вне ее.
В случае, если происходит наложение волн одинаковой частоты, имеющих, следовательно, одинаковую длину волны, возникает интерференция волн, т.е. образование чередующихся областей в которых колебания усилены и в которых они ослаблены.
Устойчивая интерференционная картина (устойчивое чередование максимумов и минимумов происходит только в том случае, когда налагающиеся волны имеют одинаковый период и неизменный сдвиг фаз колебаний в каждой точке (когерентные волны).
Для хорошего излучения размеры тела должны быть не малы по сравнению с длиной волны в окружающей среде.
Электромагнитные волны. Электромагнитные волны возникают при неравномерном движении электрических зарядов. Необходимым условием для образования интенсивных электромагнитных волн является достаточно высокая частота электрического колебания (десятки и более мегагерц).
Электрическая цепь, чтобы она могла хорошо излучать должна быть незамкнутой, то есть не иметь участков с противофазными колебаниями, либо расстояние между ними должно быть мало по сравнению с λ.
Простейший излучатель электромагнитных волн является незамкнутой системой и называется электрическим вибратором. Приемник настраивается в резонанс на частоту излучателя и за счет резонансных явление регистрируется принимаемый сигнал.
Для длины электромагнитной волны можно использовать следующее определение: расстояние в линии (среде) передачи, на котором фаза электромагнитной волны вдоль направления распространения меняется на 2π (ГОСТ 18238-72. Линии передачи сверхвысоких частот. Термины и определения)
Электропроводящие материалы хорошо отражают электромагнитные волны. Изолирующие же материалы (например, дерево) прозрачны для таких волн и отражают их очень слабо.
Отражением от металла можно воспользоваться, чтобы создать направленное излучение:
Электромагнитная волна, проходя из одного прозрачного материала в другой испытывает преломление, т.е. изменяется направление ее распространения.
Напряженность E и индукция B электрического и магнитного полей перпендикулярны друг к другу и к направлению распространения волны. При этом направление Е совпадает с направлением вибратора, а вектор B лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости вибратора.
Ориентация линий электрического поля (E) определяет поляризацию радиоволны. Если линии электрического поля расположены вертикально относительно земной поверхности, то говорят, что такая волна вертикально поляризована. Если они расположены горизонтально, то такая волна называется горизонтально поляризованной.
В сотовой связи, в 3G, 2G, LTE используются радиоволны только с вертикальной поляризацией.
В широковещательном телевидении используется, в основном, горизонтальная поляризация, и кое-где, например, в Липецкой области, применяется вертикальная поляризация.
Вертикально расположенные штыревые антенны излучают волны в вертикальной поляризации. К ним относятся антенны WI-Fi точек доступа, автомобильные антенны и т.д.
В любом случае, для успешного установления связи поляризации передающей и принимающей антенн должны совпадать.
Радиосвязь. Релейная схема – ничтожная энергия приходящих волн служит не для приема, а для управления источником энергии, который питает регистрирующий аппарат. Принцип обратной связи: сигнал на выходе автоматически действует на вход.
Если передатчик излучает незатухающую синусоидальную волну, в приемной антенне получится гармоническое колебание. Осуществить передачу сигналов таким путем нельзя. Для того, чтобы передать сигналы следует менять характер излучения передатчика, например, амплитуду его колебаний. Этот процесс называется модуляцией. Например, при телеграфной модуляции происходит прерывание излучения, а в телефонной – амплитуда плавно меняется с передаваемыми звуковыми частотами.
Основные задачи приемника в радиосвязи: 1. выделить из всех колебаний передачу интересующего источника (решается с помощью резонанса, см. выше) 2. в достаточной степени усилить выделенные колебания 3. получить из высокочастотных модулированных колебаний исходные колебания ( со звуковыми частотами, телевизионные и т.п.).
Распространение радиоволн. На распространение радиоволн над земной поверхностью влияют как ее физические свойства (например, разница между морем и сушей) так и геометрическая форма (рельеф) и связано с дифракцией. Так, например, длинные волны (до нескольких километров) могут легко обогнуть горную цепь, в отличие от коротких волн.
В почве и воде под воздействием электромагнитных волн образуются токи высокой частоты наиболее сильные вблизи антенны передатчика. Часть энергии радиоволны расходуется на поддержание этих токов. Эти потери энергии, а, значит, и ослабление волны, зависят от проводимости почвы и длины волны. Короткие волны затухают значительно сильнее, чем длинные. При хорошей проводимости (морская вода) высокочастотные токи проникают на меньшею глубину, чем при плохой (почва) и потери энергии в первом случае меньше. В результате дальность действия одного и того же передатчика при распространении волн над морем в несколько раз выше, чем при распространении их над сушей.
Что касается земного шара в целом, то метровые волны вообще не заворачивают сколько-нибудь заметно за горизонт, т.е. за пределы прямой видимости. Чем длиннее волны, тем лучше они огибают поверхность земного шара, но и самые длинные из применяемых волн не могли бы обогнуть земной шар. Тем не менее дальняя радиосвязь возможна, но не за счет дифракции. Радиоволны могут огибать земной шар за счет заряженных частиц, испускаемых солнцем, которые ионизируют верхние слои атмосферы. Ионосфера, сохраняя способность пропускать видимый свет, инфракрасное излучение и метровые радиоволны, отражает более длинные волны (λ более 10-15м). Следовательно, такие волны распространяются, отражаясь от ионосферы и от поверхности земли, огибая таким образом земной шар.
Тем не менее, ионосфера неоднородна, ее свойства меняются в зависимости от времени суток и времени года (высоты подъема Солнца над горизонтом), соответственно меняются и свойства прохождения радиоволн разной длины.
Часто случается так, что волна доходит от передатчика к приемнику различными путями, испытав различное число отражений. Очевидно, волны одного и того же передатчика когерентны и могут интерферировать, усиливая или ослабляя друг друга в месте приема.
Источники:
Учебник элементарной физики под редакцией Г.С. Ландсберга
http://nntf.ru/polyarizaciya-radiovoln/
ГОСТ 18238-72. Линии передачи сверхвысоких частот. Термины и определения
Комментариев нет:
Отправить комментарий