Предположим, что источник электромагнитных волн точечный. Если скорость распространения волн во всех направлениях одинакова, то в один и тот же момент на одинаковых от него расстояниях состояние электромагнитного поля одно и то же или можно сказать – фаза поля в равноудаленных точках пространства одинакова. Точки поля с одинаковой фазой образуют сферическую поверхность. Эта поверхность называется фронтом волны, а так как она сферическая, то волну называют сферической. Амплитуда поля сферической волны убывает, так как с увеличением расстояния от источника уменьшается плотность потока мощности. Амплитуда уменьшается тем сильнее, чем больше проводимость среды и выше частота радиоволны.На большом удалении от источника фронт волны можно считать плоским. В этом случае волна называется плоской.
Важной характеристикой электромагнитных волн является их поляризация. Поляризация волны определяется законом изменения направления и величины вектора Е в данной точке пространства за период колебания. Поляризацию определяют по двум признакам: по изменению положения конца вектора Е в течение периода колебаний и по положению вектора Е относительно выбранной системы пространственных координат(часто эту систему связывают с Землей). По первому признаку различают линейную, эллиптическую и круговую поляризацию. Это значит, что конец вектора Е в течение периода колебаний остается на одной и той же прямой или описывает эллипс или окружность. По положению вектора Е относительно поверхности Земли различают вертикальную и горизонтальную поляризации. Вертикально поляризованная волна – если вектор Е лежит в плоскости перпендикулярной поверхности Земли. Горизонтально поляризованная волна – если вектор Е лежит в плоскости параллельной Земле.
Оптические свойства электромагнитных волн на границе двух сред.
Так как радиоволны подобно свету являются электромагнитными колебаниями, для них справедливы общие законы оптики, в соответствии с которыми в однородной среде волны распространяются прямолинейно. На границе раздела двух сред имеет место отражение и преломление радиоволн. При отражении волна возвращается в ту среду, из которой приходит, а при преломлении – переходит в другую среду, причем направление ее распространения изменяется.
Кроме отражения и преломления радиоволны способны к интерференции, дифракции и рефракции. Интерференцией называют сложение электромагнитных волн в пространстве. Дифракция – это способность волн огибать различные препятствия, находящиеся на пути их прямолинейного распространения. Рефракция – явление искривления лучей радиоволн. Она сходна с явлением преломления волн, но проявляется в средах с постепенным изменением параметров, а не скачкообразным.
Контрольные вопросы:
1. Что такое напряженность электрического и магнитного полей? Как графически изображаются эти поля?
2. Что происходит с током проводимости в цепи содержащей конденсатор?
3. Чем отличаются сферические волны от плоских?
4. Поясните смысл вектора Пойнтинга?
5. Чтотакое поляризация?
6. Дать определение оптическим свойствам радиоволн.
Задание на СРС: Реферат «Оптические свойства радиоволн».
Составить несколко вариантов относительного расположения векторов Е и Н для определения направления вектора П. [1, стр. 205-218]
Задание на СРСП:
1. Виды волн, для которых особенно сильно влияние интерференции и рефракции. Сравнительная таблица.
Глоссарий
| №№ | Русский | Казахский | Английский |
| Электомагнитная волна | Электомагниттік толқын | a wave | |
| Изменение электрического и магнитного полей во времени и пространстве | |||
| Электомагнитное поле | Электомагниттік өріс | a field | |
| Особый вид материи, служит для передачи сообщений | |||
| Ток смещения | Ығыстыру ток | Current of displacement | |
| Поляризация | Поляризациялау | Polarization | |
| Фронт волны | Толқынның алды | Front of a wave | |
| Оптические свойства | Optical properties |
Лекция № 11
Длинные линии
Краткое содержание: В системах передачи сообщений энергия электрического сигнала передается с помощью направляющих систем. Они представляют собой двухпроводные физические цепи (линии) различного конструктивного выполнения. Например, двухпроводные воздушные и кабельные, волноводные- и световодные линии и т. д. В радиоснстемах таковыми являются фидеры, предназначенные для передачи электромагнитной энергии от передатчика к антенне или от антенны к приемнику. Во всех случаях линии передачи образуются проводящими или изолирующими поверхностями. Эти поверхности служат не для непосредственной передачи энергии сигнала, а для создания направленного потока электромагнитной энергии впространстве между ними.
Направляющие поверхности представляют собой длинные линии, Название «длинные» обозначает, что физическая длина этих линий соизмерима с длиной электромагнитной волны, распространяющейся вдоль них. Длинные линии используются не только для передачи энергии сигнала, но и в качестве резонансных цепей — контуров, изоляторов —линий задержки, фильтров, согласующихтрансформаторов и т. п. в диапазонах волн короче метровых. Перечисленные применения длинных линий возможны благодаря тому, что линиятак же, как исоответствующие цепи на более длинных волнах, обладают индуктивностью, емкостью,активным сопротивлением и проводимостью диэлектрических элементов. Но в отличие от электрических цепей, где перечисленные свойства сосредоточены в катушках, конденсаторах, резисторах, в линиях они равномерно распределены вдоль всей длины. Поэтому линию можно представить как последовательное соединение большого числа ее малых участков ∆l, каждый из которыхобладает индуктивностью ∆ L. емкостью ∆С сопротивлением ∆ R и проводнмостыо изоляции ∆G. На рис. 2 показана эквивалентная схема отрезка ∆lс элементами,характеризующими его свойства. В линиях эти свойства определяются их конструкцией и материалом. Дляхарактеристики липни используются погонные параметры, т. е, индуктивность, емкость, активное сопротивление и проводимость изоляции на единицу ее длины (например, 1 км). Обозначаются погонные параметры с индексом 1: L1, C1, R1, G1. Погонные параметры называют первичными. Первичные параметры зависят от конструкции линии, частоты тока(кроме емкости) и климатических условий — главным образом от температуры и влажности.
В электрическом отношении цепь связи может бытьсимметричной и несимметричной. Симметричной является такая цепь(линия), электрические и магнитные поля вокруг проводов с током которой симметричны относительно плоскости, перпендикулярной плоскости проводов. Причем, плоскость симмметрии должна проходить через середину расстояния между проводами.
Рис.1. Коаксиальный кабель
Рис.2. Схема замещения длинной линии
Если оба провода линии располагаются на одинаковом расстоянии над землей (или другой проводящей поверхностью), то линия будет симметрична: емкости проводов относительно земли будут равны, Таким образом симметрия линии зависит от ее конструкции,
Двухпроводные линии по конструкции делятся на воздушные и кабельные. Они могут быть симметричными или несимметричными, Например, однопроводная воздушная линия несимметрична. Несимметричной линией является и коаксиальный кабель. (Рис. 1), который представляет собой двухпроводную линию, один из проводов(центральный) которой расположен внутри другого, полого цилиндрического и по его оси.
Вторичные параметры: К ним относятся: волновое сопротивление, коэффициент затухания, коэффициент фазы и скорость распространения волны вдоль линии. Волновое сопротивление – это сопротивление, которое линия оказывает распространяющимся вдоль нее волнам. Волновое сопротивление – комплексная величина и определяется по первичным параметрам.
Zв = √R1+ jωL1 ∕G1 + jωC1 = ׀Z׀ e -jφ.
Рис.3. График зависимости модуля волнового сопротивления и сдвига фаз между комплексными амплитудами волн тока и напряжения от частоты
Коэффициент затухания показывает уменьшение (затухание) волны тока или напряжения в линии длиной 1км. На частотах свыше 150 кГц
ά = R1 ∕ 2 Zв.
Коэффициент фазы показывает изменение фазы волны тока или напряжения на единице длины линии относительно ее фазы в начале.
β = 2π / λ, также он связан с первичными параметрами: β = ω√L1C1.
Эти два коэффициента являются действительной и мнимой составляющей коэффициента распространения
γ = ά +j β = (R1+ jωL1) (G1 + jωC1)
Скорость распространения связана с первичными параметрами:
с=1/√L1C1, а также связана с магнитными и диэлектрическими свойствами среды с =с0/√μrεr. Длина волны, распространяющейся вдоль линии зависит как от свойств среды, так и от частоты
λ = 2π / ω√ μrεr=1/f√ μrεr.
Подключение источника переменного напряжения к бесконечно длинной линии передачи создает бегущие электромагнитные волны, которые распространяются вдоль линии передачи в одном направлении. Одновременно вдоль линии передачи распространяются волны переменного тока и напряжения. Электрический ток и напряжение в бесконечно длинной линии при бегущей волне совпадают по фазе. Бегущие вправо и влево волны возбуждаются источником напряжения только в линиях передачи бесконечной длины. В линиях передачи конечной длины режим бегущей волны не реализуется.
Длинные линии широко применяются в качестве соединительных линий, например для передачи электрических колебаний высокой частоты от радиопередатчика к антенне и от антенны к радиоприемнику.
Контрольные вопросы:
1. Изобразить схему замещения элементарного участка длинной линии с потерями и без потерь.
2. Перечислите первичные и вторичные параметры линий и поясните их физический смысл.
3. Какие линии являются симметричными и отчего зависит симметрия.
4. Поясните смысл графика на рисунке 3.
Задание на СРС: Реферат «Определение первичных параметров длинной линии».
Решить задачу. Определить волновое сопртивление и скорость распространения волны вдоль двухпроводной линии с параметрами: расстояние между проводниками а=30см, сечение проводов r =3мм. [1, стр. 218-225]
Задание на СРСП:
Защита реферата и задачи.
Глоссарий
| №№ | Русский | Казахский | Английский |
| Электомагнитная волна | Электомагниттік толқын | a wave | |
| Изменение электрического и магнитного полей во времени и пространстве | |||
| Радиоприемник | Радиоқабылдағыш | Radio receiver | |
| Радиопередатчик | Радиотаратқыш | Radio transmitter | |
| Кабель | Кабель | Cable | |
| Коаксиальный | Коаксиалды | Coaxial | |
| Скорость | Жылдамдық | Speed |
Лекция № 12
