Фронт и поляризация электромагнитной волны.

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√L₁C_1.

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/√L₁C_1, а также связана с магнитными и диэлектрическими свойствами среды с =с₀/√μ_rε_r. Длина волны, распространяющейся вдоль линии зависит как от свойств среды, так и от частоты

λ = 2π / ω√ μ_rε_r=1/f√ μ_rε_r.

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