РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В ПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕДАХ

Краткое содержание лекции

ПЛОСКИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

Лекция 9.

Все реальные излучатели создают только сферические волны. Однако на больших расстояниях от излучателя кривизна фронта мала и можно рассматривать небольшие его участки как плос­кие. При небольших изменениях расстояния до излучателя ам­плитуду волны можно считать постоянной, если потери энергии волны в среде отсутствуют. Волна, обладающая плоским фрон­том, называется плоской. В книге часто будут рассматриваться особенности распространения на примере плоских волн. Рассмо­трим плоскую волну в идеальном диэлектрике, т. е. в среде, в который отсутствует проводимость. Частным случаем идеального диэлектрика является свободное пространство.

Напряженность поля гармонической плоской волны, распро­страняющейся вдоль оси y, записываются в виде

где Ет амплитуда напряженности электрического поля.

Как показано на рис. 1.5, векторы Е и Н в пространстве перпендикулярны друг другу. На рис. 1.8 изображено распределение поля плоской гармонической волны в идеальном диэлектрике для одного определенного момента времени.

Рис. 1.8. Распределение в пространстве полей Е и Н плоской электромагнитной волны в определенный момент времени.

Фронт, волны совпадает с плоскостью хоz. Картина поля, представленная на рисунке, не­прерывно перемещается по оси у со скоростью

.

Выражение для поля гармонической волны часто представля­ют в символическом виде, используя метод, подробно изученный в курсе теории электрических цепей:

Важной характеристикой радиоволны является ее поляриза­ция. Поляризация определяется положением в пространстве век­тора напряженности электричес­кого поля Е. Если конец вектора Е в данной точке пространства в течение периода колебаний описывает прямую линию, то поляризация называется линейной.

Применяя специальные излу­чатели, можно получить эл­липтическую поляризацию волны. При эллиптической поляризации конец вектора Е в течение периода описывает в пространстве эллипс. Частным случаем эллипти­ческой поляризации является круговая поляризация. Линейно поляризованные волны различают по положению вектора Е отно­сительно поверхности Земли. Если вектор Е лежит в плоскости, перпендикулярной земной поверхности, волна имеет вертикальную поляризацию. У горизонтально поляризованной волны век­тор Е лежит в плоскости, параллельной поверхности Земли.

Все среды, кроме свободного пространства, в действительно­сти не являются идеальными диэлектриками. При распространении радиоволн, например в морской воде, в почве часть энергии волны переходит в тепло, поглощается средой. Потери энергии могут происходить либо за счет проводимости среды, либо за счет диэлектрических потерь. Диэлектрические потери энергии радиоволны в среде связаны с гистерезисом (запаз­дыванием) поляризации молекул вещества в переменном элект­ромагнитном поле. Энергия радиоволны при этом частично ухо­дит на «раскачивание» молекул вещества и переходит в тепло. Для удобства расчета диэлектрические потери характеризуют эквивалентной удельной проводимостью, наличие которой вызва­ло бы такие же потери, какие в действительности вызывает ди­электрический гистерезис. Таким образом, потери энергии в сре­де характеризуются эквивалентной удельной проводимостью, ко­торая учитывает все виды потерь. Поскольку поляризация мо­лекул вещества происходит по-разному на различных частотах, диэлектрическая проницаемость среды и ее эквивалентная удель­ная проводимость зависят от частоты. Практически эта зависи­мость не имеет значения на волнах длиннее сантиметровых. В табл. 1.1 приведены средние значения эквивалентных удельных проводимостей и относительных диэлектрических проницаемостей для некоторых сред при .

Поглощающую среду характеризуют отношением амплитуд плотностей токов проводимости и смещения . При среда приближается по своим свойствам к идеальному проводнику, а при — к идеальному диэлект­рику. В символическом виде плотность тока смещения записывается в виде

Подставив в последнюю фор­мулу и (длина волны в свободном про­странстве, =8,85-10-12 Ф/м, с = 3*108 м/с), получим

Отношения для некоторых сред при различных при­ведены в табл. 1.2.