Радиоволны

Материал из Alt-Sci
Версия от 07:42, 7 сентября 2015; Admin (обсуждение | вклад) (Передача)

(разн.) ← Предыдущая | Текущая версия (разн.) | Следующая → (разн.)
Перейти к: навигация, поиск
Предыдущая глава ( Интерференция ) Содержание книги Следующая глава ( Торсионное поле )

Соответствующая статья Википедии: Радиоизлучение

Передача

Радиоволны излучаются искусственными источниками излучения в соответствии с законами излучения. Длина волны определяется скоростью света в среде и частотой полей в источнике.

Диапазон радиоволн ограничен по максимальной частоте техническими возможностями. Излучение таких устройств как магнетрон и циклотрон, не является в строгом смысле радиоволнами, так как создается естественным путем материальными частицами (электронами), так же как и в лазере, например.

Каждый электрический проводник с переменным током излучает радиоволны с некоторой эффективностью. При активном характере протекания тока, сила тока и плотность заряда распределены по проводнику равномерно, поэтому электрическое поле замкнуто в проводнике, и возникающее в нем излучение не может выйти за его пределы, поглощаясь там. Эффективность значительна только при реактивном характере протекания тока, когда плотность заряда распределена неравномерно. Но конденсаторы и катушки индуктивности неэффективны, так как не обеспечивают совмещения одинаково сильных электрического и магнитного вектора в одной точке под прямым углом. Эффективными оказываются простые металлические провода при образовании в них стоячих резонансных волн, когда длина волны кратна пути ее распространения. Стоячая волна обладает реактивным фазовым сдвигом (90°) между волной тока и напряжения, и соответственно совпадением по фазе магнитной и электрической волн вдоль провода. Волна тока распределяет заряд вдоль провода неравномерно, поэтому электрическое поле не замкнуто в проводнике, вызывая излучение в окружающем эфире.

Одной из первых передающих антенн считается вибратор или диполь Герца. Опыт Герца затем повторили А.С. Попов и Г. Маркони. Пробой искрового промежутка между проводниками вызывает в них широкополосный импульс тока, ненадолго создающий стоячие волны на резонансных частотах проводников, которые создают радиоимпульс.

"Эпюра" мгновенных значений величин в полуволновом вибраторе

Полуволновой вибратор, называемый также открытым колебательным контуром, повторяет принцип вибратора Герца, меняя искровой промежуток на фидер между половинами металлического стержня полуволновой длины. Максимум энергии излучается в центральной, поперечной к стержню, плоскости.

Рамочные и кольцевые антенны работают на том же принципе, но имеют более компактную конструкцию. Стоячая волна возникает в замкнутом контуре.

Мощность излучения антенны через любую замкнутую поверхность в пустом пространстве вокруг нее постоянна. Поэтому поверхностная плотность мощности падает пропорционально квадрату расстояния от антенны при отсутствии поглощения и фокусировки, такой как у зеркальной (параболической) антенны.

Прием

Радиосвязь и электромагнитная индукция имеют одну и ту же природу, поэтому действия этих явлений взаимоисключающи и не суммируются.

Прием радиоволн – поглощение энергии магнитного поля в катушках индуктивности, и энергии электрического поля в качестве ЭДС, возникающей в проводниках. Наиболее эффективные приемные антенны имеют такую же форму, как и передающие. Частота принимаемого сигнала совпадает с частотой сигнала источника с точностью до эффекта Доплера.

Скорость

Скорость радиосигнала \(c'\), измеренная как число его периодов \(n\) проходимых за время \(t\) (частота \(f\)), инвариантна относительно системы отсчета. Длина волны \(\lambda\) меняется пропорционально скорости света, и удлиненные волны проходят быстрее, а укороченные медленнее: \[f=\frac{c+\Delta c}{\lambda+\Delta\lambda}=const\] \[t=\frac{x}{c+\Delta c}\] \[n=\frac{x}{\lambda+\Delta\lambda}\] \[c'=\frac{n}{t}=const\] Радиолокация непрерывного действия применяется для измерения скорости благодаря эффекту Доплера, хотя может измерять и расстояние.

Радионавигация, например системы GPS и ГЛОНАСС, основана на однонаправленной передаче непрерывного информационного сигнала, модулирующего несущую частоту, и содержащего точные значения текущего времени и координат источников сигнала (спутников). Приемник одновременно принимает сигналы \(N\) спутников, получая первичные данные времени \(T_i\) и координат \(P_i\) для \(i=1\dotsc N\). Вторичные данные (время \(T\) и координаты \(P\) приемника), в общем случае, находятся из системы уравнений\[|P-P_i|=c|T-T_i|\;\;\;\;\;i=1\dotsc N\] Величины \(T_i\), при отсутствии атмосферных помех, зависят только от текущего реального времени \(T\) и расстояния от спутников до приемника. Скорость радиосигнала, в изложенном выше понимании, не зависит от системы отсчета, то есть в данной задаче допустимо считать скорость света независимой от системы отсчета.

Часы всех спутников системы точно синхронизированы, подвергаясь гравитационному и кинематическому изменению скорости, так как для генерации частоты используется распад атомов (см. "Масса и инерция"). Часы спутников постоянно наблюдаются и корректируются наземными станциями.

Существование систем GPS и ГЛОНАСС не является доказательством инвариантности скорости света относительно системы отсчета.


Предыдущая глава ( Интерференция ) Содержание книги Следующая глава ( Торсионное поле )