Электромагнитные волны и принципы радиосвязи

Электромагнитные волны

Электромагнитная волна — это распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле, в котором колебания вектора напряжённости электрического поля и вектора индукции магнитного поля взаимно связаны. Существование таких волн теоретически предсказал Максвелл, а экспериментально получил Герц.

Электромагнитная волна является поперечной: векторы электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно друг другу и перпендикулярно направлению распространения волны.

Скорость и связь величин

В вакууме все электромагнитные волны распространяются с одинаковой скоростью света:

c ≈ 3·10⁸ м/с

Длина волны, частота и скорость связаны соотношением c = λ·ν, где λ — длина волны, ν — частота. Чем выше частота, тем короче длина волны.

Шкала электромагнитных излучений

Принципы радиосвязи

Радиосвязь — это передача информации с помощью электромагнитных волн. Её основные этапы:

• Генерация высокочастотных колебаний в задающем генераторе.
• Модуляция — наложение полезного сигнала (звука) на высокочастотную несущую волну.
• Излучение волны передающей антенной.
• Приём волны приёмной антенной и выделение сигнала.
• Детектирование (демодуляция) — выделение низкочастотного сигнала из принятой волны.

Схему процесса можно записать так:

сигнал → модуляция → излучение → приём → детектирование → звук

Свойства электромагнитных волн

Электромагнитные волны обладают всеми свойствами, характерными для волнового движения. Их можно отражать, преломлять, они способны к интерференции и дифракции. Кроме того, волна переносит энергию: чем больше амплитуда колебаний поля, тем больше переносимая энергия. Электромагнитная волна оказывает давление на тела, на которые падает, — это давление света впервые измерил русский физик Лебедев.

Опыты Герца

Существование электромагнитных волн впервые подтвердил Генрих Герц. С помощью вибратора — двух стержней с искровым промежутком — он возбуждал быстрые колебания и обнаруживал волну приёмным резонатором на расстоянии. Герц измерил скорость волн и показал, что она совпадает со скоростью света, а также доказал, что эти волны отражаются и преломляются, как свет.

Разобранный пример

Радиостанция работает на частоте ν = 100 МГц = 10⁸ Гц. Найдём длину волны:

λ = c / ν = 3·10⁸ / 10⁸ = 3 м

Значит, антенна такого передатчика имеет размеры порядка метров — это типично для радиовещания в диапазоне ультракоротких волн.

Важно помнить. Низкочастотные звуковые колебания почти не излучаются антенной, поэтому их «переносят» на высокочастотной несущей волне. Без модуляции и детектирования радиопередача невозможна.

Кратко о главном

• Электромагнитная волна — это распространяющееся переменное поле, она поперечна.
• В вакууме скорость волны равна c ≈ 3·10⁸ м/с, причём c = λ·ν.
• Шкала излучений охватывает диапазон от радиоволн до гамма-излучения.
• Радиосвязь включает генерацию, модуляцию, излучение, приём и детектирование.