Raadiotehnika alused. Jaak Umborg

Чтение книги онлайн.

      1

      Raadiolained, nende omadused ja levimine

      1.1. Elektromagnetilised lained

      Raadiotehnika kui tehnikateadus tugineb suurel määral elektromagnetvälja teooriale, millele pani aluse 19. sajandi keskel šoti füüsik ja matemaatik James Clerk Maxwell (1831–1879), kes kirjeldas oma töödes, kuidas elektri- ja mag-netväli levivad ruumis valguse kiirusega. Tuginedes Faraday eksperimentaalse-tele uuringutele, tuli Maxwell esimesena välja ideega, et lisaks juhtivusvoolule on olemas ka teist laadi vool, mida ta nimetas nihkevooluks. Maxwelli teooria olulisemad seisukohad on kokku võetud tema poolt aastatel 1861–1862 koos-tatud neljas võrrandis:

       , (1.1)

       , (1.2)

       div D = ρ, (1.3)

       div B = 0. (1.4)

      Nendes võrrandites on üldistatud ja matemaatiliselt modelleeritud Gaussi teoreemid elektri- ja magnetvälja kohta, Faraday elektromagnetilise indukt-siooni seadus ja Amperi koguvoolu seadus. Kaks esimest võrrandit (1.1) ja (1.2) seovad omavahel elektrilisi ja magnetilisi nähtusi, elektri- ja magnetvälja. Vahelduv magnetväli H tekitab elektrivälja E, avaldises (1.1) tähistab D elekt-rilise induktsiooni ehk laengutiheduse (laeng/pindala) vektorit ning j voolu tiheduse (vool/pindala) vektorit. Muutuv elektriväli E tekitab omakorda mag-netvälja H (avaldis 1.2), kus B tähistab magnetilise induktsiooni (magnetvoog/pindala) vektorit. Selline väljade omavaheline vastastikune mõjutamine ongi aluseks elektromagnetilise laine energia levimisele erinevates keskkondades.

      Kolmas ja neljas võrrand seovad elektri- ja magnetvälja nende allikatega: elektrivälja allikaks on laengu ruumiline tihedus ρ (avaldis 1.3), magnetväl-

      Elektromagnetilised lained |

      13

      jal allikalisust pole (divergents ehk allikalisus magnetvälja tihedusest B on võrdne nulliga). Sellest tuleneb, et magnetvälja jõujooned on kinnised, nad alati sulguvad (avaldis 1.4).

      1.1.1. Elektromagnetiliste lainete levimise kiirus

      Elektromagnetilise laine elektrilise energia edastamise kiirust nimetatakse gru-pikiiruseks gr. Laine faasi muutumise kiirust ruumis nimetatakse laine faa-sikiiruseks f. Maxwelli võrranditest on laine grupikiirus määratav järgneva avaldisega:

       , (1.5)

      kus a – levikeskkonna absoluutne dielektriline läbitavus, mida saab avaldada keskkonna suhtelise dielektrilise läbitavuse ja füüsikalise konstandi, vaakumi dielektrilise läbitavuse 0 kaudu:

       a = 0, (1.6)

       0 = 10-9/36 F/m;

      a – levikeskkonna absoluutne magnetiline läbitavus, mida saab avaldada keskkonna suhtelise magnetilise läbitavuse ja füüsikalise konstandi, vaakumi magnetilise läbitavuse 0 kaudu:

       a = 0, (1.7)

       0 = 4 ∙10-7 H/m.

      Vaakumis on laine grupi- ja faasikiirus ühesugune ja on määratud:

       . (1.8)

      Pannes avaldisse (1.8) vastavate füüsikaliste konstantide väärtused, saab arvu-tada valguse kiiruse vaakumis c0:

       .

      1 miil ehk meremiil (ingl nautical mile) – 1852 m.

      Mistahes teises keskkonnas on elektromagnetilise laine energia levimise kii-rus määratav avaldisega:

       (1.9)

      Kuna erinevate ainete dielektrilised ja magnetilised läbitavused võivad olla olu-liselt erinevad, siis signaali levimise kiirus neis võib olla samuti oluliselt erinev.

СКАЧАТЬ