Что такое радиоволны, и почему мы их используем?

Содержание:

Ключевая разница:

Звуковые волны обычно связаны с распространением звука. Звук технически определяется как механическое возмущение, распространяющееся через упругую среду. Среда не ограничена воздухом, но может также включать дерево, металл, камень, стекло и воду. Звук распространяется волнами, они известны как звуковые волны. Самый распространенный способ путешествий — воздушный. Подобно всей материи, воздух также состоит из молекул. Эти молекулы постоянно в движении и с большой скоростью. Когда они достигают этой скорости, молекулы имеют тенденцию сталкиваться друг с другом, вызывая перенос энергии. Говорят, что звук распространяется волнами, потому что при ударе предмета (например, барабана) головка барабана движется взад и вперед и таким же образом толкает воздух. Толчок воздуха заставляет звук сталкиваться с другими молекулами в воздухе и передавать эту энергию, что приводит к появлению звуковых волн.

Звук распространяется в двух типах волн: продольные и поперечные волны. Продольные волны — это волны, направление вибрации которых совпадает с направлением их движения. С точки зрения непрофессионала, направление среды такое же или противоположное направление движения волны. Поперечная волна — это движущаяся волна, состоящая из колебаний, перпендикулярных направлению передачи энергии; например, если волна движется по вертикали, передача энергии движется по горизонтали.

Свойства звуковых волн включают в себя: частоту, длину волны, волновое число, амплитуду, звуковое давление, интенсивность звука, скорость звука и направление. Скорость звука является важным свойством, определяющим скорость распространения звука. Скорость звука зависит от среды, через которую он распространяется. Чем больше упругость и чем ниже плотность, тем быстрее распространяется звук. Из-за этого звук распространяется быстрее в твердых телах по сравнению с жидкостями и быстрее в жидкостях по сравнению с газом.

Согласно How Stuff Works: «При 32 ° F. (0 ° C.), Скорость звука в воздухе составляет 1087 футов в секунду (331 м / с); при 68 ° F. (20 ° C.), Это 1127 футов в секунду (343 м / с) ». Длина волны звука — это расстояние, которое возмущение проходит за один цикл, и связано со скоростью и частотой звука. Высокочастотные звуки имеют более короткие волны, а низкочастотные — более длинные.

Радиоволны могут быть созданы как природой, так и искусственно. Встречающиеся в природе радиоволны создаются осветительными или астрономическими объектами. Искусственно созданные радиоволны используются в ТВ, радио, вещательных и навигационных системах. Вот почему во время сильной молнии и грозы радио и телевизоры могут стать неясными или перестать работать. Радиоволны от молнии мешают искусственным. Самый важный объект радиоволн используется для спутников связи и мобильных телефонов, что означает, что без радиоволн дорогой iPhone в основном просто дорогая бумажная масса. В дополнение к связи, радиоволны также используются в медицине для хирургических операций, лечения апноэ во сне и МРТ.

Радиоволны были впервые постулированы Джеймсом Клерком Максвеллом. Максвелл обнаружил волнообразные свойства света и сходство электрических и магнитных волн. Затем он создал уравнения, предлагающие световые волны и радиоволны, путешествующие в космосе, излучаемые заряженной частицей, когда она подвергается ускорению. Эти теории были дополнительно экспериментально подтверждены Генрихом Герцем; который создал радиоволны в своей лаборатории. Радиоволны имеют общие свойства электромагнитных волн: отражение, преломление, поляризация, дифракция, поглощение, скорость, частота и длина волны.

Основное различие между звуковыми волнами и радиоволнами аналогично разнице между звуковыми волнами и электромагнитными волнами. В то время как звуковые волны требуют среды для путешествий, радиоволны нет. Звуковые волны и радиоволны распространяются на разных частотах, которые используются для разных целей. Радиоволны используются для различных целей, в то время как звуковые волны используются для передачи звука.

Свойства радиоволн

Радиоволны – это электромагнитные волны, частота которых находится в интервале от 3 кГц до 300 ГГц, а длина – от 100 км до 1 мм соответственно. Распространяясь в среде, они подчиняются определённым законам. При переходе из одной среды в другую наблюдается их отражение и преломление. Присущи им и явления дифракции и интерференции.

Дифракция, или огибание, происходит, если на пути радиоволн встречаются препятствия, размеры которых меньше длины радиоволны. Если же их размеры оказываются бόльшими, то радиоволны отражаются от них. Препятствия могут иметь искусственное (сооружения) или природное (деревья, облака) происхождение.

Отражаются радиоволны и от земной поверхности. Причём, поверхность океана отражает их примерно на 50% сильнее, чем сýша.

Если препятствие является проводником электрического тока, то какую-то часть своей энергии радиоволны отдают ему, а в проводнике создаётся электрический ток. Часть энергии расходуется на возбуждение электротоков на поверхности Земли. Кроме того, радиоволны расходятся от антенны кругами в разные стороны, подобно волнам от брошенного в воду камешка. По этой причине радиоволны со временем теряют энергию и затухают. И чем дальше от источника находится приёмник радиоволн, тем слабее сигнал, дошедший до него.

Интерференция, или наложение, вызывает взаимное усиление или ослабление радиоволн.

Радиоволны распространяются в пространстве со скоростью, равной скорости света (кстати, свет – это тоже электромагнитная волна).

Как и любые электромагнитные волны, радиоволны характеризуются длиной и частотой волны. С длиной волны частота связана соотношением:

f = c/λ,

где f – частота волны;

λ – длина волны;

c – скорость света.

Как видим, чем больше длина волны, тем меньше её частота.

Радиоволны разбиваются на следующие диапазоны: сверхдлинные, длинные, средние, короткие, ультракороткие, миллиметровые и децимиллиметровые волны.

Приёмники инфразвука. (Часть третья)

Опубликовано: 05.12.2018

Объёмно-наскальные инфразвуковые информационные приёмники. Объёмно наскальные приёмники в отличие от объёмно камертонных приёмников, обычно строятся на поверхности земли. Они не имеют дромоса(подземной антенны). Роль антенны выполняет неоднородность среды распространения инфразвука разлом, хребет, гора, река. Направление неоднородности должно располагаться под углом 20-60° к источнику инфразвука. То есть построить такой приёмник возможно только в местах, где инфразвуковые волны от источника сигнала как-то концентрируются. Примером псевдокупольных приёмников на геологическом разломе являются тумулусы этрусков вблизи г.Червети в Италии. Здесь множество приёмников вытянулось линией в направлении геологического разлома. Основной задачей для постройки объёмно Читать дальше …

Телевидение (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Применение радиоволн в телевидении имеет тот же принцип. Телевышки усиливают и передают сигнал в телевизоры, и они уже преобразуют их в изображение. Применение радиоволн в сотовой связи выглядит так же. Только требуется более плотная сеть ретросерсорных вышек. Эти вышки являются базовыми станциями, которые передают сигнал и принимают его от абонента.

Сейчас распространена технология Wi-Fi, которая была разработана в 1991 году. Ее работа стала возможной после изучения свойств радиоволн и применение их значительно расширилось.

Именно радиолокация даёт представление о том, что происходит на земле, в небе и в море, и в космосе. Принцип работы прост — радиоволна, передаваемая антенной, отражается от препятствия и возвращается назад сигналом. Компьютер обрабатывает его и выдаёт данные о размере объекта, скорости передвижения и направлении.

Радары с 1950 г. применяются также на дорогах, для контроля скорости автомобилей. Это было обусловлено растущим количеством автомобилей на дорогах и необходимым контролем над ними. Радар — это устройство для дистанционного определения скорости движущегося автомобиля. Полицейские оценили удобство использования этого устройства и через несколько лет радары были на всех дорогах мира. С каждым годом эти приборы видоизменялись, совершенствовались и на сегодняшний день их есть огромное количество видов. Делятся они на две группы: лазерные и «доплеровские».

Почему ЭМИ?

Теперь давайте вернемся к вопросу о том, почему системы на основе ЭМИ настолько распространены по сравнению с другими формами беспроводной связи. Другими словами, почему «беспроводная» почти всегда означает радиочастотная, когда и другие различные явления могут передавать информацию без помощи проводов. Есть несколько причин.

Гибкость

ЭМИ является естественным расширением электрических сигналов, используемых в проводных схемах. Изменяющиеся во времени напряжения и токи генерируют ЭМИ, хотите ли вы этого или нет, и, кроме того, ЭМИ является точным представлением переменных компонентов исходного сигнала.

Каждая часть этой сложной формы QPSK сигнала передает два бита цифровой информации

Рассмотрим экстремальный (и совершенно непрактичный) контрпример: систему беспроводной связи на основе тепла. Представьте, что в комнате есть два отдельных устройства. Передающее устройство нагревает помещение до определенной температуры на основе сообщения, которое оно хочет отправить, а приемное устройство измеряет и интерпретирует температуру окружающей среды. Эта система будет медлительной и неудобной, потому что температура в помещении не может точно следовать изменениям сложного электрического сигнала. ЭМИ, с другой стороны, очень быстро реагирует. Передаваемые радиосигналы могут точно воспроизводить даже сложные высокочастотные сигналы, используемые в современных беспроводных системах.

Скорость

В системах со связью по переменному току скорость передачи данных зависит от того, насколько быстро может изменяться сигнал. Другими словами, чтобы передавать информацию, сигнал должен что-то делать (например, увеличивать и уменьшать амплитуду). Оказывается, что ЭМИ является практическим средством связи даже на очень высоких частотах, что означает, что радиочастотные системы могут достичь чрезвычайно высоких скоростей передачи данных.

Расстояние

Стремление к беспроводной связи тесно связано со стремлением к связи на большие расстояния; если передатчик и приемник находятся в непосредственной близости, часто проще и экономичнее использовать провода. Хотя мощность радиосигнала уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, ЭМИ в сочетании с методами модуляции и сложной схемотехникой приемника всё еще обладает замечательной способностью передавать полезные сигналы на большие расстояния.

Интенсивность ЭМИ уменьшается экспоненциально по мере того, как излучаемая энергия распространяется во всех направлениях от источника

Не требуется прямая видимость

Единственной средой беспроводной связи, которая может конкурировать с ЭМИ, является свет; это, возможно, и не удивительно, так как свет – это очень высокочастотное ЭМИ. Но природа оптической передачи подчеркивает, возможно, решающее преимущество радиочастотной связи: для нее не требуется линия прямой видимости.

Наш мир наполнен твердыми объектами, которые блокируют свет (даже очень мощный). Мы все испытывали интенсивную яркость летнего солнца, но эта интенсивность значительно снижается простым куском тонкой ткани. Низкочастотное ЭМИ, используемое в радиочастотных системах, напротив, проходит сквозь стены, пластиковые корпуса, облака и, хотя это может показаться немного странным, сквозь каждую клетку человеческого тела. Эти радиочастотные сигналы не полностью свободны от влияния этих материалов, и в некоторых случаях может вноситься значительное затухание. Но по сравнению со светом ЭМИ (низкочастотное) проходит практически через всё.

Радиоволны: их диапазон, длина, частота, история открытия, применение

Предсказал существование радиоволн (как и других электромагнитных) Джэймс Клерк Максвелл. Подтвердил существование радиоволн немецкий учный-физик Генрих Рудольф Герц в 1886 году. Попов только впервые применил их для практической радиосвязи.

Радиоволны это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек) . Кстати свет также относится к электромагнитным волнам, что и определяет их весьма схожие свойства (отражение, преломление, затухание и т. п.) .

А рождаются они при изменении электрического поля, например, когда через проводник проходит переменный электрический ток или когда через пространство проскакивают искры, т. е. ряд быстро следующих друг за другом импульсов тока.Электромагнитное излучение характеризуется частотой, длиной волны и мощностью переносимой энергии.

Частота электромагнитных волн показывает, сколько раз в секунду изменяется в излучателе направление электрического тока и, следовательно, сколько раз в секунду изменяется в каждой точке пространства величина электрического и магнитного полей. Измеряется частота в герцах (Гц) единицах названных именем великого немецкого ученого Генриха Рудольфа Герца. 1 Гц это одно колебание в секунду.

1 мегагерц (МГц) миллион колебаний в секунду. Зная, что скорость движения электромагнитных волн равна скорости света, можно определить расстояние между точками пространства, где электрическое (или магнитное) поле находится в одинаковой фазе. Это расстояние называется длиной волны. Длина волны (в метрах) рассчитывается как отношение скорости света взятой в метрах к частоте электромагнитного излучения взятой в МГц.

Такое соотношение показывает, например, что на частоте 1 МГц длина волны составляет 300 метров.С увеличением частоты длина волны уменьшается, с уменьшением частоты длина волны увеличивается.

Радиоволны излучаются через антенну в пространство и распространяются в виде энергии электромагнитного поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их способность к распространению сильно зависит от длины волны.

330 кГц Очень низкие частоты (ОНЧ) Мириаметровые 10010 км30300 кГц Низкие частоты (НЧ) Километровые 101 км3003000 кГц Средние частоты (СЧ) Гектометровые 10.1 км330 МГц Высокие частоты (ВЧ) Декаметровые 10010 м30300 МГц Очень высокие частоты (ОВЧ) Метровые 101 м3003000 МГц Ультра высокие частоты (УВЧ) Дециметровые 10.1 м330 ГГц Сверхвысокие частоты (СВЧ) Сантиметровые 101 см30300 ГГц Крайне высокие частоты (КВЧ) Миллиметровые 101 мм

3003000 ГГц Гипервысокие частоты (ГВЧ)

Открытие и эксплуатация [ править ]

Радиоволны были впервые предсказаны математической работой, выполненной в 1867 году шотландским физиком-математиком Джеймсом Клерком Максвеллом . Его математическая теория, теперь называемая уравнениями Максвелла , предсказывала, что связанное электрическое и магнитное поле может перемещаться в пространстве как « электромагнитная волна ». Максвелл предположил, что свет состоит из электромагнитных волн очень короткой длины. В 1887 году немецкий физик Генрих Герц продемонстрировал реальность электромагнитных волн Максвелла, экспериментально генерируя радиоволны в своей лаборатории показав, что они проявляют те же волновые свойства, что и свет: стоячие волны , рефракция , дифракция и поляризация . Итальянский изобретатель Гульельмо Маркони разработал первые практичные радиопередатчики и приемники примерно в 1894–1895 годах. Он получил Нобелевскую премию по физике 1909 года за свои радиоработы. Радиосвязь начала использоваться в коммерческих целях примерно в 1900 году. Современный термин « радиоволна » заменил первоначальное название « волна Герца » примерно в 1912 году.

Как передается информация. Модуляция

Возьмем электромагнитную волну. Она представляет собой синусоиду, колебания векторов напряженности магнитного и электрического полей. «Где же здесь информация?» спросите вы, и в этом вопросе есть резон.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Сама по себе синусоида не несет никакой информации. Для передачи данных используется модуляция сигнала. Есть разные виды модуляций:

амплитудная;
фазовая;
частотная;
амплитудно-частотная.

Например, аббревиатура FM означает frequency modulation – частотная модуляция.

Частотная модуляция – это изменение частоты. Амплитудная – соответственно, амплитуды. Конечно, изменение не простое, а несущее в себе информацию.

У нас есть несущий сигнал (несущее колебание) и информационный сигнал (речь, звук, музыка). Модуляция несущего сигнала позволяет зашифровать в нем информацию. Причем параметр этого сигнала изменяется в соответствии с информационным сигналом.

Далее будем рассматривать частотную модуляцию, так как FM-радиостанции – самые популярные, а говорить приятнее о том, что привычно. При частотной модуляции сигнал не изменяется по амплитуде. В соответствии с изменениями уровня информационного сигнала меняется частота несущего колебания.

Вот как это выглядит:

Принцип работы частотной модуляции

Радиосвязь

В системах радиосвязи информация передается в пространстве с помощью радиоволн. На передающей стороне информация, которая должна быть отправлена, в форме изменяющегося во времени электрического сигнала подается на радиопередатчик . Информация, называемая сигналом модуляции , может быть аудиосигналом, представляющим звук с микрофона , видеосигналом, представляющим движущиеся изображения с видеокамеры , или цифровым сигналом, представляющим данные с компьютера . В передатчике электронный генератор генерирует переменный ток, колеблющийся на радиочастоте , называемый несущей волной, потому что он создает радиоволны, которые «переносят» информацию по воздуху. Информационный сигнал используется для модуляции несущей, изменяя некоторые ее аспекты, «совмещая» информацию с несущей. Модулированная несущая усиливается и подается на антенну . Колебательный ток толкает электроны в антенне вперед и назад, создавая колеблющиеся электрические и магнитные поля , которые излучают энергию от антенны в виде радиоволн. Радиоволны несут информацию к месту нахождения приемника.

В приемнике колеблющиеся электрические и магнитные поля входящей радиоволны толкают электроны в приемной антенне вперед и назад, создавая крошечное колебательное напряжение, которое является более слабой копией тока в передающей антенне. Это напряжение подается на радиоприемник , который извлекает информационный сигнал. Приемник сначала использует полосовой фильтр, чтобы отделить радиосигнал нужной радиостанции от всех других радиосигналов, принимаемых антенной, затем усиливает сигнал, чтобы он стал сильнее, а затем, наконец, извлекает несущий информацию сигнал модуляции в демодуляторе . Восстановленный сигнал отправляется в громкоговоритель или наушник для воспроизведения звука или на экран телевизионного дисплея для создания видимого изображения или на другие устройства. Сигнал цифровых данных подается на компьютер или микропроцессор , который взаимодействует с человеком-пользователем.

Радиоволны от многих передатчиков проходят по воздуху одновременно, не мешая друг другу. Их можно разделить в приемнике, потому что радиоволны каждого передатчика колеблются с разной скоростью, другими словами, каждый передатчик имеет разную частоту , измеряемую в килогерцах (кГц), мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц). Полосовой фильтр в приемнике состоит из колебательного контура , который действует как резонатор , аналогично камертон. Он имеет собственную резонансную частоту, на которой колеблется. Резонансная частота устанавливается равной частоте желаемой радиостанции. Колеблющийся радиосигнал от желаемой станции заставляет настроенную схему колебаться в согласии, и она передает сигнал остальной части приемника. Радиосигналы на других частотах блокируются настроенной схемой и не передаются.

Приёмники инфразвука. (часть первая)

Опубликовано: 11.10.2018

Для приёма инфразвуковой энергии использовались различные сооружения и устройства, которые мы назовём инфразвуковые приёмники. Их очень много и они очень разнообразны, что говорит о широком использовании инфразвуковых технологий в эпоху пирамид. На сегодня известно не менее 100 000 инфразвуковых стационарных приёмников во всём мире. Многие из них сохранились в работоспособном состояние или могут быть восстановлены. Далее я опишу основные типы инфразвуковых приёмников и представлю их классификацию. Инфразвуковые волновые приёмники состоят из: —Антенны (устройство для эффективной передачи энергии на заданной частоте из одной физической среды в другую). —Согласующего устройства (уравниватель скорости переноса энергетического Читать дальше …

§ 4.8. Скорость распространения радиоволн в ионизированном газе

Диэлектрическая проницаемость ионизированного газа меньше единицы и зависит от частоты колебаний. Среды, в которых скорость распространения радиоволн зависит от частоты, называются диспергирующими. В диспергирующих средах различают фазовую и групповую скорости распространения радиоволн. Скорость, характеризующая быстроту перемещения фронта волны, называется фазовой. Фазовая скорость определяется формулой (1.45) или (для сред, приближающихся по своим свойствам к диэлектрику) (1.55). Поэтому для ионизированного газа без учета потерь согласно выражению (4.8)

Следовательно, каждой частоте соответствует своя фазовая скорость, и эта скорость больше скорости света.

Для того чтобы передать сигнал, необходимо создать некоторое возмущение — начало передачи синусоидальных колебаний, обрыв или импульс, т. е. передать некоторую группу волн (рис. 4.8).

Рис. 4.8. К определению групповой скорости распространения радиоволн

В недиспергирующей среде группа волн передается неискаженной. В диспергирующей среде каждая из частот спектра импульса передается со своей скоростью, и импульс в целом передается с другой скоростью. Для определения групповой скорости игр распространения волны в диспергирующей среде следует воспользоваться формулой, известной из курса «Электродинамика» :

После вычисления дифференциала знаменателя

уравнение (4.36) упрощается:

Из сопоставления формул (4.35) и (4.37) видна зависимость между фазовой и групповой скоростями распространения волны в ионизированном газе:

υ_грυ_Ф = с2. (4.38)

Таким образом, в ионизированном газе сигнал распространяется со скоростью, меньшей скорости света.

В случае приближения рабочей частоты к собственной частоте ионизированного газа (ω → ω) групповая скорость уменьшается (υ_гр → 0), а фазовая скорость резко возрастает (υ_ф → ∞). В действительности благодаря потерям энергии волны в реальном ионизированном газе фазовая скорость достигает большой конечной величины.

Для передачи импульса необходимо передать некоторую полосу частот, ширина которой обратно пропорциональна длительности импульса. Каждая из групп гармоник импульса распространяется со своей групповой скоростью. Если импульс не очень короткий и спектр его не широк, то разница в групповых скоростях отдельных групп гармоник импульса невелика и можно считать, что весь импульс распространяется со скоростью, соответствующей групповой скорости несущей частоты. Короткие импульсы содержат широкий спектр частот и при прохождении через ионосферу искажаются. Характер искажений прямоугольного импульса изображен на рис. 4.9 .

Рис. 4.9. Искажение прямоугольного импульса при прохождении радиоволн в ионизированном газе: 1 — первоначальная форма импульса; 2 — форма импульса после прохождения через ионосферу

Группа высоких гармоник распространяется с большой групповой скоростью и создает импульс — предвестник (см. рис. 4.9, часть а-b). Основная часть энергии — «тело» импульса (см. рис. 4.9, часть b-с) распространяется со скоростью, соответствующей несущей частоте. Группа низких гармоник распространяется с меньшей групповой скоростью и создает запаздывающий импульс (см. рис. 4.9, часть с-d), Сам импульс оказывается «размытым». Искажения сказываются сильно в том случае, когда импульс короткий, а несущая частота близка к собственной частоте ионизированного газа. При распространении через ионосферу искажения за счет дисперсии претерпевают импульсы длительностью в несколько микросекунд. Телеграфные импульсы большой длительности практически не искажаются благодаря дисперсии.

Поля и волны

Вы могли бы потратить годы на изучение деталей электромагнетизма. К счастью, вам не нужен такой опыт для успешного проектирования и реализации радиочастотных схем. Но вам нужно иметь базовое представление о таинственной энергии, излучаемой антенной вашего устройства.

Как следует из названия, электромагнитное излучение (ЭМИ) включает в себя как электрические поля, так и магнитные поля. Если у вас есть напряжение (напряжение, приложенное к импедансу антенны), то у вас есть электрическое поле (с математической точки зрения электрическое поле пропорционально пространственной скорости изменения напряжения). Если у вас есть электрический ток (ток, проходящий через импеданс антенны), то у вас есть магнитное поле (сила поля пропорциональна величине тока).

Электрическое и магнитное поля присутствуют, даже если величина напряжения или тока постоянна. Однако эти поля не будут распространяться. Если мы хотим, чтобы волна распространялась во вселенной, нам нужны изменения напряжения и тока.

Электрическая и магнитная составляющие электромагнитной волны представлены в виде перпендикулярных синусоид

Ключом к этому явлению распространения является самоподдерживающаяся связь между электрической и магнитной составляющими электромагнитного излучения (ЭМИ). Изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле. Эта взаимная регенерация проявляется как отдельная сущность, а именно, как электромагнитная волна. Один раз образовавшись, эта волна будет распространяться в направлении от своего источника изо дня в день, со скоростью света, в сторону глубин неизвестного.

Расширенное применение радиоволн

Именно благодаря изучению этого явления, мы можем отправлять информацию на расстояния. Радиоволны формируются при прохождении по проводнику высокочастотного электрического тока. Заслугу изобретения радио многие учёные приписывают себе. И почти в каждой стране есть такой гений, кому мы обязаны этим уникальным изобретением. В нашей стране считают, что одним из изобретателей был Александр Степанович Попов.

Изобретение радио началось с устройства радиокондуктора Эдварда Бранли в 1890 году. Этот французский учёный создал свой прибор на основе идеи Генриха Герца, которая заключалась в том, что когда электромагнитная волна попадает на радиоустройство, возникает искра. Прибор Бранли использовали для приёма сигнала. Первым опробовал этот прибор на 40 метров англичанин Оливер Лодж в 1894 году. Александр Попов усовершенствовал приёмник Лоджа. Произошло это в 1895 году.

Термины

FM-радиоволны – применяется для транспортировки коммерческих радиосигналов (88-108 МГц).
Радиоволны AM – используются в коммерции (540-1600кГц).
Радиоволны – часть электромагнитного спектра с частотами 300ГГц – 3кГц (1-100 км).

Радиоволны – электромагнитные лучи, чья длина волны превышает ИК-излучение. По частоте достигает 300ГГц – 3кГц, а длина волны: 1-100 км. Они распространяются на световой скорости. Естественным путем создаются в молнии или космических явлениях. Искусственными источниками служат радиовещание, мобильная связь, радиолокация, спутники, компьютерные сети и прочие подобные приборы. Длинные волны способны покрывать значительную часть Земли. Короткие могут отражать ионосферу и путешествовать по миру.

Перед вами главные категории электромагнитных волн. Разделительные линии в некоторых местах отличаются, а другие категории могут перекрываться. Микроволны занимают высокочастотный участок радиосекции электромагнитного спектра

Специфика различных видов электромагнитных волн

Оптический диапазон характеризуется слабым взаимодействием света и вещества, а также тем, что в нем выполняются законы геометрической оптики.

Замечание 2

На частоты ниже оптического диапазона законы геометрической оптики уже не распространяются, а высокочастотное электромагнитное поле либо пронизывает вещество насквозь, либо разрушает его.

Видимый свет очень важен для всего живого на Земле, особенно для процессов фотосинтеза. Радиоволны активно применяются в телевидении, радиолокационных процессах, радиосвязи, т.к. это самые длинные волны спектра, которые могут быть легко сгенерированы с помощью колебательного контура (сочетания индуктивности и емкости). Радиоволны могут испускаться атомами и молекулами – это свойство находит применение в радиоастрономии.

Можно сформулировать общее утверждение, согласно которому источником электромагнитных волн являются частицы в атомах и ядрах. Они заряжены и движутся ускоренно.

В 1800 г. В. Гершель изучил на практике инфракрасную область спектра. Он расположил термометр ближе к красному краю спектра и увидел, что температура начала расти, значит, термометр нагрелся излучением, невидимым глазу. Инфракрасное излучение можно перевести в видимую часть диапазона с помощью специальных приборов (например, на этом свойстве основаны приборы ночного видения). Любое нагретое тело является источником инфракрасного излучения.

Ультрафиолетовое излучение было открыто И. Риттером. Он нашел невидимые глазу лучи за фиолетовой частью спектра и обнаружил, что они могут воздействовать на определенные химические соединения и убивать некоторые виды бактерий. Это свойство нашло широкое применение в медицине. Являясь частью солнечных лучей, ультрафиолет оказывает воздействие на человеческую кожу, способствуя ее потемнению (появлению загара).

В. Рентген в 1895 г. обнаружил еще один вид излучения, который был позже назван в его честь. Рентгеновские лучи не видны глазу и могут проходить через толстые слои непрозрачного вещества без значительного поглощения. Они также могут воздействовать на фотопленку и вызывать свечение некоторых видов кристаллов. Рентгеновские лучи широко применяются в области медицинской диагностики, а их способность воздействовать на живые организмы весьма значительна.

Определение 3

Гамма-излучением называется излучение, возникающее при возбуждении атомных ядер и взаимодействии элементарных частиц.

Гамма-излучение имеет наименьшую длину волны, следовательно, корпускулярные свойства у него наиболее выражены. Его принято рассматривать в качестве потока гамма-квантов. Существует перекрытие рентгеновских и гамма-волн в области длин 10-10-10-14 м.

Пример 1

Условие: объясните, что выступает в качестве излучателя для разных видов электромагнитных волн.

Решение

Электромагнитные волны всегда излучаются движущимися заряженными частицами. Они движутся ускоренно в атомах и ядрах, значит, именно там будет находиться источник волн. Радиоволны испускаются молекулами и атомами (единственный вид излучения, который можно воссоздать искусственным путем). Инфракрасное – за счет колебаний атомов в молекулах (здесь имеют место тепловые колебания, усиливающиеся с ростом температуры). Видимый свет создается отдельными возбужденными атомами. Ультрафиолетовый свет также является атомарным. Рентгеновские лучи создаются за счет взаимодействия электронов с высокой кинетической энергией с ядрами атомов, а также за счет собственного возбуждения ядер. Гамма-лучи образуются за счет возбужденных ядер и взаимном превращении элементарных частиц.

Пример 2

Условие: вычислите частоты волн в видимом диапазоне.

Решение

К видимому диапазону относятся волны, воспринимаемые человеческим глазом. Границы зрения индивидуальны и находятся в пределе λ=,38-,76 мкм.

В оптике используются два основных вида частот. Первая из них – круговая – может быть определена как ω=2πT (Т — период колебания волны). Вторая определяется как ν=1T.

Значит, мы можем связать одну частоту с другой при помощи следующего соотношения:

ω=2πν.

Зная, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна c=3·108 мс, запишем:

λ=сT→T=λc.

В этом случае для границ видимого диапазона получим:

ν=cλ, ω=2πcλ.

Поскольку мы не знаем длины волн видимого света, то:

ν1=3·108,38·10-6=7,9·1014 (Гц); v2=3·108,76·1016=3,9·1014 (Гц);ω1=2·3,14·7,9·1014=5·1015 (с-1); ω2=2·3,14·3,9·1014=2,4·1015 (с-1).

Ответ: 3,9·1014 Гц.

Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться

Все услуги

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

дальнейшее чтение

Boithais, Люсьен (1987). Распространение радиоволн . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Книжная компания Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-006433-4.
Роуэр, Карл (1993). Распространение волн в ионосфере . Дордрехт, Нидерланды: Kluwer Acad. Publ. ISBN 0-7923-0775-5.
Покок, Эмиль (2010). «Распространение радиосигналов». В Сильвере, Х. Уорд и Уилсон, Марк Дж. (Ред.). Справочник ARRL по радиосвязи (88-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига. Глава 19. ISBN 0-87259-095-X.
Гасеми, Адболла; Абеди, Али; и Гасеми, Фаршид (2016). Техника распространения в беспроводной связи (2-е изд.). ISBN 978-3-319-32783-9.

Создание ЭМИ и управление ЭМИ

Проектирование полной системы радиосвязи не является простым процессом. Тем не менее, очень легко создать электромагнитное излучение (ЭМИ), и на самом деле вы генерируете его, даже если не хотите этого. Любой изменяющийся во времени сигнал в любой цепи генерирует ЭМИ, это включает в себя и цифровые сигналы. В большинстве случаев это ЭМИ представляет собой просто шум. Если оно не вызывает никаких проблем, вы можете его игнорировать. В некоторых случаях оно может фактически мешать другим схемам, и в этом случае оно становится электромагнитными помехами (ЭМП).

Таким образом, мы видим, что радиочастотное проектирование заключается не только в создание ЭМИ; скорее, RF проектирование – это искусство и наука о генерации, манипуляции и интерпретации ЭМИ таким образом, чтобы можно было надежно передавать полезную информацию между двумя схемами, которые не имеют прямого электрического соединения.