Изменение напряженности электрического поля волны во времени и пространстве выражается формулой, аналогичной формуле для напряжения бегущей волны в линии [см. (1.1)] с тем различием, что в ней есть множитель 1/1г, отражающий сферический характер расхождения волны в неограниченной среде и нет множителя затухания (для среды без потерь).

Рассматривая бегущие волны, нередко используют понятие о волновом фронте как поверхности, на всех точках которой волна имеет в данный момент одинаковую фазу. В свободном пространстве излучение источника, имеющего малый размер по сравнению с длиной волны, дает сферический волновой фронт. Распространение волны происходит по нормали к волновому фронту.

Очень часто при решении задач отражения, преломления и рассеяния электромагнитных волн допускают существование плоской волны, т. е. волны с плоским фронтом, на котором не только фазы колебаний, но и их амплитуды одинаков.ы. Хотя идеально плоского фронта в природе и технике не сущес-вует, однако вдали от источника участок поверхности волнового фронта, будучи сферическим, мало отличается от участка касательной плоскости (рис. 1.6). При отличии по фазе на краях участка меньше 4... 5° (т. е. приращение расстояния на краях участка примерно 0,01 длины волны) для решения большинства практических задач, волну на этом участке, при условии одинаковой амплитуды напряженности поля на нем, можно полагать плоской.

Поляризация электромагнитных волн определяется направлением вектора напряженности электрического поля, который в общем случае может изменять направление и величину в течение периода колебаний.

Поляризация называется линейной, если за период колебаний конец вектора, представляющего собой мгновенное значение величины и направления электрического поля, описывает прямую линию в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. При этом конец вектора напряженности магнитного поля также описывает прямую, но перпендикулярную вектору Е и направлению распространения. Плоскость, определяемая направлением вектора электрического поля и направлением распространения, называется плоскостью поляризации волны. Горизонтально поляризованной называется волна, электрический вектор которой параллелен горизонтальной плоскости. Если же вектор напряженности электрического поля лежит в вертикальной плоскости, то волну называют вертикально поляризованной.

Возможна поляризация, при которой вектор напряженности электрического (а следовательно, и магнитного) поля не изменяет величины в течение периода колебаний, но вращается в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, делая один полный оборот за период (рис. 1.7). Такая поляризация называется круговой или поляризацией по кругу. Круговая поляризация может быть получена суперпозицией двух волн, одна из которых поляризована горизонтально, а другая - вертикально. Причем у этих волн должны быть одинаковые амплитуды и частоты, а фазы в каждой точке среды отличать-ся на 90°.

В том случае, если амплитуды волн не одинаковы или разность фаз не равна 90°, конец вектора напряженности электрического поля будет описывать эллипс, форма и ориентация которого зависят от отношения амплитуд волн и разности фаз между ними (рис. 1.8). Такая поляризация волны называется эллиптической. Она является общим случаем поляризации волны. Линейно 6

Рис. 1.7. Круговая поляризация:

- правого вращения; б - левого вращения; 1 - направление распространения; 2 - направление вращения

Рис. 1.8. Виды поляризации:

и - вертикальная линейная поляризация; б - горизонтальная линейная поляризация; в - наклонная линейная поляризация; г -круговая поляризация правого вращения; д - эллиптическая поляризация левого вращения (волны распространяются от читателя в сторону

рисуика)

поляризованная волна и волна круговой поляризации представляют собой лишь частные случаи эллиптически поляризованной волны.

Глава 2.

РАДИОЧАСТОТНЫЕ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

2.1. Основные процессы в линиях передачи

Как указывалось в предыдущей главе, когда линия замкнута на сопротивление, равное волновому, в ней возникает бегущая волна. При этом входное сопротивление линии (определяемое отношением напряжения в начале линии к току) равно волновому сопротивлению линии независимо от ее длины.

Если же сопротивление нагрузки не равно волновому, то в конце линии происходит отражение энергии и возникает волна, бегущая в обратном направления - от конца линии к ее началу. При этом в линии происходит суммирование прямой и обратной бегущих волн.

В результате наложения (интерференции) прямой и отраженной бегущих волн в линии, разомкнутой на конце, образуются стоячие волны тока и напряжения (рис. 2.1).

Напряжение

Напряжение

Рис 2.1. Стоячие волны тока и напряжения в разомкнутой на конце линии

«9

800 0=, О

Рис. 2.2. Распределение тока и напряжения вдоль линии, а также изменение входного сопротивления в зависимости от длины линии, нагруженной активным сопротивлением

На рис. 2.1,а изображены кривые распределения тока в одном из проводов линии (штриховая линия) и напряжения между проводами (сплошная линия) на участке длиной 1,5Я для некоторого момента времени. Для любого поперечного сечения линии токи в обоих проводах направлены в противоположные стороны.

На рис. 2.1,6 показаны кривые, которые можно получить при измерении тока вдоль линии с включенным амперметром в одном из ее проводов или при измерении напряжения с включенным вольтметром между проводами линии. Эти кривые уже не учитывают изменения фазы тока и напряжения в линии.

Следует иметь в виду, что ток и напряжение в каждой точке изменяются во времени от нуля до максимального значения по синусоидальному закону. Ток и напряжение сдвинуты между собой по фазе на угол 90°, что свидетельствует об отсутствии расхода энергии в самой линии и на ее конце.

Если фидерную линию замкнуть накоротко на конце, в ней также возникнут стоячие волны, но, в отличие от разомкнутой линии, на конце ее вместо пучности будет узел напряжения, а вместо узла тока - его пучность. Кривые распределения тока и напряжения как бы сдвинутся на четверть волны.

В соответствии с изменением тока и напряжения при изменении длины линии будет изменяться и ее входное сопротивление.

Разомкнутая па конце линия длиной менее чем четверть волны имеет емкостное сопротивление; при длине разомкнутой линии в четверть волны ее входное сопротивление равно нулю. При наличии небольших потерь в четвертьволновой линии входное сопротивление ее не было бы равным нулю, а имело бы некоторое малое значение и активный характер. В этом отношении четвертьволновая разомкнутая линия эквивалентна последовательному контуру, настроенному в резонанс.

Если линию нагрузить на конце сопротивлением, не равным волновому, то в линии возникнут бегущие и стоячие волны, накладывающиеся одна на другую (такой режим иногда называют режимом смешанных волн). Часть S