6.1 Общие сведения о радиоволнах

В беспроводной электросвязи непосредственное соединение между источниками и получателями сигналов в виде электрических или оптических кабелей отсутствует. Средства радиосвязи, радиовещании и телевидения в качестве среды распространения электромагнитных волн обычно используют атмосферу Земли. Основные параметры системы связи в значительной степени определяются характеристиками распространения электромагнитных волн. Рассмотрим их подробнее.

Из курса физики известно, что проводник, по которому протекает постоянный электрический ток, создает в окружающем пространстве постоянное магнитное поле. В общем случае, практически любой отрезок проводника при протекании по нему переменного тока является источником переменного электромагнитного поля. Особенностью переменного электромагнитного поля является его способность распространяться в окружающем пространстве.

В свободном пространстве электромагнитные колебания распространяются прямолинейно и равномерно, то есть с постоянной скоростью, равной скорости света (с=3•10⁸ м/с). На распространение электромагнитных волн в несвободном пространстве существенное влияние оказывает окружающая среда. В частности, распространение радиоволн в условиях Земли зависит от многих факторов: рельефа местности, климатических условий, времени суток и года, и, в первую очередь, от длины волны этого колебания.

Электромагнитные волны, расположенные в диапазоне частот от 10 до 10¹³ Гц, используются в радиотехнике и называются радиоволнами. Международная классификация диапазонов радиоволн приведена в таблице 6.1. Длина волны λ электромагнитного колебания связана с частотой f этого колебания и скоростью с распространения электромагнитных волн в свободном пространстве соотношением

λ=с/f.    (6.1)

Упрощенный механизм формирования электромагнитного поля можно представить следующим образом. Протекающий по проводнику переменный ток в соответствии с законом электромагнитной индукции будет возбуждать в пространстве, окружающем диполь, переменное магнитное поле. Изменяющееся магнитное поле, в свою очередь, порождает в окружающем пространстве переменное электрическое поле. В процессе взаимного преобразования изменяющегося магнитного поля в электрическое, а переменного электрического поля в магнитное образуется единое электромагнитное поле. Явление возбуждения в пространстве электромагнитного поля переменным током, протекающим в проводнике, называется электромагнитным излучением.

В общем случае любой отрезок проводника, по которому протекает переменный ток, создает в окружающем пространстве электромагнитное поле. Эти явления связаны принципом двойственности: в любом отрезке проводника, находящемся в электромагнитном поле, индуцируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Величина ЭДС, наводимой в проводнике, зависит как от энергии электромагнитного поля, так и от конфигурации проводника и соотношения его размеров и длины волны электромагнитных колебаний.

Для оценки энергетических характеристик электромагнитных волн используют плотность потока мощности, проходящей через единицу площади, перпендикулярной направлению распространения волны. Если предположить, что источник излучения точечный (на практике это означает, что размеры источника излучения пренебрежимо малы по сравнению с длиной волны излучаемого колебания), то можно считать, что электромагнитная волна будет равномерно излучаться во всех направлениях. На удалении R от источника излучения плотность потока мощности П, создаваемой точечным источником, одинакова и определяется выражением

П = Р_Т / (4πR2),    (6.2)

где Р_Т - мощность источника излучения.

Дальность действия системы связи определяется мощностью передатчика и чувствительностью приемника. Напряженности электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля, создаваемого этим источником, определяются мощностью излучения источника Р_Т и удалением R от источника. Так, для оценки напряженности электрического поля Е_Т при распространении радиоволн в свободном пространстве можно использовать приближенное соотношение:

    (6.3)