Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение


Васильев Дмитрий Петрович
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Электромагнитная волна представляет собой векторный процесс, протекающий как во времени, так и в пространстве.

Так, полностью характеризующий этот процесс, вектор напряженности электрического поля Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение в общем случае описывается тремя своими проекциями, каждая из которых есть функция от четырех переменных: трех пространственных и времени.

При этом действует следующее ограничение: проекция вектора на направление распространения волны всегда равна нулю, так что этот вектор целиком расположен в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, именуемой «картинной плоскостью».

В простейшем случае направление вектора Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение электромагнитной волны остается параллельным некоторой прямой для любого момента времени и в любых точках пространства вдоль любого выбранного направления распространения волны.

Такая волна называется линейно поляризованной. Ясно, что указанная прямая (направление поляризации) должна принадлежать картинной плоскост

и. В данной плоскости всегда можно выбрать два ортогональных (взаимно перпендикулярных) направления поляризации, что соответствует двум ортогональным линейным поляризациям. При этом любая линейно поляризованная волна, распространяющаяся в данном направлении, может быть представлена как суперпозиция двух заранее зафиксированных ортогонально поляризованных волн.

Васильев Дмитрий Петрович
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
В случае когда волна распространяется вдоль поверхности Земли, часто рассматривают  ортогонально поляризованные волны с горизонтальной и вертикальной линейными поляризациями.

Закон изменения вектора Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение в направлении распространения линейно поляризованной волны в фиксированный момент времени представлен на рис. 1.1, причем здесь принято, что направление поляризации лежит в плоскости рисунка.

Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение

Расстояние между узлами графика, обозначенными засечками на оси абсцисс, есть длина волны Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение

Для того чтобы найти закон изменения Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение> во времени, например в точке А, положение которой обозначено на рисунке кружком, необходимо представить себе, что весь график начинает двигаться по стрелке со скоростью света с, а точка А остается неподвижной.

При этом, отсчитанная по графику напряженность поля в т. А, будет изменяться по синусоиде, которая и  представляет временную зависимость поля в данной точке.

Число периодов этой синусоиды  в единицу времени (круговая частота волны) определяется соотношением Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение. Отметим,  кстати, что и точка наблюдения А может, вообще говоря, перемещаться. При этом, если проекция ее скорости на направление распространения волны (радиальная скорость) составляет v, частота наблюдаемой в т. А синусоиды составит уже Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение. Сдвиг частоты колебания для движущегося наблюдателя именуется, как известно, эффектом Доплера. Приведенные соотношения показывают, что относительный сдвиг частоты за счет этого явления составляет

Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение


Часто в технике используют электромагнитные волны более сложной структуры, чем  линейно поляризованные; речь идет о волнах с эллиптической поляризацией.

Абрамян Евгений Павлович
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Такие волны  формируются в результате суперпозиции двух ортогональных линейно поляризованных  волн, распространяющихся в одном и том же направлении. При этом волны должны отличаться также сдвигом местоположений узлов на четверть длины волны.

Последнее означает, что если в данный момент времени в данной точке пространства напряженность поля одной из волн проходит через ноль, то для второй в тот же момент в той же точке она проходит через минимум или максимум (в зависимости от направления сдвига).


На рис. 1.2 представлена картина обеих указанных волн в фиксированный момент времени, причем ось х на этом рисунке совпадает с направлением их распространения, у — с направлением поляризации первой волны, a z — второй.

Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение

На рис. 1.3 представлен суммарный вектор напряженности поля первой и второй волн  в картинной плоскости в точках оси х с координатой Электромагнитные волны: определение, формула, обозначениев один и тот же момент времени.

Ясно, что при непрерывном перемещении вдоль оси х (момент времени зафиксирован),  вектор напряженности суммарного поля вращается, так что его конец описывает представленный на рис. 1.3 эллипс с отношением полуосей

Электромагнитные волны: определение, формула, обозначениеСоответственно, суммарная  волна называется эллиптически поляризованной, а величина Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение именуется ее коэффициентом эллиптичности (при определении последней величины в качестве Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение всегда выбирается  меньшая из напряженностей, так что <045.JPG>.

Такая волна характеризуется также направлением вращения вектора напряженности поля. Принято говорить об эллиптической поляризации правого вращения, если при взгляде  на картинную плоскость в направлении распространения волны этот вектор вращается по  часовой стрелке; в противном случае вращение считается левым.

Васильев Дмитрий Петрович
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Легко понять, что направление вращения определяется знаком сдвига фаз волн линейной поляризации, образующих  данную эллиптически поляризованную волну. Так, сдвиг на рис. 1.2 дает, как это следует из  рис. 1.3, волну с правой поляризацией. Если бы фаза первой волны отставала от второй —  поляризация получилась бы левой.

Частным случаем эллиптической является круговая поляризация, соответствующая значению коэффициента эллиптичности единица. Круговая  поляризация также бывает правого и левого вращений.


Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об энергетике, электротехнике и электронике
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: