Кугушев А.М., Голубева Н.С. Основы радиоэлектроники. Линейные электромагнитные процессы (1969) (1092090), страница 44
Текст из файла (страница 44)
ния нрн распространении в нижних слоях ионосферы О, Е н Гь волны этого диапазона многократно отражаются слоем Гэ н поверхностью Земли; в результате этого возможна радиопередача сигналов до антипода и кругосветное эхо, Последнее явление заключается Е. Е, Рнс. 3-! 13. Распространение клраткнк волн вокруг Земли. Угдлгмр«гшдл «ал блл«к — 334— Рнс. 3-115. Распространение радиоволн пнапазонов СДВ, ДВ, СВ и КВ.
нс. 3-!14, Образование зоны молчании при распространении коротннх волн. Рнс. 3-1!6. Схема подземного волноподного распространения СДВ. |, У вЂ” поверхностный слай а большой ар«в«дама«тью: З вЂ” надземный слой с мазай ар«вадим«стью « — глубока« слои с большой араааякмастью в том, что радиосигнал обегает закрут Земли (рис. 3-113), иногда многократно. Волны длнюй 50 — 100 .ч, называемые «ночными», распространяются лучше ночью и~тому, что в это время суток вслепствие уменьшения плоыюсти ионпзации слоев О и Е уменьшается в этих слоях поглощение энергии поля прн частотах, соответствующих волнам 50 — 100 м.
Волны длиной 1Π— 50 м, называемые «дневными», лучше проходят днем, чси ночью, за счет отражения от слоев Р|ир,. Земная волна в диапазоне КВ сравнительно быстро затухает, ввиду чего дальность распространения КВ у поверхности леыл|| практически ограничивается дистанпией менее 100 км. Это явление приводит к образованию зои молчания (рнс 3-1!4), Расчет радиоснязн иа КВ производится по полуэмпирическнм формулам и картам прохождения соответствующих длин волн в зависимости о| географии местности, суток и иременн года.
Средние волны (СВ) заметно поглощаются в слое О, а в полное время, когда этот случай почти исчезает, отражаются слоем В, Вследствие этого в дневное время СВ распространяются в виде земной волны на сравнительно небольшие (менее 1 000 км), а ночью в виде пространственной волны на значительные расстояння (более 2000 км). Расчет дальности радиосвязи на средних волнах для дневного воеыенп производят на основе формулы (2-6-!8) с учетом выражений (3.8-6) — (3-8-8); прн этом пользуются графиками Международного консультативного комитета по радиосвязи Пример такого графнка дан на рис, 3-96. Дзльность радиосвязи в ночные часы рассчитывают по полуэмпнрическим формулам и картам прохождения радиоволн.
Длинные в сверхдлиииые волны (ДВ и СДВ) распространя|отся в виде земной водны, вызываеыой днфракцней, и в виде пространственной волны, движущейся в волноводе, образованном поверхностью Земли и слоем О (рис. 3.115). На расстояниях свыше 2 000 км преобладает поле пространственной волны. Расчет радиосвязи на ДВ и СДВ производится по тем же графикам, что и на СВ, а с учетом поля пространственной волны — по полуэмпирическнм формулам. Заметил|, что условия распространения ДВ н СДВ мало зависят от состояния ионосферы; поэтому радиосвязь иа этих волнах более устойчива, чем на СВ и КВ.
При больших мощностях радиопередат|иков и при антеннах больших размеров на ДВ и СВ возможна связь на расстояния !ОООО км и большс. СДВ могут распространяться без сравш|тельно большого поглощения в верхних слоях земной коры, обладающих малой проводимостью Рисунок 3-! 16 иллюстрирует «волноводное» подземное распространение СДВ. внутри проводника соответствует отсутствию движения зарядов, т. е. условию электростатического поля. Поверхностный слой проводника, в котором скапливается заряд, в пределах макроскопической электродинамики м можно считать бесконечно тонким, поскольку он является слоем нескомпенсированных элементарных зарядов.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ СТАТИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 4-1. УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ Е= Π— 336— (4-1-1) Поле, называемое электростатическим, создается неподвижными зарядами, Строго говоря, статических полей не существует, так как элементарные заряды находятся в тепловом движении.
Однако длины пробега элементарных частиц по сравнению с линейными размерами изучаемых областей малы, и поэтому можно считать, что среднее значение напряженности магнитного поля, создаваемого хаотически движущимися элементарными зарядами, равно нулю. Создающие электростатические поля статические заряды обычно сосредоточены на проводниках и на диэлектриках. Это могут быть; а) заряды избыточные, т. е. приданные данному телу извне (рис.
4-1); при этом создается заряженный проводник или заряженный диэлектрик, несущий заряд ~д! )О; б) заряды, индуцнрованные внешним полем, в которое внесено данное тело (рис. 4-2); в этом случае создается соответственно поляризованный проводник или поляризованный диэлектрик, причем его заряд (д~ =О. Так как в проводниках всегда есть свободные электроны, то в процсссс установления статических зарядов в проводящем теле возникает ток.
Течет он до тех пор, пока напряженность электрического поля внутри проводника станет равной нулю, а заряды распределятся по поверхности проводника, создавая в окружающем его пространстве электростатическое поле. Условие ЕЮ бнб б') Рис, 4-1. Пронолящее (и) и лнзчск- трическое (б) заряженные тела Рис. 4-2. Проволящсе (а) и диэлектрическое (б) поляризо- ванные тела.
Так как в диэлектриках электроны связаны внутри молекулярной структуры, то при установлении статических зарядов в диэлектрике происходит смеШение электронов около равновесного состояния. Это смещение вызывает кратковременный ток, длящийся до завершения процесса установления статического поля вне и внутри диэлектрика. В отличие от проводника внутри диэлектрика Е+О. (4-1-1Ю Согласно выражениям (1-4-!5) и (1-1-3) электростатическое поле описывается уравнениями го1 Е = О, с1!н Р = р, Е = — пгас(ср, 0 = е, Е (4.1-2) 22 — 552 — ЗЗ?— (4-1-2а) Здесь (р' — потенциал поля в точке 51' и (р — в точи~ 51, 1/ — разность потенциалов этих точек, называемая электрически м н а п р я же н и ем. Во многих задачах, связанных с электростатическим полем зарядов, расположенных в конечной области пространства, потенциал бесконечно удаленной точки удобио принимать равным нулю.
Тогда электростатический потенциал точки М р.=(/= )'В (1, (4-1 За) т. е. он определяется работой на перемещение единичного заряда из данной точки в бесконечность. В области, где существуют заряды, потенциал ф определяется согласно выражению (1-7-7) уравнением Пуассона (4-1-4) и удовлетворяет граничным условиям (1-5-3), (1-5-6) Р„,— Р„,=-; ) л(2> л(!> ' Эти уравнения показывают, что в электростатическом поле электрические силовые линии не замкнуты н опираются своими концами на заряды. Так как Š— сила, действующая на находящийся в данном поле единичный заряд, то при перемен>енин его вдоль пути (/1 работа сил поля равна: Ж/ = (Е(11) = Е((1х,, При перемещении единичного заряда из точки поля Я в точку поля М' полная работа (/ = ) Е(г/х(.
1( Так как согласно выражению (Д-3-9) Е(г/х(= — дгас1 (рг(х(= — (1(р, то м' (/лл — ) йр= р — т'. (4-1-3) м решение которого согласно формуле (1-7-15) имеет вид: 1 ('р (р = — ) — (>О. 4лел,) (4-1-4а) Общее решение этого уравнения в сферических коорди- натах согласно формуле (Д-6-55б) имеет вид: (р = ~, ~ ~(С лгл+ С, г 'л+1>) Р'"(соз 6) >4 л=О (л=.О и (А,„, соз >па + А„„з(п т(х).
(4-1-5а) Так как оператор Л обозначает вторую производную по координатам пространства, то потенциал в пространстве, лишенном зарядов согласно формуле (4-1-5) максимумов и минимумов не имеет, а изменяется монотонно. Из у авнеиия (4-1-4) следует, что в месте расположения зарядов потенциал имеет миниму.м или максимум в зависимости от знака заряда. При решении уравнений (4-1-4) и (4-1-5) постоянные интегрирования находят нз удовлетворения граничным условиям, которые получаются из условий ( - — ) и сводятся к следующему: а) при переходе через поверхность раздела двух сред потенциал остается непрерывным, т, е.
(4-1-6) (Р(,> = (Р(2> ' в противном случае напряженность поля, определяемая ь производной потенциала по направлению, обращалас бы в бесконечность, что физически невозможно; б) на границе двух диэлектриков д(р 2> . д(р(1> — е — + е„— =х, дл дл (4-1-7) д(р(2> д(р(1> У дт дт В области, где заряды отсутствуют, потенциал подчиняется уравнению Лапласа Л,Р=О. (4-1-5) в) на границе проводник — диэлектрик о~р е, — = — к, аа дп (4-1-8) ды„) дЧ т — = — = О.
дт дт В среде, не содержащей зарядов, согласно формуле (4-1-2) электростатическое поле описывается уравнениями го! Е =- 0; (4-1-9) б(ув = О; П = е, Е. Уравнения электростатического ноля можно написать и иа основании уравнений монохроматнческого поля, если подставить в последние Т вЂ” а оо (4-1-!0) или (4-!-10а) т. е. представить электростатическое поле как частный случай монохроматического, описываемого выражением Е=Е соз(ы!+ф). Рассматривая это поле в момент времени, определяемый из условии (о)!+ тр) = й2м, где й — целое число, можно принять напряженность электростатического поля равной амплитуде электрической составляюгцей монохроматичсского поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
