Плоские электромагнитные волны в свободном пространстве, скорость распространения волновое сопротивление вакуума. Классификация электромагнитного излучения по частоте и длине волны.
Среди разнообразных типов волновых процессов можно выделить плоские монохроматические волны, которые представляют бегущие в пространстве возмущения каких-либо физических величин, зависящих от временной t и пространственной 
переменных по закону
A = A0 exp{- iw t+ 
+ j0)
При записи электрического и магнитного полей введена комплексная функция
exp{ij} = cosj + i sinj,
где i - мнимая единица, определяемая соотношением i2 =- 1. Величина A0 называется амплитудой волны, j = - w t + + j0 - фазой волны, w – циклическая частота, 
– волновой вектор, j0 – фаза начального возмущения. Модуль волнового вектора равен k=2p/l, где l (м) - длина волны, измеряемая в метрах. На практике обычно используется частота f=w /2p (Гц), измеряемая в единице герц, численно равной обратному периоду колебания f = 
, или количеству колебаний, совершаемых за одну секунду. Поверхность, постоянной фазы
j = - w t+ + j0 = const
называется волновым фронтом. Волновой фронт плоской волны является плоскостью, ортогональной направлению волнового вектора .
В свободном пространстве (вакууме), где отсутствуют заряженные частицы и внешние токи, плоские электромагнитные волны являются решениями уравнений Максвелла для напряженности электрического поля 
и индукции магнитного поля 
, которые в дифференциальной форме имеют следующий вид:
rot = - 
, div =0;
rot = e0 m0 
, div =0.
.
В системе СИ Вектор измеряется в единице вольт/метр (В/м), единицей изменения вектора является тесла (Тл). Для удобства практических расчетов часто вводят напряженность магнитного поля 
= /m0, измеряемую в единице ампер/метр (A/м). Константы e0 = 8.85 10–12(Ф/м) и m0=1.26 10–6 (Гн/м) называются соответственно диэлектрической и магнитной проницаемостями вакуума, здесь фарад (Ф) – единица емкости, генри (Гн) – единица индуктивности.
Будем искать решение уравнений Максвелла в виде плоских электромагнитных волн
= 
exp{- iw t + i }; = 
exp{- iw t + i }
Векторы и являются комплексными, они определяют направления, амплитуды и фазы начальных возмущений электрического и магнитного полей.
Подставляя электрическое и магнитное поля уравнения Максвелла, приходим к системе алгебраических уравнений для комплексных амплитуд полей
[ ´ ] = w , ∙=0;
[ ´ ] = - 
w , ∙=0.
Квадратные скобки обозначают векторные произведения, из свойств которых следует, что векторы , и являются взаимно ортогональными
^ ^ .
Это значит, что электромагнитные волны являются поперечными, т. е. колебания электрического и магнитного полей всегда происходят в плоскости волнового фронта, ортогональной волновому вектору . Умножая полученные уравнения векторно на
[ ´ [´ ]] = w [ ´ ]; [ ´ [ ´ ]] = -
w [ ´ ] и используя векторное тождество 
, приходим к уравнениям для электрического и магнитного полей вида
(k2 -w2/с2) = 0 ; (k2 -w2/с2) = 0.
При отличных от нуля амплитудах полей и решением этих уравнений является дисперсионное соотношение, связывающее волновое число и частоту волны
w / k = ± c ,
где c=
=2.998∙108(м/с) является скоростью распространение плоской электромагнитной волны в вакууме
Отношение амплитуд напряженностей электрического и магнитного полей в электромагнитной волне в свободном пространстве составляет
E0/H0 = Zв = 
и называется волновым сопротивлением вакуума, его величина в системе СИ равна
Zв = 120p = 377 Ом.
|
Далее приведена классификация диапазонов радиоволн и их принятые названия в отечественной и зарубежной литературе
Частота | длина волны | Название диапазона | Название диапазона |
(0.3¸3) кГц | 100¸1000 км | Ultra low freq. (ULF) | |
(3¸30) кГц |
| Very low freq. (VLF) | Сверхдлинные (СДВ) |
| ( | Low frequency (LF) | Длинные волны (ДВ) |
( | (0.1¸1) км | Middle frequency(MF) | Средние волны (СВ) |
(3¸30 ) МГц | (10¸100) м | High frequency (HF) | Короткие волны (КВ) |
(30¸300) МГц | (1¸10) м | Very high freq. (VHF) | Метровые волны (МВ) |
(0.3¸3) ГГц | (0.1¸1) м | Ultra high freq. (UHF) | Дециметровые (ДМВ) |
(3¸30) ГГц | (1¸10) см | Сантиметровые (СМВ) | |
(30¸300) ГГц | (1¸10) мм | Миллиметровые (ММВ) |
кГц
) км
) МГц
Основные порталы (построено редакторами)