Различают вынужденные электромагнитные колебания, поддерживаемые внешними
источниками, и собственные колебания, существующие и без них. В неограниченном
пространстве, а также в ограниченных системах с потерями энергии (диссипативных)
возможны собственные электромагнитные колебания с непрерывным спектром частот.
Пространственно ограниченные консервативные (без потерь энергии) системы имеют
дискретный спектр собств. частот, причём каждой частоте соответствует один или
неск. независимых типов колебаний (мод). Напр., между двумя отражающими плоскостями
в вакууме, отстоящими друг от друга на расстояние l, возможны только
синусоидальные электромагнитные колебания с круговыми частотами wn = npс/l,
где п - целое число. Собств. колебания имеют вид синусоидальных стоячих
волн, в к-рых колебания векторов Е и Н сдвинуты
во времени на Т/4 (Т=2p/w- период колебаний), а
пространственные распределения их амплитуд смещены на l/4 (l = cT - длина волны), так что максимумы (пучности) Е совпадают с нулями (узлами)
Н, и наоборот. В таких элекромагнитных колебаниях
энергия в среднем не переносится
в пространстве, но внутри каждого четвертьволнового участка между узлами полей
происходит независимая от др. участков периодич. перекачка электрич. энергии
в магнитную и обратно.
Представление электромагнитных колебаний в виде суперпозиции мод с дискретным или непрерывным спектром допустимо для любой сложной системы проводников и диэлектриков, если поля, токи, заряды в них связаны между собой линейными соотношениями. В квазистационарных системах, размеры к-рых <<l, области, где преобладают электрич. или магн. поля, могут быть пространственно разделены и сосредоточены в отд. элементах: Е-в ёмкостях С, Н-в индуктив-ностях L. Типичный пример системы с сосредоточенными параметрами - колебат. контур, где происходят колебания зарядов на обкладках конденсаторов и токов в катушках самоиндукции. Электромагнитные колебания в ограниченных консервативных системах с распределёнными параметрами С и L имеют дискретный спектр собств. частот.
В средах эл--магн. поле взаимодействует с заряж. частицами (электронами, ионами), создавая индуцированные токи. Токи проводимости обусловливают потери энергии и затухание электромагнитных колебаний; токи, связанные с поляризацией и намагниченностью среды, определяют значения её диэлектрических и магнитных проницаемостей, а также скорость распространения в ней эл--магн. волн и спектр собств. частот электромагнитных колебаний. Если индуцир. токи зависят от Е и Н нелинейно, то период, форма и др. характеристики электромагнитных колебаний зависят от их амплитуд; при этом принцип суперпозиции недействителен и может происходить перекачка энергии электромагнитных колебаний от одних частот к другим (см. Нелинейная оптика). На этом основаны принципы работы большинства генераторов, усилителей и преобразователей частоты электромагнитных колебаний.
Возбуждение электромагнитных колебаний в устройствах с сосредоточенными параметрами, как правило, осуществляется путём прямого подключения к ним генераторов, в ВЧ-устройствах с распределёнными параметрами - при помощи элементов связи (вибраторов, петель связи, рамок, отверстий и др.), а в оптических устройствах - применением линз, призм, отражающих полупрозрачных зеркал и т. д.
М. А. Миллер, Л. А. Островский.
|
|
 |
