Наносекунды: 3. Электромагнитные колебания

Каждый вид равномерного движения — будь то свет, звуковая волна, или перемещение какого-то тела — дает нам дополнительную связь между типичными расстояниями и типичными временами

Каждый вид равномерного движения — будь то свет, звуковая волна, или перемещение какого-то тела — дает нам дополнительную связь между типичными расстояниями и типичными временами. На этой диаграмме можно проследить, как одно связано с другим. Например, расстояния порядка метра отвечают наносекундам, если речь идет о световых импульсах, миллисекундам, если о звуке, и секундному диапазону, если мы смотрим на движение окружающих нас тел

скорость света
c ≈ 300 000 км/с = 0,3 м/нс

Каждый вид движения связывает масштабы расстояний и времен. Чем короче временные промежутки, тем меньше расстояния, которые можно пройти за это время. В наносекундном диапазоне всякое механическое движение заметно только на микроскопических расстояниях. И только свет и другие виды электромагнитных волн успевают за 1 наносекунду пройти вполне макроскопическое расстояние — около 30 см. Выражаясь фигурально, электромагнитные колебания — это единственная зацепка между наносекундами и макроскопическим миром.

Скорость света связывает длину волны λ и частоту f (или период T) электромагнитной волны:

λ = c T = с / f.

Скажем, колебание с периодом T = 10 нс отвечает частоте f = 100 МГц и длине волны λ = 3 метра. На шкале электромагнитных волн метровый диапазон длин волн отвечает коротким и ультракоротким радиоволнам; сюда попадает радиовещание с частотной модуляцией (FM), телевидение, множество выделенных диапазонов для гражданской связи и коммуникационных нужд различных служб.

Та исключительная роль, которую в современном технологическом обществе играет наносекундный диапазон периодов (т. е. мегагерцевый диапазон частот) электромагнитных колебаний, вполне объяснима. Мы излучаем и детектируем радиоволны обычными, макроскопическими антеннами. Мы также хотим, чтобы радиоволны не слишком блокировались естественными — а значит, тоже макроскопическими! — препятствиями. Это означает, что длины волн должны тоже быть макроскопическими — а значит, частоты должны попадать в мегагерцевый диапазон. Для еще более коротких волн требуются миниатюрные антенны — так уж устроен процесс излучения, — но тогда и поглощаться и рассеиваться окружающими предметами они будут намного сильнее. Более длинные волны, в принципе, подойдут. Но тут в игру вступает еще один важный аспект радиосвязи — информационный. И об этом стоит поговорить отдельно.


0
Написать комментарий

    Элементы

    © 2005-2017 «Элементы»