Įvadas
1864 metais elektromagnetinių bangų egzistavimą numatė Džeimsas Klarkas Maksvelas. Eksperimentiškai elektromagnetines bangas atrado vokiečių fizikas Henris Hercas. Elektromagnetinės bangos – tai erdvėje sklindantys susiję kintamieji elektrinis ir magnetinis laukai. Kintantis laike elektrinis laukas sukuria magnetinį lauką. Pastarasis taip pat kinta laike ir savo ruožtu kuria kintamą elektrinį lauką. Tokiu būdu tarpusavyje susiję elektrinis ir magnetinis laukai keliauja erdve ir, kas labai svarbu taikomąja prasme, perneša energiją. Šis procesas aprašomas dviem pirmosiomis Maksvelo (J.C. Maxwell) lygtimis.
Mobilieji telefonai – tai progresyvi ryšio technologija, kuri pastaruoju metu sparčiai plinta visame pasaulyje, tačiau ji visai neatsižvelgia į vartotojų sveikatą. Mobilusis telefonas šiuo metu tapo būtinybe. 2002 metais Niujorko Fast Track Wireless kompanijos atliktais mobiliojo ryšio tyrimais buvo nustatyta 1,1 milijardo abonentų kas sudarė apie 20 % visos žemės gyventojų. Reikia įvertinti ir tai kad iki šių dienų tas skaičius sparčiai didėjo. Tai reiškia kad šiuo metu mobilių telefonų naudojasi kas ketvirtas mūsų planetos gyventojas. Mūsų šalis pirmauja ir šioje srityje. Mobilieji telefonai gali spinduliuoti labai stiprius elektromagnetinius laukus. Analoginis mobilusis ryšys generuoja pastovius, o skaitmeninis pulsuojančius elektromagnetinius laukus, kurie atsiranda kintant elektros krūviams ir sklinda erdvėje šviesos greičiu.
Elektromagnetinių bangų sandara
Sklindančios elektromagnetinės bangos laukai pasižymi periodiškumu (periodiškai atsikartoja) tiek laike, tiek erdvėje. Bangos periodiškumą laike nusako jos dažnis f, parodantis, kiek lauko kitimo periodų įvyksta per laiko vienetą (sekundę). Nuotolis, per kurį banga atsikartoja erdvėje (t.y. elektrinio ir magnetinio laukų stipriai įgauna tą pačią fazę), vadinamas bangos ilgiu l. Jis priklauso nuo dažnio f ir nuo bangos sklidimo greičio v:
. (1)
Bangos sklidimo greitį v, dar kitaip vadinamą faziniu greičiu, lemia tik erdvės, kurioje sklinda banga, savybės:
(2)
t.y. erdvės absoliutinė dielektrinė skvarba e ir absoliutinė magnetinė skvarba m . Tuštumoje (vakuume) banga sklinda didžiausiu įmanomu greičiu – šviesos greičiu c:
; (3)
čia ir yra tuštumos atitinkamai elektrines ir magnetines savybes apibūdinančios konstantos. Kitose erdvėse (medžiagose) banga sklinda lėčiau:
; (4)
čia er=e/eo ir mr=m/mo yra medžiagos santykinės dielektrinė ir magnetinė skvarbos. Medžiagos lūžio rodiklis n parodo, kiek kartų banga medžiagoje sklinda lėčiau nei tuštumoje.
Atspindys ir lūžis
Krisdama į dviejų aplinkų (medžiagų) ribą elektromagnetinė banga suskyla į atsispindėjusią ir lūžusią (praėjusią) bangas. Atsispindėjusi banga sklinda pirmoje aplinkoje, bet kita kryptimi, negu krintanti. Lūžusi banga sklinda antrojoje aplinkoje, bet jos sklidimo kryptis taip pat nesutampa su krintančiosios bangos kryptimi (išskyrus tą atvejį, kai kritimo kampas j lygus nuliui, t.y. kai banga krinta statmenai dviejų aplinkų ribai). Visų trijų bangų sklidimo kryptis nusako dar 17a. olandų matematiko Snelijaus suformuluoti dėsniai:
1. Krintančios, atsispindėjusios ir lūžusios bangų sklidimo kryptys yra vienoje plokštumoje.
2. Kritimo kampas j (kampas tarp krintančios bangos sklidimo krypties ir statmens ribiniam paviršiui) lygus atspindžio kampui y (žr. 1 pav.).
3. Kritimo kampo j sinuso santykis su lūžio kampo y sinusu lygus bangos sklidimo greičių pirmoje ir antroje medžiagoje santykiui, arba antrosios medžiagos lūžio rodikliui pirmosios medžiagos atžvilgiu:
. (5)
1 pav. Plokščia elektromagnetinė banga ties dviejų aplinkų riba
Atsispindėjusios ir krintančios bangų elektrinio lauko amplitudžių santykis vadinamas atspindžio koeficientu r :
. (6)
Skaidrio koeficientas t parodo santykį tarp praėjusios (lūžusios) bangos elektrinio lauko amplitudės Ep ir krintančios bangos elektrinio lauko amplitudės Ek:
.
Bangai krintant į ribinį paviršių statmenai (j=0), skaidrio ir atspindžio koeficientai priklauso tik nuo tų medžiagų banginių varžų Zb1 ir Zb2:
(7)
ir
. (8)
Jei dviejų medžiagų banginės varžos lygios (Zb1=Zb2), tai tokios medžiagos vadinamos suderintomis, nes nuo jų ribos bangos neatsispindi (r=0). Kuo labiau skiriasi medžiagų banginės varžos, tuo didesnė dalis bangų atsispindi nuo tokių medžiagų ribos.
Banginė varža priklauso nuo medžiagos savybių. Gerų dielektrikų, kurių savitasis laidis s yra labai mažas (s®0), banginė varža lygi:
. (9)
Gerų laidininkų (s®) banginė varža yra labai maža:
, (10)
todėl bangos nuo gerų laidininkų (metalų) praktiškai pilnai atsispindi (t=0). Atspindžio mechanizmą galima aiškinti taip. Krintančios bangos elektrinis laukas E, sutikęs savo kelyje laidžią medžiagą (s¹0), pagal diferencialinį Omo dėsnį (J=s×E) indukuoja joje laidumo srovę, kurios tankis J. Laidžios medžiagos paviršiumi tekėdama laidumo srovė kuria magnetinį lauką. Laike kintantis magnetinis laukas savo ruožtu kuria kintamą elektrinį lauką. Elektrinis laukas kuria magnetinį ir t.t. Tokiu būdu gauname atsispindėjusią bangą.
Jeigu pirmoji medžiaga yra oras (e1»eo, m1»mo,
s1»0, n1»1), o antroji – nemagnetinis dielektrikas (m2»mo, s2»0), tai atspindžio koeficientas
; (11)
čia n2 – antrosios medžiagos lūžio rodiklis:
. (12)
Vadinasi, išmatavus kritimo ir lūžio kampus, galima rasti medžiagos, į kurią krinta banga, dielektrinę skvarbą.
Praktikoje patogiau šitą parametrą rasti panaudojant dielektrinę prizmę. Pastačius tokią prizmę elektromagnetinių bangų sklidimo kelyje, t.y. tarp siųstuvo ir imtuvo, bangos lūžta prizmės pagrindo pusėn (žr. 2 pav.). Žinant prizmės kampą a ir bangos trajektorijos lūžio kampą q galima rasti prizmės medžiagos santykinę dielektrinę skvarbą iš formulės: