Электромагнитная волна представляет собой возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля, распространяющееся с конечной скоростью.
Наиболее простой случай – плоскую электромагнитную волну – можно реализовать, используя двухпроводную линию W, к одному концу которой подключен генератор высокой частоты G, индуктивно связанный с ней (рис.1).
Такая система носит название линии Лехера (по имени австрийского физика Э.Лехера, исследовавшего распространение в ней электромагнитных волн).
Расстояние между проводами линии должно быть весьма мало по сравнению с длиной волны, чтобы избежать заметного излучения электромагнитных волн в пространство. Длина же линии должна быть большой.
Если длина линии бесконечно велика, то в ней возникает бегущая плоская волна, причем основные процессы, происходят в пространстве, окружающем провода. Сами же провода линии играют вспомогательную роль, задавая определенное направление распространения волны. Электрический и магнитный векторы электромагнитного поля перпендикулярны проводам, вдоль которых волна распространяется (поперечная волна), и их колебания совпадают по фазе:
, (1)
, (2)
где Е0, Н0 – амплитуды колебаний напряженности электрического и магнитного поля соответственно; х – координата, отсчитываемая от начала линии в направлении распространения волны; ω = 2πf – циклическая (круговая) частота; k=ω/V= 2π/λ –волновое число, V – скорость распространения волны, f – частота колебаний, λ – длина волны.
При этом вектор напряженности электрического поля колеблется в плоскости, проходящей через провода линии, а вектор напряженности магнитного поля - перпендикулярно ей (рис.2).
Рисунок 2 - Распределение электрического и магнитного полей в бегущей
электромагнитной волне
Если же линия имеет ограниченную длину, то на ее концах должны выполняться определенные граничные условия. Если концы обоих проводов свободны, то на этих концах должна обращаться в нуль напряженность магнитного поля Н (и сила электрического тока I); если же линия закорочена, то есть на конце линии провода замкнуты перемычкой с пренебрежимо малым сопротивлением, то на этом конце должна быть равна нулю напряженность электрического поля Е (и напряжение между проводами U).
Достигнув конца линии, волна отражается и бежит в обратном направлении. При наложении бегущей и отраженной волн в линии возникает стоячая волна, описываемая уравнением:
(3)
В стоячей волне в каждой точке совершаются колебания с амплитудой 2Аcoskx. Точки, в которых coskx = 0, и амплитуда колебаний в стоячей волне обращается в нуль, называются узлами. Точки, в которых coskx = ± 1, и амплитуда колебаний достигает максимального значения, называются пучностями. Узлы как бы разделяют пространство на автономные области, в которых совершаются независимые гармонические колебания. Передачи энергии от одной области к другой не происходит, поэтому волна и называется стоячей.
В стоячей электромагнитной волне можно выделить две стоячие волны – электрическую и магнитную:
(4)
. (5)
Колебания электрического поля сдвинуты относительно колебаний магнитного поля по фазе на π/2, кроме того, пучности электрического поля совпадают с узлами магнитного поля, а узлы – с пучностями (рис.3).
Рисунок 3 - Распределение электрического и магнитного полей в стоячей
электромагнитной волне
В ограниченной двухпроводной линии амплитуда стоячей волны будет максимальной, если частота генератора совпадает с одной из собственных частот линии. Это явление называется резонансом. Собственные частоты определяются соотношением:
где V – скорость распространения электромагнитной волны , а λn - длина волны, зависящая от длины линии и условий на ее концах (рис.4). Как видно из рис.4, для линии, разомкнутой на обоих концах, длина линии должна быть равна или кратна половине длины волны (рис. 4а) (λn = 2l/n). Для линии, замкнутой на одном конце и разомкнутой на другом, на длине линии должно укладываться нечетное число четвертей длины волны (рис. 4б):
(6)
то есть λn = 4l/(2n +1).
Рисунок 4 -Распределение напряжения U и силы тока I для двух первых
собственных колебаний в двухпроводной линии:
а) разомкнутой на обоих концах;
б) замкнутой на одном конце
Еще до экспериментального исследования свойств электромагнитных волн Максвелл, исходя из построенной им теории электромагнитного поля, вычислил скорость их распространения. В вакууме она равна
(7)
где ε0= 8,85·10-12 Ф/м – электрическая постоянная, μ0 = 4π·10-7 Гн/м – магнитная постоянная. Таким образом, теория Максвелла предсказала, что скорость распространения электромагнитных волн должна равняться скорости света, а факт совпадения скоростей явился одним из первых указаний на то, что свет имеет электромагнитную природу.
Исследуя стоячие волны в двухпроводной линии, можно определить скорость распространения электромагнитных волн экспериментально. Действительно, измерив длину стоячей волны и частоту генератора, можно найти скорость волны по формуле:
(8)
Для электромагнитных волн в воздухе V должно быть примерно равна скорости света в вакууме с.
и магнитный 
векторы электромагнитного поля перпендикулярны проводам, вдоль которых волна распространяется (поперечная волна), и их колебания совпадают по фазе:
, (1)
, (2)
(3)
(4)
. (5)
(6)
(7)
(8)