Электромагнитные излучения сосредоточенных источников

Если сосредоточенный анизотропный излучатель представить в виде точки, от которой электромагнитные волны распространяются по всем направлениям с одинаковой энергией, то фронт волны образует сферу. Но по мере увеличение расстояния от излучателя кривизна сфера уменьшается и волны приближаются к плоской электромагнитной волне.

По характеру распространения электромагнитной волны от сосредоточенного источника окружающего его пространство делят на 3 зоны: ближнюю, переходную и дальнюю. Условная граница между ними размыта. Ближняя зона располагается на удалении от источника. Пространство на расстояние рассматривается как дальняя зона. Размытая граница между ближней и дальней называется переходной зоной.

В результате анализа уравнений Максвелла в разных зонах, можно сделать следующие выводы:

1. Если в качестве источника поля используется электрический вибратор, то в ближней зоне преобладает электрическое поле, напряженность Е которого убывает с расстоянием в зависимости . Магнитное поле электрического вибратора имеет меньшую напряженность, но убывающую медленнее – Н . При таком характере распространения электромагнитного поля электрического вибратора в переходной зоне значения напряженности электрической и магнитной составляющих сближаются, принимают одинаковые значения и убывают в дальней зоне обратно пропорционально r.

2. Если источником поля является магнитная рамка, то в ближней зоне Н Е. В этом случае характер распространения магнитной и электрической составляющих меняется на обратный: большая по величине напряженность Н магнитного поля уменьшается в ближней зоне обратно пропорционально r³, меньшая напряженность Е электрического поля – обратно пропорциональна r².В переходной зоне зависимость напряженности электрического и магнитного полей от r изменяется от соотношения до соотношения в дальней зоне.

3. Величина связи между электрического и магнитными компонентами электрического поля и равная Z = называется по аналогии с законом Ома волновым сопротивлением. Волновое сопротивление Z₀ свободного пространства (в вакууме) в дальней зоне равно 377 Ом. Так как напряженность электрического поля, излучаемого электрическим вибратором, в ближней зоне существенно выше напряженности магнитного поля, то в ней волновое сопротивление Z Z₀. Поэтому электрическое поле в ближней зоне называют также высокоимпедансным. В связи с ием что в ближней зоне напряженность магнитного поля, излучаемого магнитной рамкой, значительно больше напряженности электрического поля, в ней волновое сопротивление Z Z₀. Такое поле называют низкоимпедансным.

4. В обобщенном виде характер электромагнитного поля и изменения волнового сопротивления в зависимости от расстояния ее источника иллюстрируется на рисунке.

Рисунок 4.3 - Волновое сопротивление пространства электромагнитному полю

Обозначения: 1 — ближняя зона, 2 — переходная зона, 3 — дальняя зона, 4 — высокоомное электрическое поле, 5 — низкоомное магнитное поле, 6 — электромагнитное поле. Пунктиром на рисунке показана математическая зависимость, аппроксимирующая реальную.

На рисунке наглядно видно, что в зависимости от источника излучения для ближней зоны характерно преобладание электрического (с высоким волновым сопротивлением) или магнитного (с низким волновым сопротивлением) полей. С увеличением расстояния от штыревой антенны волновое сопротивление уменьшается со скоростью приблизительно 20 дБ/декада от больших значений (сотни кОм) до малых значений и на большом расстоянии асимптотически приближается к волновому сопротивлению вакуума. Волновое сопротивление рамочной антенны, наоборот, сначала увеличивается от долей Ома со скоростью 20 дБ/декада до сотен кОм и затем также асимптотически приближается к волновому сопротивлению вакуума. В переходной зоне наблюдается колебания волнового сопротивления. В дальней зоне независимо от вида источника присутствует электромагнитное поле, волновое сопротивление в вакууме составляет 377 Ом. Следовательно, при оценке уровней радиосигналов вблизи источников излучения необходимо учитывать сложный характер распространения электромагнитной волны по сравнению с традиционно рассматриваемым в дальней зоне.