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 увеличения расстояния от излучателя кривизна сферы уменьшается и волна приближается 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 г < Х/2п от источника. Пространство на расстояние г > Ук12п рассматривается как дальняя зона. Размытая граница между ближней и дальней зонами 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 1/г³. Магнитное поле электрического вибратора имеет меньшую напряженность, но убывающую медленнее — Н ~ 1/г². 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 г.

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 г³, меньшая напряженность Е электрического поля — обратно пропорциональна г². В переходной зоне зависимость напряженности электрического и магнитного полей от г изменяется от соотношения 1/г² до соотношения 1/г в дальней зоне.

3. Величина связи между электрическими и магнитными компонентами электрического поля и равная Z = Е/Н называется по аналогии с законом Ома волновым сопротивлением. Волновое сопротивление Z_о 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» Z_о. Поэтому электрическое поле в ближней зоне называют также высокоимпедансным. В связи с тем что в ближней зоне напряженность магнитного поля, излучаемого магнитной рамкой, значительно больше напряженности электрического поля, в ней волновое сопротивление Z «Z_о. Такое поле называют иизкоимпедансным.

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 наблюдаются колебания волнового сопротивления. В дальней зоне независимо от вида источника присутствует электромагнитное поле, волновое сопротивление которому в вакууме составляет 377 Ом.

Следовательно, при оценке уровней радиосигналов вблизи источников излучения необходимо учитывать существенно более сложный характер распространения электромагнитной волны по сравнению с традиционно рассматриваемым в дальней зоне.