Связь электромагнитным излучением.

Любой контур электрической цепи может выполнять роль магнитного излучателя, так как он обладает магнитным дипольным моментом.

Любое сечение электрической цепи может выполнять роль электрического излучателя, так как оно обладает электрически дипольным моментом.

Из теории электромагнитного поля известно, что распределение электродинамических потенциалов вокруг элементарного электрического излучателя описывается следующими формулами:

(1)

(2)

- комплексное действующее значение вектора дипольного момента.

Формулы (1) и (2) записываются для случая, когда точка наблюдения (точка приемника сигнала) находится в вакууме и сам излучатель находится в вакууме, а вблизи этой системы отсутствуют другие вещественные тела. Распределение вектора магнитного потенциала вокруг элементарного магнитного излучателя описывается формулой:

- циклическая пространственная частота электромагнитной волны вокруг излучателя,

- длина волны, , где- скорость света в вакууме,- частота тока в излучателе.

- комплексное действующее значение вектора магнитного дипольного момента излучателя.

Из формул (2) и (3) видно, что электромагнитное поле вокруг излучателей имеет две составляющие:

- консервативную

- волновую.

С ростом расстояния от излучателя до точки наблюдения консервативная составляющая убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, а волновая составляющая убывает обратно пропорционально первой степени расстояния. В связи с этим можно выделить три зоны излучения:

1) Ближняя зона, здесь волновой составляющей поля можно пренебречь, наблюдается в основном консервативная составляющая.

Если излучатель электрический, то эта составляющая поля по своим свойствам близка к электростатической.

Если это магнитный излучатель, то данная составляющая поля по своим свойствам близка к магнитостатическому полю. В ближней зоне излучения связь между источником и приемником в случае электрического излучателя носит емкостной характер, а в случае магнитного излучателя она носит индуктивный характер.

2) Дальняя зона. В ней консервативной составляющей поля можно пренебречь, в основном действует только волновая составляющая.

3) Средняя зона излучения. Здесь нельзя пренебречь ни волновой, ни консервативной составляющей.

Через электромагнитные потенциалы можно выразить векторы электромагнитного поля:

Отношение комплексной напряженности электрического поля к комплексной напряженности магнитного поля называется волновым сопротивлением электромагнитного поля .

Волновое сопротивление среды равно квадратному корню отношения абсолютной магнитной проницаемости среды к абсолютной диэлектрической проницаемости среды.

, для вакуума .

Волновое сопротивление поля зависит от расстояния от точки наблюдения (точки приемника) до точки источника. В дальней зоне излучения независимо от типа излучателя волновое сопротивление поля стремится к волновому сопротивлению среды. В этом случае напряженность электрического поля и напряженность магнитного поля направлены в пространстве перпендикулярно друг другу и перпендикулярно направлению распространения волны. Если электромагнитная волна распространяется в вакууме, то начальные фазы векторов исовпадают. Соотношениекбудет постоянной величиной, равной сопротивлению среды.

Синий цвет показывает зависимость волнового сопротивления поля от расстояния между источником и приемником в случае электрического излучателя. Красным показана та же зависимость в случае магнитного излучателя.

- волновое сопротивление вакуума. В логарифмическом масштабе по горизонтальной оси обозначено , по вертикальной - - волновое сопротивление поля в Ом.

Если излучатель электрический, то в ближней зоне излучения волновое сопротивление поля больше волнового сопротивления вакуума. Здесь преобладает электрическое поле. В этом же случае поле близко к электростатическому. Такие электромагнитные поля в технике электромагнитного поля называют высокоимпедансными.

Когда расстояние между источником и приемником становится равным , то волновое сопротивление поля становится равным волновому сопротивлению вакуума, а это и есть граница ближней зоны излучения.

С ростом расстояния волновое сопротивление поля уменьшается и на некотором расстоянии достигает минимума.

В средней зоне излучения электромагнитное поле электрического излучателя является низкоимпедансным, то есть преобладает магнитная составляющая поля. Когда расстояние между источником и приемником достигает около волновое сопротивление поля становится равным волновому сопротивлению вакуума и дальше практически не изменяется с ростом расстояния. Это и есть дальняя зона излучения.

Если излучатель магнитный, то в ближней зоне излучения волновое сопротивление поля меньше волнового сопротивления вакуума. Здесь преобладает магнитная составляющая поля и по своим свойствам поле близко к магнитостатическому. Такие поля называются низкоимпедансными в технике магнитной совместимости.

Когда расстояние между источником и приемником достигает , то волновое сопротивление поля становится точно равным волновому сопротивлению вакуума (среды). Далее с ростом расстояния волновое сопротивление поля увеличивается и становится больше волнового сопротивления вакуума. Поле становится высокоимпедансным, то есть в этом случае преобладает электрическая составляющая поля.

Когда расстояние доходит до , волновое сопротивление становится примерно равным волновому сопротивлению вакуума и далее практически не зависит от расстояния. Описанный характер зависимости волнового сопротивления поля от расстояния между источником и приемником нужно учитывать при выборе средств защиты приемника от помех, передаваемых электромагнитным излучением.

В ближней зоне излучения связь между электрическим излучателем и приемником носит преимущественно емкостной характер, а связь между магнитным излучателем и приемником носит преимущественно индуктивный характер.