Дипольное излучение (излучение в волновой зоне или дальней зоне)

Приведённые формулы существенно упрощаются, если размеры системы много меньше длины излучаемой волны, то есть скорости зарядов много меньше c, а поле рассматривается на расстояниях много больших, чем длина волны. Такую область поля называютволновой зоной. Распространяющуюся волну можно в этой области считать практическиплоской. Из всех членов в выражениях дляисущественными оказываются только члены, содержащие вторые производные оттак как

Выражения для полей принимают вид

В плоской волне интенсивностьизлучения втелесный уголравна

поэтому для дипольного излучения

где — угол между векторамииНайдём полную излучаемую энергию. Учитывая, чтопроинтегрируем выражение поотдоПолное излучение равно

Укажем спектральный состав излучения. Он получается заменой вектора на егоФурье-компонентуи одновременным умножением выражения на 2. Таким образом,

27 излучение диполя Герца

 

Реализации эффекта

Дипольное излучение может быть реализовано на практике с помощью диполя Герца, представляющего собой элементарный электрический излучатель электромагнитных волн c длиной волны , возникающих в результате протекания переменного тока частотой по проводнику длинойl. Если предположить, что ток в проводнике изменяется во времени по гармоническому закону , то ему будет соответствовать изменяющийся во времени дипольный момент, где. Как видим, колебательному движению заряда в проводнике соответствует гармоническое изменение во времени дипольного момента заряда. Тогда, отлична от нуля вторая производная дипольного момента.

 

. (1)

Используя это соотношение (1), выпишем в сферической системе координат компоненты векторов напряжённости электрического и магнитного полей электромагнитной волны, излучаемой диполем Герца:

Экспериментальные исследование излучения и приёма электромагнитных волн, проведенные Г. Герцем. Открытие, а также теоретическое и экспериментальное исследование свойств электромагнитных волн было сделано Г. Герцем (1887–1888). В качестве источника электромагнитных волн Г. Герц использовал изобретённый им излучатель (рисунок 1), впоследствии названный в его честь диполем Герца.

Излучатель Герца

Рис. 1

Как следует из рисунка диполь Герца представляет собой два соосных проводника (полых внутри), разделённых небольшим промежутком, который называется искровым. Два ближайших конца проводников подключены к выходным клеммам источника электрического напряжения (индуктора), величина которого может плавно изменяться. При достаточно большом значении напряжения генератора возникает электрический пробой промежутка между вибраторами, в результате которого проскакивала искра в искровом промежутке. Катушки индуктивности L предназначены для предотвращения попадания колебаний тока на вибраторе обратно в индуктор.

Как следствие этого в двух проводниках диполя Герца возникают собственные затухающие колебания электрического тока, имеющие узлы на концах проводников. Из всех возможных типов колебаний тока (мод) наибольшую амплитуду имеют колебания с пучностью тока посредине диполя. Длина волны такого колебания примерно равна удвоенной длине диполя 2l. Итак, колебания электрического тока в вибраторах диполей Герца вызываются искрой, представляющей собой достаточно быстро меняющийся во времени электрический ток, который в соответствии с системой уравнений Максвелла и является источником электромагнитной волны.

28 Излучение рамки с током