5.4. 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.

ю*

155

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 < \/2л от источника. Пространство на расстояние г > ЗХ/2п рас­сматривается как да'льняя 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_f) 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 тем что в ближ­ней зоне напряженность магнитного поля, излучаемого магнитной рамкой, значительно больше напряженности электрического поля, в ней волновое сопротивление Z « Z₀. Такое поле называют низ- коимпедансным.

4. В обобщенном виде характер электромагнитного поля и из­менения волнового сопротивления в зависимости от расстояния ее источника иллюстрируется на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Волновое сопротивление пространства электромагнитному полю

Обозначения: 1 — ближняя зона, 2 — переходная зона, 3 — дальняя зона, 4 — высокоомное электрическое поле, 5 — низкоомное магнитное ноле, 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 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.