Рефераты по ФОЗИ / Ближняя и дальняя зоны излучения электромагнитных волн (11 билет)

Федеральное агентство по образованию

Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет

Кафедра ВТ и ЗИ

«Излучатели электромагнитных волн.

Ближняя и дальняя зоны излучения электромагнитных волн»

Выполнил:

студент

ФИРТ ЗИ – 224

Якупов Д. А.

Принял:

преподаватель, к. т. н.

Машкина И. В.

Уфа 2007

содержание

введение……………………………………………………………………3

классификация электромагнитных полей ………………………………4

ближняя и дальняя зоны излучения ……………………………………..4

основные источники электромагнитного поля, элементарный электрический излучатель………………………………………………...7

элементы излучателей…………………………………………………….9

групповые излучатели……………………………………………………10

строение излучателей…………………………………………………….11

заключение………………………………………………………………..12

литература………………………………………………………………...14

Введение

Электрическое поле - создается электрическими зарядами и заряженными частицами в пространстве.

Для характеристики величины электрического поля используется понятие напряженность электрического поля, обозначение Е, единица измерения В/м (Вольт-на-метр).

Магнитное поле - создается при движении электрических зарядов по проводнику.

Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, единица А/м (Ампер-на-метр). При измерении сверхнизких и крайне низких частот (3 - 300 Гц)часто также используется понятие магнитная индукция В, единица Тл(Тесла), одна миллионная часть Тл соответствует 1,25 А/м.

Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Физической причиной существования электромагнитного поля является то, что изменяющееся во времени электрическое поле возбуждает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле - вихревое электрическое поле. Непрерывно изменяясь, обе компоненты поддерживают существование электромагнитного поля. Электромагнитное поле неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, электромагнитное поле "отрывается" от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).

Генрих Герц (1857 – 1894) – немецкий физик, впервые экспериментально доказал в 1886 году существование электромагнитных волн. Герц получал электромагнитные волны, возбуждая в вибраторе, представляющем собой открытый колебательный контур, с помощью источника высокого напряжения серию импульсов быстропеременного тока. Колебания электрических зарядов в вибраторе создают электромагнитную волну. Только колебания в вибраторе совершает не одна заряженная частица, а огромное число электронов, движущихся согласованно.

Классификация электромагнитных полей

Наиболее применяемой является так называемая «зональная» классификация электромагнитных полей по степени удаленности от источника/носителя.

По этой классификации электромагнитное поле подразделяется на «ближнюю» и «дальнюю» зоны.

«Ближняя» зона (иногда называемая зоной индукции) простирается до расстояния от источника, равного 0-3, где - длина порождаемой полем электромагнитной волны. При этом напряженность поля быстро убывает (обратно пропорционально квадрату или кубу расстояния до источника), то есть или . В этой зоне порождаемая электромагнитная волна еще не полностью сформирована. Для характеристики электромагнитное поле измерения переменного электрического поля Е и переменного магнитного поля Н производятся раздельно. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющей полей (электромагнитной волны), ответственных за излучение. С физической точки зрения ближняя зона представляет собой область пространства, в которой преимущественное значение имеют так называемые квазистатические поля. Эти поля, резко убывающие при удалении от источника, продолжают существовать при стремлении к нулю частоты возбуждающего тока.

«Дальняя» зона - это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3. Здесь напряженность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника, то есть . В этой зоне справедливо экспериментально определенное соотношение между напряженностями электрического и магнитного полей:

E=377H ,где 377 - константа, волновое сопротивление вакуума, Ом.

На частотах выше 300 МГц в "дальней" зоне излучения обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии, или вектор Пойнтинга. За рубежом плотность потока электромагнитной энергии обычно измеряется для частот выше 1 ГГц. Обозначается как S, единица измерения Вт/. Плотность потока электромагнитной энергии характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.

Для ближней зоны расстояние r значительно меньше длины волны электромагнитного сигнала и поле имеет ярко выраженный магнитный (или электрический) характер, а в дальней поле носит явный электромагнитный характер и распространяется в виде плоской волны, энергия которой делится поровну между электрической и магнитной компонентами.

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны, обозначение - (лямбда). Источник, генерирующий излучение, а по сути создающий электромагнитные колебания, характеризуются понятием частота, обозначение - f. Международная классификация электромагнитных волн по частотам приведена в таблице.

Международная классификация электромагнитных волн по частотам

Наименование частотного диапазона Границы диапазона Наименование волнового диапазона Границы диапазона Крайние низкие, КНЧ 3 - 30 Гц Декамегаметровые 100 - 10 Мм Сверхнизкие, СНЧ 30 - 300 Гц Мегаметровые 10 - 1 Мм Инфранизкие, ИНЧ 0,3 - 3 кГц Гектокилометровые 1000 - 100 км Очень низкие, ОНЧ 3 - 30 кГц Мириаметровые 100 - 10 км Низкие частоты, НЧ 30 - 300 кГц Километровые 10 - 1 км Средние, СЧ 0,3 - 3 МГц Гектометровые 1 - 0,1 км Высокие частоты, ВЧ 3 - 30 МГц Декаметровые 100 - 10 м Очень высокие, ОВЧ 30 - 300 МГц Метровые 10 - 1 м Ультравысокие,УВЧ 0,3 - 3 ГГц Дециметровые 1 - 0,1 м Сверхвысокие, СВЧ 3 - 30 ГГц Сантиметровые 10 - 1 см Крайне высокие, КВЧ 30 - 300 ГГц Миллиметровые 10 - 1 мм

Основные источники электромагнитного поля.

В качестве основных источников электромагнитного поля можно выделить:

Электропроводка (внутри зданий и

сооружений)

Бытовые электроприборы

электротранспорт

Линии электропередач

радарные установки

Спутниковая и сотовая связь (приборы, ретрансляторы)

Теле- и радиопередающие станции

Персональные компьютеры

Каждое электрическое (электронное) устройство является источником магнитных и электромагнитных полей широкого частотного спектра, характер которых определяется назначением и схемными решениями, мощностью устройства, материалами, из которых оно изготовлено, и его конструкцией.

Элементарный электрический излучатель (вибратор) – отрезок проводника, по которому протекает переменный электрический ток, причем длина проводника l значительно меньше длины волны в вакууме λ.

С физической точки зрения по элементарному электрическому излучателю ток протекает следующим образом:

В разрыв излучающего проводника включается генератор; ток проводимости от генератора проходит по одному из плеч излучателя, замыкается в виде токов смещения и через другое плечо возвращается в генератор.

Структура силовых линий электрического поля вблизи элементарного излучателя.

Излучатели состоят из отдельных элементов. К их числу относят:

Элементы излучателей

групповые излучатели

Излучатель образуется группой отдельных излучающих устройств. Свойства излучения определяются расположением излучателей и особенностями их питания по фазе и амплитуде. благодаря управлению фазой достигается сканирование пространства главным лучом (группа с фазовым управлением). Количество отдельных излучателей может быть произвольным, что позволяет получать практически любое распределение излучения в пространстве. Эта категория антенн подразделяется на следующие группы:

группы излучателей

строение излучателей

Излучатели состоят из излучающих структур различных форм. В рамках этой категории выделяют два подвида структур:

групповые излучатели – антенны:

Франклина, Брюса, Стербы, Ширэ – Мэзни, Уда – Яги («волновой канал»), V-образная, ромбическая, квадрантная.

заключение

Так как название темы «Ближняя и дальняя зоны излучения электромагнитных волн», то я приведу некоторые отрывки из текста на предмет определения границ и свойств зон излучения.

Во-первых, зональная классификация электромагнитных полей определяется по степени удаленности от источника/носителя.

Во-вторых, «ближняя» зона (иногда называемая зоной индукции) простирается до расстояния от источника, равного 0-3 , где - длина порождаемой полем электромагнитной волны, при этом напряженность поля быстро убывает (обратно пропорционально квадрату или кубу расстояния до источника); «дальняя» зона - это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3, здесь напряженность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника.

В-третьих, с физической точки зрения ближняя зона представляет собой область пространства, в которой преимущественное значение имеют так называемые квазистатические поля. Эти поля, резко убывающие при удалении от источника, продолжают существовать при стремлении к нулю частоты возбуждающего тока. В дальней зоне (зона излучения) присутствуют лишь поля в виде бегущих электромагнитных волн.

Наиболее распространенным примером излучателей электромагнитных волн являются антенны. Существует много признаков, по которым можно классифицировать антенны. Если рассматривать с конструктивной точки зрения, то можно выделить

линейные: открытые электрические антенны с прямолинейными элементами (диполь, или вибратор, монополь, длинный провод);

фигурные: открытые электрические антенны с фигурными элементами (вырожденный вибратор, вырожденный монополь, изогнутый вибратор, изогнутый монополь);

рамочные антенны: замкнутые антенны в Аиде рамок (малая рамка, большая рамка);

щелевые антенны: замкнутые антенны с щелевыми элементами на проводящей поверхности;

активные антенны: пассивный элемент (вибратор или монополь) с активной частью (усилителем).

Также можно отличать антенны по поверхности раскрыва (апертура):

рефлекторные (зеркальные);

рупорные;

линзовые;

диэлектрические;

на рассеянных волнах и т.д.

литература

1. Баскаков С. И. «Основы электродинамики», 1973г.

2. Ротхаммель «Антенны» (перевод с немецкого), 2001г.

3. Убогов С. А. «Защита информации», 2003г.

4. Карвецкий, Соколова “Радиосистемы” «Радиотехника», 2005г., №3.

5. «Вопросы защиты информации» - Б.м. – 2003, №4

6. «Радиотехника», 2003г., №10.

14