Ближняя и дальняя зоны излучателя

Анализ полученных соотношений для проекций векторов показывает, что характер электромагнитного поля антенны существенно зависит от сомножителя е~®^г. Произведение (Зг можно записать в виде.

Ближняя зона

В точках пространства, расположенных вблизи излучателя, там, где выполняется соотношение.

можно считать, что e~^^r ~ 1. Кроме того, можно еще упростить выражения для комплексных амплитуд Я_ф, Ё_н и Ё_г, пренебрегая в скобках слагаемыми высших порядков малого А, сти. Итак, для г<с— комплексные амплитуды 2 к

Мгновенные значения проекций векторов напряженности? иЯ могут быть записаны в следующем виде:

где Я (г, 0) = ——-— — амплитуда колебаний напряженно- 4кг

сти магнитного поля.

Расположение проекций векторов? иЯ в пространстве показано на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Проекции векторов Ё и Н в ближней зоне Итак, в ближней зоне излучения энергии нет.

Суммарный вектор Ё перпендикулярен вектору Я и колебания E (t, Q, r) = ?",(0, г) sin cor (где Е_т — амплитуда напряженности электрического поля) и Я (/, г,0) = #_w(r, 0) cosatf сдвинуты во времени на 90°.

Мгновенный вектор Пойнтинга в ближней зоне.

Очевидно, что плотность потока мощности электромагнитного поля в ближней зоне излучателя колеблется около нулевого значения, уходя от антенны и возвращаясь обратно. Среднее во времени значение вектора Пойнтинга Выделим особенности ближней зоны.

• 1. Электромагнитная волна не распространяется в пространстве, а колеблется около антенны, причем амплитуды колебаний напряженностей? и Я быстро падают с ростом расстояния г: Я_ф — падает обратно пропорционально г², a ?_е, Е_г — обратно пропорционально г³.
• 2. Колебания H (t) и E (t) имеют постоянный фазовый сдвиг, равный 90°, в результате чего средняя во времени плотность мощности электромагнитных колебаний равна нулю; антенна в ближней зоне эквивалентна реактивному элементу электрической цепи (емкости или индуктивности), у которого, как известно, ток и напряжение колеблются в квадратуре.

Ближнюю зону иначе называют зоной индукции.

Дальняя зона

При достаточно больших расстояниях от антенны, где.

— г «1 (г «—), не учитывать сомножитель е~‘^^г в вы- X 2л

ражениях для Я_ф, ?₀ и Ё_г нельзя. Пренебрегая малыми членами в скобках выражений (3.1), получаем.

Мгновенные значения напряженностей Н и Е:

_тт, /В sin 0 _ч / /Bp_nsm0.

где Я' (6, г) = —t—, ?' (0,r) = ^{НК ()}— - амплитуды.

4 кг 4пг

колебаний напряженностей поля.

Очевидно, что векторы? и Я перпендикулярны в пространстве и их значения колеблются синфазно во времени. Из (3.2) следует, что выражения для Я и? представляют собой волны, бегущие вдоль оси г.

Среднее значение вектора Пойнтинга в дальней зоне.

В радиосистемах прием электромагнитных колебаний происходит на расстояниях, существенно больших длины волны, т. е. в дальней зоне.

Выделим особенности дальней зоны.

• 1. Напряженности Н и Е колеблются синфазно, их амплитуды уменьшаются обратно пропорционально расстоянию г.
• 2. Плотность мощности электромагнитного поля определяется квадратом амплитуды тока генератора 1]_т, растет с увеличением отношения длины вибратора / к длине излучаемой волны X и падает обратно пропорционально квадрату расстояния г².
• 3. Излучаемая мощность зависит от угла места 0 и максимальна в направлении, перпендикулярном оси вибратора.

Из выражения (3.3) следует, что для эффективного излучения геометрические размеры антенны должны быть соизмеримы с длиной волны. Этот вывод справедлив для всех антенн.