Вопрос 36. Поле элементарного электрического вибратора в дальней, ближней и промежуточных зонах.

Дальняя (волновая) зона

 

Дальняя или волновая зона, как уже указывалось, хара­ктеризуется условием k=2π/λ. Из сравнения формул (5.4) и (5.5) следует, что в этом случае можно пренебречь составляющей Е_r по сравнению с Ё_θ. Кроме того, в выражениях для E_θ и Н_φ можно в квадратных скобках пренебречь слагаемыми 1/( kr)³и I /( kr)², по сравнению с 1/( kr). Учитывая, что получаем:

Таким образом, в дальней зоне напряженность электрического поля имеет только составляющую Е_θ, а напряженность магнитного поля - составляющую Н_φ, которые изменяются синфазно.

Поверхность, во всех точках которой в один и тот же момент времени фаза рассматриваемой функции имеет одинаковые значения, называется поверхностью равных фаз (ПРФ). В случае монохроматического поля на ПРФ постоянна фаза комплексной амплитуды рассматриваемой функции. Соответственно поверх­ность, на которой постоянна амплитуда (модуль комплексной амплитуды) рассматриваемой функции, называют поверхностью равных амплитуд (ПРА).

 Ближняя зона 

В ближней зоне . Однако, формулы для поля эле­ментарного вибратора были выведены в предположении r»l. По­этому ближняя зона характеризуется неравенствами В этом случае в квадратных скобках формулы (5.4) можно пренебречь величиной 1/(kr)², в формуле (5.5) - величинами 1/(kr) и i/(kr)² , а в (5.3) - величиной 1/(kr). Домножая окончательные выражения на exp (iωt), получаем

 

Промежуточная зона 

Промежуточная зона является переходной от ближней зоны к дальней. При анализе формул (5.3), (5.4) и (5.5) в этом случае нельзя пренебречь ни одним из слагаемых. Следовательно, в промежуточной зоне поле излучения и реактивное (связанное с вибратором) поле оказываются одного порядка.

Выражения (5.3), (5.4) и (5.5) позволяют исследовать ст­руктуру поля, создаваемого ЭЭВ в области,  соответствующей значениям r>> l

Пусть в момент t=t₀ ток в вибраторе равен нулю, поло­жительный заряд сосредоточен на верхнем конце вибратора, а отрицательный - на нижнем. Силовые линии электрического поля начинаются на верхнем конце вибратора и заканчиваются на нижнем (рис.5.10,а). Линии, возникшие до момента t=t₀, на рисунке не показаны.

В интервале t₀ < t < t₀ + T/4 абсолютные значения зарядов на концах вибратора уменьшаются, а абсолютное значение тока воз­растает. Ток течет от верхнего конца вибратора к нижнему.

Начинается «отшнуровывание» линий поля (рис.5.10,б). В момент t = to+T/4 абсолютная величина тока максимальна, заряды на концах вибратора равны нулю, «отшнуровывание» ли­ний поля закончено (рис.5.10, в).

К концу второй четверти периода (в момент t = t_o + Т/2) ток снова равен нулю, а заряды на концах вибратора максимальны по абсолютной величине. Положительные заряды сосредото­чены на нижнем конце вибратора, отрицате­льные - на верхнем. Структура силовых линий электрического поля вблизи вибратора (рис.5.10, г) отличается от показанной на рис.5.10, а только тем, что линии имеют проти­воположные направления.