- •Лекции по курсу «Электродинамика и распространение радиоволн»
- •Лекция 9
- •Примеры линий передачи
- •Лекция 10
- •Распространение между двумя проводящими плоскостями
- •Падение плоской волны с параллельной поляризацией
- •Падение плоской волны с перпендикулярной поляризацией
- •Классификация направляемых волн
- •Фазовая скорость направляемых волн
- •Типы волн в волноводах
- •Критическая длина волны
- •Связь между продольными и поперечными составляющими поля
- •Лекция 11
- •Прямоугольный металлический волновод
- •Постановка задачи
- •Волны типа е в прямоугольном волноводе
- •Вычисление критической длины волны и длины волны в волноводе
- •Лекция 12
- •Волны типа н в прямоугольном волноводе
- •Волна типа
- •Лекция 13
- •Токи на стенках прямоугольного волновода
- •Излучающие и неизлучающие щели
- •Выбор размеров поперечного сечения прямоугольного волновода из условия одноволновой передачи
- •Волноводы п- и н-образной формы
- •Характеристические сопротивления волноводов
- •Круглый металлический волновод
- •Постановка задачи
- •Волны типа е в круглом волноводе
- •Волны типа н в круглом волноводе
- •Лекция 14
- •Линии передачи с волнами тем
- •Коаксиальная линия передачи
- •Волновое сопротивление
- •Полосковые линии передачи
- •Симметричная полосковая линия
- •Несимметричная полосковая линия
- •Лекция 15
- •Микрополосковая линия
- •Щелевая полосковая линия
- •Линии поверхностной волны
- •Световоды
- •Квазиоптические направляющие системы
- •Замедляющие системы
- •Объемные резонаторы
- •Объемный резонатор, образованный отрезком прямоугольного волновода
- •Общая задача о колебаниях в прямоугольном резонаторе. Классификация типов колебаний
- •Круглые объемные резонаторы
- •Некоторые способы возбуждения и включения объемных резонаторов
- •Добротность объемных резонаторов
- •Некоторые другие типы объемных резонаторов
- •Лекция 16
- •Решение неоднородных уравнений Максвелла
- •Векторный и скалярный потенциалы электромагнитного поля
- •Калибровка потенциалов. Неоднородное уравнение Гельмгольца
- •Решение неоднородного уравнения Гельмгольца
- •Элементарный электрический излучатель
- •Векторный электрический потенциал для элементарного электрического излучателя
- •Составляющие электромагнитного поля
- •Ближняя и дальняя зоны элементарного электрического излучателя
- •Диаграмма направленности элементарного электрического излучателя
- •Вычисление излученной мощности. Сопротивление излучения
- •Понятие о магнитном токе
- •Принцип перестановочной двойственности
- •Элементарный щелевой излучатель
Ближняя и дальняя зоны элементарного электрического излучателя
Найденные выше составляющие электромагнитного поля позволяют построить картину силовых линий во всем пространстве. Соответствующий эскиз, отображающий распределение силовых линий в плоскости большого круга, представлен на рисунке Рисунок 75 . Заметим, что в силу независимости составляющих ноля от угла данная картина останется неизменной в любой плоскости, проходящей через ось излучателя.
−Структура силовых линий электромагнитного поля вблизи элементарного излучателя
Процесс образования структуры поля, показанной на рисунке, можно качественно представить по структуре силовых линий электрического поля в непосредственной близости к вибратору, построенной на основании общих электродинамических представлений.
Пусть в момент 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. В интервалеабсолютные значения зарядов на концах вибратора уменьшаются, а абсолютное значение тока возрастает. Ток течет от верхнего конца вибратора к нижнему. Начинается «отсоединение» линий поля. В моментабсолютная величина тока максимальна, заряды на концах вибратора равны нулю, «отсоединение» линий поля завершено.
К концу второй четверти периода, в момент , 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 отличается от моментатолько тем, что линии имеют противоположные направления.
Крайне важно отметить, что при удалении точки наблюдения от начала координат, т. е. при , в выражениях для составляющих как поля, так и полясущественный вклад дают лишь члены, пропорциональные, в то время как другие слагаемые, пропорциональныеи, могут считаться исчезающе малыми. Однако эти же самые слагаемые целиком определяют структуру электромагнитного поля в непосредственной близости от излучателя при.
В соответствии со сказанным, область пространства, характеризующаяся неравенством , называется ближней зоной, а область, в которой− дальней зоной элементарного излучателя. Точной границы между двумя указанными зонами не существует.
С физической точки зрения ближняя зона представляет собой область пространства, в которой преимущественной значение имеют так называемые квазистатические поля. Эти поля, резко убывающие при удалении от источника, продолжают существовать при стремлении к нулю частоты возбуждающего тока. В ближней зоне все три возможные составляющие ,, иотличны от нуля.
Дальняя зона иначе называется зоной излучения. Здесь присутствуют лишь поля в виде бегущих электромагнитных волн, уносящих энергию на бесконечность. Легко непосредственно проверить, что в дальней зоне составляющей электрического вектора можно пренебречь по сравнению с.
Ввиду особой важности выпишем окончательные предельные выражения для составляющих электромагнитного поля в дальней зоне:
.
Из этих соотношений могут быть сделаны следующие выводы:
1) электрический и магнитный векторы в дальней зоне колеблются в фазе, что свидетельствует о переносе только активной мощности;
2) вектор Пойнтинга в дальней зоне направлен параллельно единичному вектору , т. е. мощность переносится в радиальном направлении;
3) электромагнитное поле имеет характер сферической волны. В каждой точке пространства выполняется соотношение
.
Иными словами, на достаточном удалении от начала координат сферическая волна, возбуждаемая излучателем, может рассматриваться как локально плоская, что в ряде случаев значительно упрощает теоретический анализ.