Все по ФОЗИ / рефераты по фози / Ближняя и дальняя зоны излучения электромагнитных волн (11 билет)
Э лектрическое 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.
В еличина 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.