Приведенные формулы псзволяют определить компоненты Е и Н поля диполя для любых расстояний г от источника. Рассмотрим теперь, каким образом видоизменяются эти формулы при пе-ременленин точии наблюдения, точнее при изменении величины кг.

Если точка наблюдения находится на таком расстоянии от диполя, при котором справедливо соотношение йг<с1, то существенными для определения компонент £ и электромагнитного поля излучения диполя становятся слагаемые, учитывающие только изменение множителей (kr) в формулах (2.17а, б) и множителя (kr)- в формуле (2 17в). При этих условиях, определяющих ближнюю зону излучения, можно пренебречь изменением фазового множителя е- и записать;

Ег= - i ( /2 лб лЗ) cos 9; (2.18а)

- i( /2n6r3)sine; (2.186)

( /4nr2)sine. (2.18в)

Остальные компоненты векторов Е и Н, как и раньше, равны нулю.

Приведенные формулы позволяют выявить следующие свойства полей излучения диполя в ближней зоне:

1. Амплитуда напряженности электрического поля, создаваемого элементарным электрическим диполем, равна амплитуде напряженности электрического поля, создаваемого статистическим диполем, образованным двумя зарядами +q и -q, разнесенными на расстояние / вдоль оси Z и расположенными в среде с диэлектрической проницаемостью е.

2. Амплитуда напряженности магнитного поля, создаваемого элементарным электрическим диполем, равна амплитуде напряженности магнитного поля, создаваемого постоянным током, протекающим в проводнике длиной / (т. е. такой л<е длины, как и у элементарного диполя), имеющем ту же самую амплитуду, что и ток в элементарном диполе.

3. Между векторами Е и Н существует фазовый сдвиг, близкий к 90°.

Ближнюю зону излучения элементарного диполя часто называют зоной индукции. Примером ближней зоны может служить пространство, ограничивающее активный элемент антенны типа волновой канал .

Зона излучения диполя, характеризуемая расстоянием kr=l. называется средней зоной, или френелевской зоной дифракции. Для этой зоны нельзя пренебречь каким-либо слагаемым в формулах (2.17).

Зона излучения, характеризуемая расстоянием г, для которо-10 справедливо условие л>1, носит название дальней зоны. При принятом условии можно вновь упростить формулы (2.17), оставляя в ннх только слагаемые, пропорциональные {kr)-K В результате получим-

9 4.-1 г

. = 4-Те--з1п9. (2.19)

Остальные компоненты Поля диПоля в дальней зоНе равны нулю, т. е. Er = E=Hr = Hg=Q.

Учитывая взаимосвязь, заданную формулой шц = 240я/Я, можно записать:

60л/,

е- sin (

(2,19а)

Анализ структуры полей в дальней зоне излучения показывает следующее.

1. Напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию г от источника до точки наблюдения.

2. Векторы напряженности электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения волны.

3. Напряженности полей излучения зависят от частоты, длины диполя, амплитуды тока и параметров среды распространения.

4. Между Амплитудами Е и Н существует взаимосвязь:

£e = ф>/ = ф. (2.20)

где R - волновое сопротивление среды. Для свободного пространства волновое сопротивление

?о = ViWe = 120п = 376,7 Ом. (2.21)

Элементарный магнитный диполь. Рассматривая вместо элементарного электрического диполя элементарный магнитный диполь, можно получить аналогичные формулы (2.16) выражения для определения структуры излучаемого электромагнитного

Рис. 2.7. Элементарный магнитный диполь:

а -физическая модель; б - пространственные составляющие электромагнитного поля

поля. Физическим аналогом элементарного магнитного диполя является петлевой вибратор (петля тока), периметр которого значительно меньше длины волны (рис. 2.7).

Аналогично электрическому моменту рз, рассмотренному нами при анализе элементарного электрического диполя, введем понятие

магнитного момента от, зависящего от тока /, площади петли s и магнитной проницаемости среды [i:

m = \ils. (2,22)

В соответствии с принципом двойственности, известным из теории электродинамики, формулы (2.16)-(2.20), полученные для описания структуры поля элементарного электрического диполя. Пригодны и для описания структуры поля излучения элементарного магнитного диполя. Для этого необходимо в формулах вместо Рэ написать ,т, а £ и Я поменять местами. Более подробно данная процедура изложена в работах [1, 6-8].

На практике в качестве магнитных диполей могут быть использованы петлевые или рамочные антенны, сторона которых значительно меньше длины волны. Идентичными характеристиками излучения обладают также щелевые антенны, прорезанные в бесконечном экране и возбуждаемые сторонним переменным электрическим полем.

Электрический диполь создает так называемую Е-волну, для которой характерно, что ЕгфО, а Нт = 0. Магнитный диполь создает Я волну, которая характеризуется условиями: £г = 0, а Нг¥=0 Сказанное справедливо для ближней и френелевской зон излучения. Для дальней зоны излучения, где Нг = Ег = 0 для обоих диполей, структура излученного поля описывается Т-вслной.

Для того чтобы перейти от частных гипотетических случаев, к которым относятся элементарные электрические и магнитные диполи, к более общему случаю, введем понятие элементарной поверхности излучения S (апертуры), линейные размеры которой значительно меньше дл1ины волны (рис. 2.8). Поле возбуждения

а) Ю

Рис. 2.8. Элементарная апертура:

а - фнзическая модель; 6 - пространственные составляющие электромагнитного поля (для т>К)\ а, Ь<.Х, s=ab<X

элементарной поверхности s задано векторами Е, и Н . В случае свободного пространства, т. е. если для Е и Н справедливо соотнОшеиие Ёх=\20лНу, поле излучения элементарной поверхности в дальней зоне излучения определяется по формулам

£q,= l£x(l-t-COSe) 51Пф- е

-ikr.