2015-10-22
4338
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 75. Заметим, что в силу независимости составляющих ноля от угла 
данная картина останется неизменной в любой плоскости, проходящей через ось излучателя.
Рисунок 75 − 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 интервале 
абсолютные значения зарядов на концах вибратора уменьшаются, а абсолютное значение тока возрастает. Ток течет от верхнего конца вибратора к нижнему. Начинается «отсоединение» линий поля. В момент 
абсолютная 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 момента только 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 поля 
существенный вклад дают лишь члены, пропорциональные 
, в то время как другие слагаемые, пропорциональные 
и 
, 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 
, 
, и 
отличны 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.
