Поле в дальній (хвильовій) зоні

Дальня зона – це область простору, в якій відстань від джерела суттєво перевищує довжину хвилі. Тобто, дальня або хвильова зона починається тоді, коли:   або . В цій зоні відбувається процес випромінювання енергії: частина енергії від джерела збурення переноситься у зовнішнє середовище на великі відстані від джерела.

Із рівностей (7.6) і (7.7) випливає, що складовою  можна знехтувати в порівнянні з , оскільки  >> . Крім того, можна знехтувати складовими: і  та  в порівнянні з . Враховуючи, що  і , отримаємо:

,   .                   (7.8)

Таким чином, в дальній зоні напруженість електричного поля має тільки складову , а напруженість магнітного поля – складову , причому вектори  і  знаходяться у фазі.

Виберемо будь-яку поверхню рівних фаз і прослідкуємо, що відбувається з нею протягом деякого відрізку часу. Швидкість переміщення поверхні рівної фази (фазова швидкість) буде становити:

  ,                                           (7.9)

тобто, в дальній зоні електромагнітне поле елементарного електричного вібратора представляє собою сферичну хвилю, яка поширюється зі швидкістю , що рівна швидкості світла  в даному середовищі.

Поширення хвилі супроводжується переносом енергії. Комплексний вектор Умова-Пойтинга у випадку, що розглядається, є чисто дійсною величиною, тому: .

Таким чином, електромагнітна енергія, яка випромінюється вібратором, поширюється вздовж радіусів, які проведені від центру вібратора, тобто перпендикулярно поверхням рівних фаз, зі швидкістю світла  в даному середовищі. Вектори  і  змінюються в фазі (див. рис.).

Відношення напруженостей електричного і магнітного полів рівне постійній величині:                                   .           

Це відношення має розмірність опору і є відомим нам хвильовим опором середовища.

 

Поле в ближній зоні

Ближньою зоною називається найближча до джерела збурення область простору, для якої довжина хвилі суттєво більша за відстань. В ближній зоні відбуваються переміщення енергії, що зв’язані з періодичним перетворенням електричної енергії в магнітну і навпаки.

Оскільки в ближній зоні:   або  та r>>ℓ, тому ближня зона характеризується наступною нерівністю: ^. Тоді можемо отримати такі спрощені співвідношення:

 

,                                       (7.10)

,                                             (7.11)

.                                                    (7.12)

Складові напруженості електричного і магнітного полів в ближній зоні, що визначаються за формулами (7.10)–(7.12), зсунуті по фазі на 90º і комплексний вектор Пойтинга має лише реактивну складову, тому вся енергія електромагнітного поля зосереджена навколо джерела збурення і неперервний переніс енергії в зовнішній простір, який характерний для процесів випромінювання, тут відсутній. Це означає, що в ближній зоні випромінювання відсутнє.

Поле проміжної зони

Проміжна зона являється перехідною від ближньої зони до дальньої. При аналізі формул (7.5)–(7.7) в цьому випадку не можна упустити жоден із складових. Відповідно, в проміжній зоні поле випромінювання і реактивне (зв’язане з вібратором) поле виявляються одного порядку.

Вирази (7.5)–(7.7) дозволяють досліджувати структуру поля елементарного електричного вібратора. На Рис. показано миттєві карти електричного поля поблизу вібратора, які відповідають різним моментам часу: 1). з’явився струм провідності, який протікає зверху вниз, який через четвертину періоду коливання зарядив верхню частину вібратора додатною, а нижньою – від’ємною; 2). за час другої четвертини періоду заряди обох частин вібратора зменшуються, а зовнішня частина поля рухається далі; 3). до кінця другої четверті періоду обидві половини вібратора знову не заряджені, а відшарування ліній поля завершено; 4). за час третьої четвертини періоду коливання струм, який протікає зверху вниз, заряджає верхню половину вібратора від’ємною, а нижню – додатною.