5 Электромагниттық толқындардың сәуле шығаруы.

5.1. Жалпы ұғым

Сәулелену ұғымында кеңістіктегі электромагниттік өрістегі энергияның энергия көзінен тасымалы түсіндіріледі. Электромагниттік өрістің кеңістіктегі тасымалдау қабілеті оның энергия сақтау заңындағы маңызды қасиетінің бірі болып табылады. Электромагниттік энергияның энергия көзінен тарамдарға бөлінуі диэлектрикта және ваккумда бола алатын ауысу тоғының арқасында болады. Сондықтан кеңістікте ауысу тоғын жасай алатын кез-келген энергия көзі электромагниттік толқындардың таратушысы болады.

Толқын таратудың мақсаты белгілі қажет емес тоқтардың бөлінуі бойынша электромагниттік толқынның тараған векторларын табу және ол әдетте қарапайым таратушылар үшін есептелінеді. Қарапайым таратушылар теориялық анализға ыңғайлы идеалды моделі болып табылады.

Айнымалы токтың линиялық элементін толқын ұзындығымен салыстырғанда азырық болса, онда ол элементарлы электрлік сәуле шығарғыш деп аталады, яғни, l кесіндісі (сурет 5.1,a) бойымен ток өтеді, яғни фазамен, амплитуданың таратылуы сәуле шығарушының бойында өзгеріссіз қалады.

Айнымалы токпен ораманы (шегі) толқын ұзындығымен салысырғында азырақ болса, онда ол элементарлы магниттік сәуле шығарушы деп аталады (сурет 5.11б)

dS фронттың элементарлы аумағында таратушы толқын:

(сурет 5.1,в) Гюйгенс элементі деп аталады.

Сфералық система координатында орындауға болады. Талдауға аумақтық сәуле таратқышы ЭЭИ қолайлы болады, оның ортасында сәуле таратқыш (сур. 5.2) орналасқан. Электромагниттің векторының сәулеленуі үш проекциядан турады:

Сур.5.1.Қарапайым электрлік сәуле таратушы

Сур.5.2. Қарапайым электрлік сәуле таратушы сфералық координатты системада

Сур.5.3.Қарапайым электрлік сәуле таратушы аумақ

(5.1)

(5.2)

(5.3)

(5.4)

(5.1-5.4) формуласы гормоникалық электрамагнитті толқынның аумағын бейнелейді, радиалдық бағытта таратылады және күрделі кеністікті құрылымы бар. Себебі жеке аумақтын компонентінде бар әр түрлі байланысты аралық r, аумақтық зерттеуге женілдік болу үшін барлық кеністікті үш зонаға бөледі:

1. Бергi тиiстi қашықтықтарды, kr<<1

2. аралық— kr≠1;

3. алыстағы — kr>>1

Формула бойынша 5.1-5.4, жақындатылған арақатынастарды, характерлі аумаққа жақындағы және алыстағы зоны алуға болады, (kr<<1):

(5.5)

(5.6)

(5.7)

Талдауда, жақын манындағы зонада толқын характерлі болмайды (фаза кернеудін электрлік және магниттік аумақтан байланысты емес кеністікті координат). Векторы и қозғалған фаза бойынша 90°. Осыдан көруге болат, тығыздықтын энергия ағыны

реактивті характерлі, ал ортанғы ағын энергиясы болмайды, себебі тен. Жақын арадағы зона реактивті аумақ деп аталады.

Аралық зона мына формуламен көрсетілет5.1-5.4кейде аталады сәуле таратқыш жақын арадағы аумақ деп аталат немесе дифракция Френельдін зонасы. Алыстағы зонадағы аумақ мына түрге келтіріледі:

(5.8)

(5.9)

Бұл 5.8-5.9 Е_r≈0, себебі бұл вектордын Е алыстағы зонаның құраушысы.

Аумақ 5.8-5.9 сфералық толқынды көрсетіледі, себебі оның сферасы

r = const. Күштік сызықты аумақты сауле таратқыш ЭЭИ алыстағы зонада көрсетілген (сур. 5.3,а). Талдау 5.8-5.9 сфералық толқынның сипатын алыстағы зонада ЭЭИ көрсетеді:

• векторлары Е және Н перпендикулярлы, себебі Е = θЕ_θ , H=φH_φ;

• векторлары Е және Н ортогональді бағытқа таратылатын толқын, себебі таратылады радиалды бағытта, ал векторларда болмайды радиалды құраушы (Е_r= H_r = 0);

• векторлары Е және Н синфазалық;

• қарым-қатынастары амплитудалық векторлардын Е және Н байланысты сипатына

Параметр Z_c характерлік кедергі толқында шексіз деп аталады. Вакумда және бос кеністікте

ЭЭИ-нен кейін алыстағы зонада бар құраушылар E_φ және H_θ, (рис.5.3,б).