Muhammad Al-Xorazmiy nomida Toshkent Axborot texnologiyalari universiteti Mustaqil ish Mavzu: Elementar elektr nurlatgich. Uning maydoni tuzilishi Bajardi: Холмухамедов Алишер Зафарович Guruh

Elementar nurlatgichlarning maydonlari. Yaqin va uzoq zonalar
Fazoning u yoki bu nuqtasidagi elektromagnit maydonning tabiati asosan nurlatgichga qanchalik yaqin yoki uzoqda joylashganligiga bog'liq. Elektrodinamikada va antennalar nazariyasida tegishli tushunchalar mavjud - maydonning yaqin va uzoq zonalari. Bu bo'linish maydonning alohida komponentlari masofaga turlicha bog'liqligi bilan bog'liq.
Har qanday murakkab nurlatgich elektr yoki magnit elementar nurlatgichlar tizimi sifatida ifodalanishi mumkin. Elementar nurlatgichlar sifatida:
- elektr dipol - ideallashtirilgan elektr neytral tizim bo'lib, u bir-biridan ma'lum masofada joylashgan mutlaq qiymatiga teng ikkita qarama-qarshi nuqta zaryadlari to'plamidir;
- magnit dipol - ideallashtirilgan magnit-neytral tizim, tabiatda magnit zaryadlari yo'qligi sababli modellashtirilgan kichik (dipol tomonidan yaratilgan magnit maydon chiqadigan masofalarga nisbatan) oqim bilan tekis yopiq o'tkazuvchi ramka shaklida. .
Elementar elektr dipolning nurlanish maydonini ko'rib chiqaylik. Buning uchun biz juda kichik uzunlikdagi o'tkazgichni olamiz / to'lqin uzunligi R bilan solishtirganda, ya'ni. I « I. Supero'tkazuvchilardan o'tadigan oqim garmonik qonunga muvofiq o'zgartirilsin: /=lm cos cot va o'tkazgichning kichik uzunligi tufayli oqim amplitudasini butun uzunlik bo'ylab doimiy (statsionar) deb hisoblash mumkin. dirijyorning, ya'ni. /_T= 1. Bu shuni anglatadiki, oqim qiymatining o'zgarishi faqat o'tkazgichning uchlarida sodir bo'ladi: noldan /, n va aksincha, 1m dan nolga qadar. Keyin, zaryadning saqlanish qonuniga ko'ra, bu nuqtalarda mutlaq qiymatiga teng va ishorasi qarama-qarshi bo'lgan konsentratsiyalangan tebranuvchi elektr zaryadlari bo'lishi kerak: q = q„, smcot, qm = Imlco. Shunday qilib, biz garmonik tebranishlarni amalga oshiradigan elektr dipol bilan ishlaymiz.
Maksvell tenglamalariga asoslanib, fazoning ixtiyoriy nuqtasida elementar elektr radiator tomonidan yaratilgan maydonning tarkibiy qismlarini aniqlash mumkin. Elementar elektr emitentning nurlanish maydonini tahlil qilish odatda sferik koordinatalar tizimida amalga oshiriladi, uning markazida emitent joylashgan (3.26-rasm).
Uzunlikdagi elektr dipol / bir xil oqim bilan / sferik maydon hosil qiladi. Koordinatalari r - radius vektor, av - azimutal burchak va в - qutb burchagi bo'lgan ixtiyoriy M nuqtaning maydonini olaylik. Bunday holda, ko'rib chiqilayotgan masofa dipolning o'lchamidan sezilarli darajada oshadi: r » I.

3.26-rasm - Sferik koordinatalar sistemasidagi elementar elektr emitent
M nuqtadagi elektr va magnit maydonlari kuchlarining proyeksiyalari quyidagi munosabatlar bilan aniqlanadi:

(3.124) formulalardan kelib chiqadiki, maydonning har bir komponenti (Er, E0 va HMaydonning har bir komponenti uchta omildan iborat bo'lib, birinchisi kuzatish nuqtasiga yo'nalishga bog'liq bo'lmagan doimiy, ikkinchisi - faza omili va uchinchi omil - kuzatish nuqtasiga yo'nalishga bog'liq.
Yuqoridagi munosabatlardan kelib chiqadiki, maydonning alohida komponentlari r masofaga turlicha bog’liqlikka ega. Masofaning birinchi, ikkinchi va uchinchi darajalariga teskari proporsional bo’lgan maydon komponentlari mavjud.
Masofaning ikkinchi va uchinchi darajalariga teskari proportsional atamalar maydon manbai - dipol va maydon kuchi aniqlanadigan M nuqta orasidagi kichik masofalarda hukmronlik qiladi. Masofa ortib borishi bilan bu komponentlar tez tushib ketadi va faqat r ga teskari proportsional bo'lgan atamalar qoladi.Shuning uchun elektromagnit maydonni o'rganishni osonlashtirish uchun butun fazoni ikki (uch) zona yoki mintaqaga bo'lish odatiy holdir.
Keling, birinchi navbatda radiatorning yaqin zonasi deb ataladigan maydonni ko'rib chiqaylik - to'lqin uzunligidan ancha kichikroq masofalarda: r "A, yoki kr" 1. Ushbu zonada formulalar (3.124) sezilarli darajada soddalashtirilishi mumkin. Kichik shartlardan voz kechib (1-tartib va Mkr) va faza almashinuvini e'tiborsiz qoldirib, biz quyidagilarni olamiz:

Yaqin zonadagi dipol maydoni to'lqin xarakteriga ega emas: trigonometrik funktsiyalarning argumentlarida k bilan atamalar mavjud emas, ya'ni. elektr va magnit maydonlari kuchlarining fazalari fazoviy koordinatalarga bog'liq emas. (3.125) iboralarda magnit va elektr maydonlari kuchlarining tarkibiy qismlari har bir momentda bir vaqtning o'zida oqim kuchining qiymati bilan belgilanadigan "statsionar" miqdorlar sifatida tavsiflanadi. Dipolning har bir momentidagi elektr maydoni elektrostatik dipol maydonining tuzilishiga ega va magnit maydonni Biot-Savart-Laplas qonuni asosida topish mumkin.

Ko'rib chiqilayotgan yaqin zonadagi Umov-Poynting J vektori ikkita komponentga ega:

Elektr maydon kuchining tarkibiy qismlari (sin t ga mutanosib) burchakli karyola bilan magnit maydon kuchiga (cos oxga mutanosib) fazadan tashqarida. Natijada, Umov-Poynting vektorining ikkala komponenti ham ijobiy, ham salbiy oniy qiymatlarni qabul qilib, cos cot qonuniga muvofiq vaqt o'tishi bilan o'zgaradi. Bunday holda, yaqin maydon tomonidan olib boriladigan energiya oqimi o'rtacha nolga teng: J vektorining tarkibiy qismlarining davrdagi o'rtacha qiymatlari nolga teng. Bu radiatsiya manbai yaqinidagi energiya harakati tebranish xususiyatiga ega ekanligini anglatadi: davrning chorak qismida energiya bir yo'nalishda oqadi (j_r va J₀ qiymatlari ijobiy); Davrning keyingi choragida energiya teskari yo'nalishda oqadi va orqaga qaytadi (j_г va j₀ qiymatlari manfiy). Shunday qilib, elementar emitentning yaqin elektromagnit maydoni nurlanish jarayonida ishtirok etmaydi. Yaqin zonada energiyani emitentdan uzoqlashtiradigan elektromagnit to'lqinlar mavjud, ammo bu erda ularning maydonlari energiyani saqlaydigan yuqorida ko'rib chiqilgan kvazstatsionar maydonga nisbatan juda kichikdir.

Keling, uzoq zonadagi (radiatsiya zonasi) dalani ko'rib chiqishga murojaat qilaylik, ya'ni. to'lqin uzunligidan sezilarli darajada oshib ketadigan masofalarda: r»A yoki kr»1. Bunday holda, (3.124) da /k²r² va 1/kg tartib shartlarini e'tiborsiz qoldirish mumkin. Natijada, biz maydonning faqat ikkita nolga teng bo'lmagan komponentlarini olamiz:

(3.127) tenglamalar tizimi sferik to'lqin bo'lgan radiatsiya maydoniga mos keladi. Vektorlar? va R to'lqin tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar joylashgan, o'zaro perpendikulyar va bir xil fazada.

Uzoq maydondagi Umov-Poynting vektori faqat bitta radial komponentga ega:

bundan tashqari, maydon vektorlari bir xil tebranish fazasiga ega bo'lganligi sababli uning bir lahzali qiymati doimo ijobiy bo'lib chiqadi. Bu shuni anglatadiki, energiya faqat emitentdan radiuslar yo'nalishi bo'yicha harakat qiladi (3.26-rasm). U emitentga qaytmaydi va chiqarilgan elektromagnit to'lqinning energiyasini ifodalaydi. Maksimal nurlanish ekvator tekisligida maksimal 0 = l / 2 va eksenel yo'nalishda 0 = 0 yo'q.

Ba'zi hollarda yaqin va uzoq zonalar o'rtasida boshqa zona kiritiladi. Radiatsiya maydonining oraliq zonasi ostida chiqarilgan to'lqin uzunligiga mutanosib masofalar bilan tavsiflangan emitent atrofidagi kosmos hududi tushuniladi. U holda (3.124) tenglamalar sistemasidagi birorta atamaga e'tibor bermaslik mumkin emas.
Endi elementar magnit dipolning nurlanish maydonining xususiyatlarini ko'rib chiqamiz. Elementar magnit radiatorning fizik jihatdan mumkin bo'lgan eng oddiy modeli bu S maydoniga ega bo'lgan tekis o'tkazgich ramkasi (bir bo'lak sim) bo'lib, u orqali o'zgaruvchan tok I = I t cos kot oqib o'tadi va uning perimetri o'zgaruvchan tok bilan solishtirganda juda kichikdir. u yaratgan maydon uzunligi. O'zgaruvchan tokga ega bo'lgan bunday halqa (ramka) elementar magnit emitent yoki Gerts magnit dipoli deb ataladi, u xuddi shu magnit maydonni hosil qiladi, go'yo uning o'rnida ramka tekisligiga perpendikulyar yo'naltirilgan mavhum (xayoliy) elementar magnit dipol mavjud. . Binobarin, magnit dipol z o'qi bo'ylab sferik koordinatalar sistemasining markazida joylashganida, elementar elektr ramka ekvator tekisligida 0 = 71/2 yotishi kerak.

Elementar magnit radiatorning maydoni, shuningdek, ancha murakkab tuzilishdagi sferik to'lqin xarakteriga ega. Maydon faqat shu bilan farq qiladiki, endi elektr maydon chiziqlari z o'qi atrofida konsentrik doiralar, magnit maydon chiziqlari esa meridional hududlarda yotadi.

(3.129) ifodadan ma'lum usulda yaqin soha komponentlarini olamiz:

shuningdek radiatsiya maydonlari (uzoq zona):

Shunday qilib, uzoq zonada elementar magnit emitent to'lqin maydonini yaratadi, bu elementar elektr emitentning maydonidan faqat intensivlik vektorlarining yo'nalishi bilan farq qiladi?

Har qanday murakkab elektr radiatorining maydoni elektr yoki magnit dipollar sifatida olingan uning alohida elementlari tomonidan yaratilgan maydonlarning superpozitsiyasi sifatida ifodalanishi mumkin. Bu murakkab maydon bu yerda berilgan ifodalar yordamida har qanday kuzatish nuqtasi uchun hisoblanadi, bu murakkab maydonni hisoblash mumkin. Ushbu kontekstda superpozitsiya printsipi ham murakkab elektr, ham magnit emitentlar uchun amal qiladi.
Axborotni elektromagnit nurlanish ta'sirida oqishdan himoya qilish uchun makonni zonalarga (mintaqalarga) bo'lishning aniq belgilangan mezonlariga ega bo'lish kerak.
Eng oddiyi, fazoning qaysidir nuqtasida 1/r ning birinchi va ikkinchi darajalariga mutanosib shartlar bilan aniqlangan komponentlarning qiymatlari mos kelishi sharti asosida makonni ikki qismga bo'lishdir, ya'ni. kriteriya formulasi:

Maydon manbasidan bu masofa butun makonni ikki mintaqaga ajratadi: yaqin va uzoq. Ushbu mezon ko'pincha qo'llaniladi. Biroq, mintaqalar chegarasini tanlash bilan uning pozitsiyasi dipol yoki antenna tomonidan chiqarilgan signal chastotasiga qarab o'zgaradi.

Xulosa
Fazoning u yoki bu nuqtasidagi elektromagnit maydonning tabiati asosan nurlatgichga qanchalik yaqin yoki uzoqda joylashganligiga bog'liq. Elektrodinamikada va antennalar nazariyasida tegishli tushunchalar mavjud - maydonning yaqin va uzoq zonalari. Bu bo'linish maydonning alohida komponentlari masofaga turlicha bog'liqligi bilan bog'liq.

Foydalanilgan Adabiyot va manbaalar

1. 
   “ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН”. (В.П. КУБАНОВ) Самара 2015
   
2. 
   https://siblec.ru/telekommunikatsii/elektromagnitnye-polya-i-volny/6-izluchenie-elektromagnitnykh-voln#6.3
   
3. 
   https://bstudy.net/816703/informatika/polya_elementarnyh_izluchateley_blizhnyaya_dalnyaya_zony