Как можно измерить E- и H-составляющие ЭМ поля?, Работа в ближнем поле. Опции

[Redcrusader]

Всем доброго времени суток!
Меня заинтересовал вопрос измерения уровня составляющих E- и H-составляющих электромагнитного поля.
В чем моя "идея".
В дальней зоне отношение E/H=377 Ом.
В ближней зоне (лябда/2*pi) оно другое и "линейно" меняется с расстоянием от источника сигнала, стремясь к 377 Ом в дальнем поле.
Т.е., по "идее", измерив это отношение, в точке ближнего поля антенны можно примерно определить расстояние до антенны.

Если "идея" рабочая, то вижу два варианта измерения.
1. Уровень H-составляющей измерять магнитной рамкой. А уровень E-составляющей диполем. Конечно, с учетом, что они ортогональны.
Рамка еще как-то "вырисовывается". А диполь получается очень маленький, что меня слишком смущает.
2. Измерять обе составляющие двумя ортогональными рамками.

Кто-нибудь занимался подобным?
Или, совсем, "идея" бредовая?

[DASM]

Паразитная в смысле что ненужная и вредная мне. А что не так? Допустим моя антенна вертикальная. На некотором расстоянии ли нее какая нибудь электропроводка под произвольным углом, наведенная ЭДС имеет фазовый сдвиг по отношению к оргиналу и излучаемое этой проводкой поле имеет поляризацию под углом к вертикали, неважно каким. Да и наблюдатель находится на разном расстоянии от проводки, ставшей паразитной антенной и оригинальной. Вот и все, он принимает две волны, с разной плоскостью поляризации и сдвигом фазы. По принципу суперпозиции от эллиптической это неотличимо.Слово переотражение не использую, т.к. длина волны больше размера "отражателя" и аппроксимировать это законами геом. оптики тут нельзя, как на высоких частотах. И такая вот эллипт. волна будет в дальнем поле, а уж что творится в ближнем считать реально сложно, может я и ошибаюсь и тут иначе эффекты конечно. Но на практике увы, при поворте приемной антенны вертикальной поляризации меняется фаза принятого сигнала, то есть ведет себя, словно принимает эллиптическую. А если выглядит как утка, крякает как утка, то я предполагаю уткой и является.

Я не стал вникать глубже, с моими "знаниями" надо год сидения с учебниками матана, ибо забыл все даже то ,что не знал. А когда на практике понял, что идея мне денег не даст, ибо задачу позиционирования не решает, то зачем я буду год тратить? Ну может не год, все равно время

Да и все равно не факт, в этой области даже свежие выпускники, еще помнящие матан и физику разводят жуткие срачи с мордобитем. И я такое видел не только у студентов. Вот комменты например https://m.geektimes.ru/post/271494/comments/#comment_9043708 чисто как показатель что как то там хитро все, а не как ссылка на источник знаний

Равно как и исходная мысль что изменение одного из полей порождает другое поле. Да, так пишут во всех учебниках — но это скорее стереотипная, устоявшаяся, и не вполне корректная формулировка. Но зато она создает некое ощущение понимания вопроса, чем и хороша.

Эм-поле это тензор. Иначе говоря, если бытовыми понятиями — это объект, имеющий сложные пространственные параметры. Эти параметры можно описать как в терминах векторов электрического и магнитного полей, так и в терминах скалярного и векторного потенциала. Суть объекта от этого не изменится. Но тут принципиальный момент — электрическое и магнитное поля это именно описание объекта под названием эм-поле (параметры комплексного объекта), а не сам объект.
Чтобы было понятнее о чем речь, возьмем в качестве объекта — скажем цилиндр. А в качестве параметров, описывающих объект — возьмем три проекции оного цилиндра. Понятно, что задав все 3 проекции цилиндра — мы тем самым полностью и однозначно определяем исходный объект (цилиндр). При этом, любой динамике цилиндра в пространстве (перемещению и/или вращение, равно как и масштабированию) можно сопоставить систему уравнений, связывающий между собой изменение проекций (т.е. параметров) цилиндра. Точно так же как существует связь параметров эм-поля при изменении самого поля. Но. Говорить о том, что скажем поворот одной проекции цилиндра вызывает (т.е. порождает по механизму причинно-следственной связи) некие изменения в других проекциях цилиндра — совершенно некорректно. Проекции — это лишь описание объекта. Корректно лишь говорить что такая-та динамика одного параметра объекта сопровождается такой-то динамикой другого параметра. Сопровождается (отсутствие причинно-следственной связи) и вызывает (наличие причинно-следственной связи, в т.ч. обязательная задержка во времени) это принципиальная разница. Изменение одного параметра объекта не может вызывать изменение других параметров. Речь может идти лишь о том, что изменения параметров объекта связаны формульно, но никак не причинно-следственно.
Строго то же самое применимо и к объекту под названием эм-поле. Изменение любого из его параметров (например магнитного поля) сопровождается изменением других параметров (например электрического поля). Но никоим образом не вызывает такое изменение. Не может изменение тени слона вызывать движение слона )))).

Далее, в части итогового вывода статьи что сдвиг на Пи/2 есть — вывод полностью не верный. Поток эм-энергии определяется вектором пойнтинга, т.е. векторным произведением электрического и магнитного полей. Если между полями есть сдвиг на Пи/2, то поток энергии в результате мотается туда-сюда с нулевым средним значением. Это то что называется реактивным полем — и именно такое поле присутствует около провода с переменным током, который автор статьи и рассматривает. Так что да, вблизи провода сдвиг фазы есть — и именно поэтому вблизи провода нет никакого излучения, т.е. нет эм-волны как таковой а есть просто локально колеблющиеся поля (которые никуда при этом "не убегают"). Если же говорить про большое (в длинах волн) расстояние от провода, т.е. про т.н. волновую зону — то там сдвиг фаз как раз принципиально отсутствует — и именно поэтому там появляется эм-волна, а поле становится уже не реактивным, а активным — т.е. уносящим энергию.

Таким образом, у автора статьи ИМХО нет четкого понимания того что такое эм-волна, и чем она отличается от просто колебания полей. Не всякое колебание полей есть эм-волна. Поля которые колеблются, но сдвинуты по фазе на Пи/2 — это не эм-волна, а просто реактивное локально-существующее поле. А эм-волна по определению требует отсутствия сдвига фаз — иначе поток энергии окажется в среднем нулевой (а значит и волны нет).

Соответственно и картинка с кружочками вызывающих друг друга полей — это стереотипное школьное заблуждение (но это полезное для школьного уровня заблуждение, позволяющее хоть как-то объяснить детям что такое эм-волна, без привлечения теорпола — вот эдакие вот колечки "цепляющиеся друг за друга" мол, вот так и волна бежит — детям понятно, ну и слава богу). В реальности электрическое и магнитное поля не вызывают друг друга (это в корне некорректная формулировка) — а сопровождают изменения друг у друга. Ибо электрическое и магнитное поля это лишь дополняющие друг друга части полного описания сложного объекта под названием эм-поле. Меняется сам объект — так что и описание этого объекта в виде его параметров (электрического и магнитного полей) тоже меняется, и это изменение разумеется одновременное (т.е. нет порождения одного поля другим, не может одна координата объекта порождать другую координату объекта, может быть лишь одновременное изменение координат объекта).

Куда уж мне в калашный ряд

Однако, с точки зрения теории антенн, излучает фактически не сам провод, а "электромагнитная шуба" провода состоящая из как раз не излучающего реактивного поля. Т.е. буквально — около провода (то самое near field) поле почти полностью реактивное, но по мере удаления от провода — реактивная компонента поля падает (та которая имеет сдвиг фазы Пи/2), а активная растет (та у которой сдвига фазы нет). Если рассмотреть скажем теорию приема эм-энергии антеннами, то Вы узнаете массу интересного. Например, что именно реактивное ближнее поле антенны, накладываясь на активное поле падающей на антенну эм-волны, направляет потоки энергии в антенну. Так что эффективная площадь антенны (та площадь сквозь которую поступает заходящая в антенну энергия) равна именно площади реактивного поля антенны, а отнюдь не равна физической площади провода антенны. Выглядит это достаточно интересно — потоки энергии как-бы "сами собой" загибаются и со всех сторон устремляются к антенне (к проводу), но только в рамках той зоны где реактивное поле антенны велико.То же самое касается и обратного процесса — излучения (выгляди это так как если бы излучала "поверхность" реактивного поля антенны, а не сам провод). Так что излучение провода это достаточно глубокая тема, при желании в ней покопаться — можно нарыть массу интересного. Но на эту у студентов обычно времени нет ).

Эскизы прикрепленных изображений