Глава XIV. ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
§ 1. Постановка задачи.
Любая иеэкранированная полностью система, генерирующая электромагнитные колебания, теряет часть энергии за счет волн, расходящихся в окружающее пространство. Если система не предназначена специально для излучения, то эти потери в ней рассматриваются как утечки, и тогда обычно требуется знать только мощность излучения. Если же излучение составляет основное назначение системы, как, например, в случае антенн или рупоров, то, помимо этого, нужно иметь сведения о Поляризации излучаемых волн, о распределении излучаемой энергии в пространстве, о потерях, не обусловленных излучением, о распределении зарядов и токов в системе и, наконец, о ее входном импедансе. Эти характеристики зависят от приложенных электродвижущих сил, частоты, размеров системы и ее конфигурации, а также от материала, из которого сделаны эти системы, и от свойств окружающей ее среды. Например, для антенны, находящейся в свободном пространстве, полное решение задачи должно заключаться в нахождении полек, удовлетворяющих уравнениям Максвелла снаружи антенны и внутри нее, а также удовлетворяющих соответствующим граничным условиям на поверхности антенны. В частности, полученные при этом напряженность электрического поля и распределение тока должны быть согласованы на поверхности соединения антенны с линией передачи с полями и токами в этой линии. Такое полное решение задачи для существующих систем, повидимому, невозможно.
Существуют, однако, методы, позволяющие с необходимой точностью вычислять одну или несколько из перечисленных выше характеристик антенн. При помощи запаздывающих потенциалов по заданному раснреде-. лению зарядов и токов всегда можно найти электромагнитное поле. Часто оказывается, что вдали от антенны это поле чувствительно только по отношению к существенным изменениям в распределении токов или зарядов в антенне, и поэтому последнее можно задавать приближенно. Приближенное распределение позволяет с достаточной точностью определить и джоулевы потери, если они малы. Посредством теоремы Умова — Пойнтинга можно найти действительную (но не мнимую) часть входного импеданса антенны. Формулы скин-эффекта позволяют определить омические потери, если известно магнитное поле непосредственно вблизи поверхности металла. Распределение токов в антеннах, выполненных из идеально проводящего проводника простой геометрической формы (сфера, сфероид), можно найти из строгого решения задачи, основанного на применении системы ортогональных функций, подобных тем, которые встречаются в электростатике, но только более сложных. Но, за исключением случая конической антенны, такое строгое решение дает мало сведений относительно входного реактивного сопротивления. Излучение из отверстий часто сначала вычисляют в предположении, что поля на отверстии известны, а затем эти поля стараются подобрать так, чтобы удовлетворить граничным условиям.
В нижеследующих параграфах будут приведены примеры на применение большинства из этих методов.
