Поляризация и плотность энергии


При приеме сигнала, излучаемого вертикальной антенной, можно заметить, что максимальным он будет в вертикальной приемной антенне и равным нулю — в горизонтальной антенне. Это связано с тем, что электрическое поле от вертикальной передающей антенны имеет вертикальное направление. Поэтому говорят, что излучаемые антенной волны имеют вертикальную поляризацию. В направлении, находящемся по вертикали под углом Θ к передающей антенне (см. рис. 208), приемная антенна для получения максимального сигнала должна находиться в направлении, отмеченном Е. В этом случае она не вертикальна, но все же находится в вертикальной плоскости, проходящей через антенну и точку Р. В антенне, расположенной перпендикулярно к этой плоскости, напряжение вовсе не будет наводиться. Вертикально поляризованное излучение антенны более точно называют плоскополяризованной волной в вертикальной плоскости. Излучение от горизонтальной антенны называют горизонтально поляризованным. Прием такого сигнала с помощью вертикальной антенны невозможен.
Плотность энергии и вектор Умова-Пойнтинга. Если антенна расположена в центре воображаемой сферической поверхности, то излучаемую энергию можно характеризовать некоторой плотностью энергии или мощностью на единицу площади, проходящую через каждый элемент поверхности. Если антенна одинаково излучает во всех направлениях, то мощность на единицу площади определится W/4πr2 ватт на квадратный метр, где W представляет собой общую мощность, излученную антенной, а r — радиус сферы в м. Реальные антенны обычно имеют направленность. Они излучают разную энергию в разных направлениях. Поэтому на одни участки поверхности приходится большая мощность на единицу площади, чем на другие. Если известна напряженность электрического поля Е, то поток мощности через единицу поверхности может быть рассчитан (для простого случая, когда отсутствуют отраженные волны) по формуле
Р=E2/η вт/м2,

где Р — мощность на единицу площади, измеренная в ваттах на квадратный метр, Е — напряженность электрического поля в вольтах на метр и η — волновое сопротивление свободного пространства, равное 377 ом. Р представляет собой векторную величину, имеющую численную величину и направление (соответствующее направлению потока мощности). Этот вектор называют вектором Умова — Пойнтинга. Представление об определенном потоке мощности через единицу площади полезно при рассмотрении вопросов распространения электромагнитной энергии в свободном пространстве или вдоль направляющих систем, например поверхности земли или волноводов.