Основы радиолокации

Ближняя и дальняя зоны

Ближняя зона и дальняя зона заданного источника электромагнитного излучения — это термины, обычно используемые при антенных измерениях, и при описании областей пространства вокруг такого источника, в которых различные составляющие поля играют большую или меньшую роль. Граница между этими двумя зонами зависит от геометрических размеров источника излучения и основной длины волны λλ. В ближней зоне антенны угловое распределение поля зависит от расстояния до антенны. Разные составляющие поля, излучаемые разными геометрическими частями поверхности антенны, имеют разное время распространения до точки наблюдения и поэтому они будут интерферировать между собой (не обязательно синфазно), формируя волновой фронт.

Точечный изотропный источник не может иметь ближней зоны. Ближняя зона возникает если размер источника как минимум соизмерим с длиной волны λ. Ближняя и дальняя зоны представляют собой математические абстракции, введенные для упрощения получения аппроксимации уравнений Максвелла. В ближней зоне существует также область, в которой антенна улавливает часть только что излученной ею энергии.

Рисунок 1. Ближняя зона антенной решетки

Рисунок 1. Ближняя зона антенной решетки

Рисунок 1. Ближняя зона антенной решетки

На Рисунке 1 изображена решетка из четырех синфазно запитанных элементов. Каждый из элементов излучает электромагнитное поле. Эти частные поля складываются в общее поле. Хотя рисунок большой, все показанные на нем расстояния находятся в ближней зоне. Чтобы изобразить дальнюю зону размер рисунка следовало бы увеличить как минимум в четыре раза, для того, чтобы показать как поля излучения отдельных элементов решетки, складываясь, формируют когерентный волновой фронт. В дальней зоне форма диаграммы направленности антенны не зависит от от расстояния до источника излучения.

Для маленьких антенн (размер излучателя меньше длины волны) ближняя зона представляет собой область радиуса r << λ, а дальняя зона – область радиуса r >> λ.

Для больших антенн (антенных решеток или антенн, использующих большие отражатели, таких как параболические зеркальные антенны) границу между двумя зонами можно приближенно рассчитать по формуле:

Дальнюю зону иногда называют зоной Фраунгофера, а ближнюю зону – зоной Френеля.

Часть зоны Френеля представляет собой промежуточную область, в которой происходит как излучение так и поглощение (сбор) энергии. Граница этой области находится вблизи расстояния D²/(2·λ), а саму область иногда называют зоной Рэлея.