Электромагнитное излучение антенн

Радиоэлектронные средства могут быть не только объектами неблагоприятного воздействия МЭМП, но и их источниками (например, радиопередающие средства). При этом независимо от того, используются ли они в качестве системы радиоподавления, т.е. создания организованных помех, либо эти помехи создаются непосредственно в результате функционирования РЭС, их основные свойства как источников электромагнитных помех остаются идентичными.

Мощные радиопомехи охватывают достаточно широкий спектр, от десятков герц до десятков гигагерц, частотный диапазон и являются гармоническими сигналами, модулированными по амплитуде и частоте [3, 4].

Как правило, основными источниками мощного электромагнитного излучения любых РЭС является антенна, направленно или ненаправленно излучающая поток электромагнитной энергии в окружающее пространство. Антенны радиолокационных станций (РЛС) в этом отношении наиболее опасные источники мощного излучения, так как обладают свойствами концентрировать электромагнитную энергию в определенном направлении (имеют высокий коэффициент направленного действия, который может достигать значений порядка десятков тысяч).

Основные характеристики электромагнитного поля определяются его источником, окружающей средой и расстоянием от источника до точки наблюдения. В соответствии с этим окружающее антенну пространство, где существует электромагнитное поле, делится на ближнюю, промежуточную и дальнюю зоны излучения. Вблизи направленной антенны, когда r < λ/2π, свойства поля определяются характеристиками источника и расстоянием от него до рассматриваемой области. Если в антенне генерируется большой ток и низкое напряжение, что свойственно рамочным антеннам, ближнее поле будет в основном магнитным. Для этого случая характерно соотношение

где Е и Н – напряженности электрического и магнитного полей в окружающем антенну пространстве;

r – расстояние от антенны до точки наблюдения;

λ – длина волны поля излучения.

Для антенны в виде штыря или натянутого над землей провода характерным является малый ток и большое напряжение. В этом случае электрическая составляющая поля вблизи антенны намного превышает магнитную:

Так, поля Е и Н для излучения провода в ближней зоне

где I – ток в проводе (антенне);

l – его длина.

В отличие от всенаправленных антенн, для которых ближняя зона распространяется на расстояние r < λ/2π, для широко распространенных зеркальных антенн с диаметром зеркала D граница ближней зоны в главном максимуме излучения определяется расстоянием

В этой зоне (рисунок 4.1) излучение концентрируется в луче почти такого же сочетания, как и сечение антенны в ее разрыве. Интенсивность излучения в центре сечения луча почти в девять раз больше, чем на его краях.

По мере удаления от антенны картина меняется. В случае штыревой антенны интенсивность электрического поля падает пропорционально (l/r)³, на создание магнитной составляющей поля, которая с увеличением расстояния затухает пропорционально (l/r)². Для рамочной антенны, наоборот, магнитная составляющая затухает пропорционально (l/r)³, а электрическая – (l/r)². Такая картина будет наблюдаться до тех пор, пока расстояние не достигнет значения r ~ λ/2π, что соответствует промежуточной зоне формирования полей излучения, которые распространяются и существуют в следующей дальней зоне.

В общем случае при изотропном излучении граница между промежуточной и дальней зонами определяется расстоянием r >> λ/2π.

Рисунок 4.1 - Зоны электромагнитного поля излучения антенн

Для дальней зоны излучения характерно соотношение

В дальнейшем как электрическая, так и магнитная составляющие поля затухают пропорционально l/r.

В дальней зоне излучения РЭС

где P – средняя по времени мощность излучения.

Для направленных зеркальных антенн область дальней зоны излучения определяется расстоянием r = D²/λ, G – коэффициент направленного действия антенны.

Так как РЛС работает в основном в СВЧ диапазоне, то пространство вблизи станций, их антенн или мест утечек является дальней зоной.

Радиолокационное оборудование и связная радиоаппаратура, работающие в диапазоне от низких до высоких частот, могут создавать и внутренние МЭМП через отверстия, неоднородности в экранах линий передачи энергии на антенну или в экранах катодных выводов магнетронов и т.п. По данным, приведенным в, напряженности полей утечек могут достигать значений от тысяч до десятков вольт на метр, что говорит о необходимости учета не только внешней, но и внутренней электромагнитной обстановки (ЭМО).