¿Cómo se calcula la distancia mínima razonable para el campo lejano de una antena dipolo?

Question

En primer lugar, permítanme explicar lo que creo que es el campo cercano:

En rangos muy cercanos, debido a las diferencias entre la tensión y la corriente instantáneas en cada pequeño segmento de una antena en un momento dado, el campo EM no es uniforme (esféricamente) todavía. Si las antenas (receptora y transmisora) están así de cerca, las inducciones mutuas son cojas y reactivas. Las corrientes inducidas en varios segmentos de la antena receptora podrían contradecirse y obstaculizarse mutuamente.

Pero no puedo estar seguro de cómo se calcula la distancia mínima (para evitar estos efectos negativos)

Algunas fuentes dicen que la distancia debería ser de más de 2 longitudes de onda. Otras dicen que 10 longitudes de onda. Algunos lo calculan como 50(L^2)/ (L:longitud de la antena) o 5/2 o /2 o 2(L^2)/. Todos parecen basarse en diferentes formas de entender/analizar.

¿Existe un método/una ecuación segura que se utilice habitualmente en la práctica para calcular esta distancia mínima?

Editado debido a los comentarios:

Describes el campo cercano como cojo y reactivo pero seguirán produciendo una señal decente en una antena receptora así que por favor explica tu duda o cuál es el verdadero problema.

No tengo referencias para esto, pero si las ondas EM tienen una velocidad finita y constante, entonces los campos EM que se expanden desde cada segmento de la antena deberían llegar a los otros segmentos de la otra antena con un retraso lo suficientemente alto como para causar corrientes contradictorias.

La "contradicción" debería ser más si,

1- Las tasas de cambio de corriente y tensión a lo largo de la longitud de la antena de un segmento a otro son mayores. Es difícil de explicar para mí. Si todos los segmentos de la antena se introdujeran en una onda plana EM, todos los electrones se verían forzados a moverse al mismo tiempo, bloqueando o impidiendo el movimiento/momento de los demás en menor medida (como la situación en el límite de Betz o el límite de Carnot como una analogía aproximada. Intentas empujar el aire con aire y parte del momentum que das se convierte en calor que podría definir como "una suma de momentums caóticos con un vector de momentum neto cero en total").

Sin embargo, cuando la tasa de cambio de los campos magnéticos y eléctricos son más diferentes en cada segmento de la antena receptora, debería haber desorden, concentración y rarefacción de los electrones en el mismo instante provocando así el calentamiento del joule, la impedancia y las "microcorrientes turbulentas" por así decirlo. La eficacia de la transmisión de energía sería "coja".

Todo esto significa simplemente que la longitud de onda de la CA sería menor en relación con la longitud de la antena (suponiendo que la velocidad de la señal eléctrica y la amplitud de la CA se mantienen constantes).

2- La distancia entre la antena se hace más pequeña en relación con la longitud de la antena, por lo que habría desfases más largos (retrasos de fase) entre varios segmentos de cada antena. Tampoco es fácil de describir. I

Estos son sólo mis razonamientos basados principalmente en estudios de fuentes creíbles, pero que nadie los tome como conocimiento científico.

En primer lugar, hay que definir lo que se entiende por "seguro" o "razonable", es decir, qué error se puede aceptar o qué desviación del modelo de campo lejano es aceptable en la aplicación específica.

Para aclarar esto no me queda más remedio que introducir el problema principal que me ha costado resolver y que está en la sección de Physics Stack Exchange. No sé si esto va en contra de las normas del foro así que disculpas por adelantado. No pretendo hacer la misma pregunta aquí por supuesto:

https://physics.stackexchange.com/questions/293097/average-force-between-two-parallel-finite-wires-with-ac

Por favor, revisa el último comentario hecho por Void. Según este comentario, lo que quiero decir con "seguro" es la distancia a la que los campos eléctricos y magnéticos que se expanden desde la antena empiezan a comportarse como una onda EM normal.

Sólo interés: El campo cercano del radiotelescopio de Jodrell Bank -que también se utiliza para las comunicaciones en el espacio profundo- se extiende hasta más allá de la atmósfera. Esto tiende a hacer que las pruebas del sistema integrado antes del vuelo sean "difíciles" :-).

¿No sería esto como medir los diminutos cambios en las inductancias parásitas de un enorme transformador? Es sólo una suposición.

Perdón por lo extenso de la edición. Tal vez porque tengo muy pocos amigos cerca para hablar de ciencia.

Answer 1

Una antena produce campos que se dividen en tres categorías: -

Y, las fórmulas generalmente aceptadas para estos son: -

Así, si la dimensión mayor fuera de 0,75 metros y la frecuencia de 100 MHz (es decir, un monopolo de un cuarto de onda), el campo cercano reactivo se realiza a 24 cm y el campo lejano comienza a unos 38 cm.

Sin embargo, para una antena parabólica de 7,5 metros de diámetro (a 100 MHz), el campo cercano reactivo se extiende hasta unos 7,4 metros y el campo lejano comienza a unos 37,5 metros.

Este sitio tiene una calculadora y es de donde he sacado las fórmulas. Las fórmulas son generalmente aceptadas como significativas pero, no hay reglas o límites duros y rápidos.

Este sitio también utiliza las mismas fórmulas y tiene una bonita imagen que muestra cómo los campos convergen gradualmente en amplitud para producir una onda EM adecuada a una impedancia de 377 ohmios (impedancia del espacio libre). Esto es para una antena eléctricamente "corta": -

Wiki (Campo cercano y lejano) también utiliza el mismo sistema para calcular los campos cercanos y lejanos: -

Answer 2

Una antena lanza un campo complicado que puede dividirse conceptualmente en dos partes

a) un campo cercano no propagador, que disminuye al cubo de la distancia, que es predominantemente eléctrico con una impedancia superior a la del espacio libre, o magnético con una impedancia inferior a la del espacio libre

b) un campo lejano en propagación, que cae de como distancia al cuadrado, una onda electromagnética con una impedancia de espacio libre

No se puede establecer una distancia umbral en la que predomine una u otra sin especificar la relación de las dos intensidades, es decir, la distancia a la que son iguales, o el 10% del campo izquierdo, o el 1%?

En la práctica, la mayoría de los trabajadores toman 2 longitudes, el doble de la mayor de las longitudes de onda o de la longitud de la antena, como límite de la influencia del campo cercano. Pero si defines "influencia" a tu manera, tendrás tu propia distancia límite.