near field(近傍界)、far field(遠方界)

アンテナ測定に関する翻訳で、near field(近傍界)、far field(遠方界)という言葉がよく出てくる(例えば、PNAレシーバによるアンテナ/RCS測定の時間短縮)。

電波は、アンテナなどの放射源から球面波として放射される(放射源を中心にして波面が球状に拡がりながら伝搬する)。放射源から近い距離では波面(波の同位相の点を結んだ面)は湾曲した球面(すなわち、球面波)であるが、波源から遠くなると波面は平面(すなわち、平面波)に近くなる。定性的には、近傍界とは、波面を球面と考える必要のある領域で、遠方界とは波面を平面とみなしてよい領域である。光の伝搬との類似から、近傍界をフレネル領域、遠方界をフラウンフォーファー領域と呼ぶこともある。

定量的な定義は、電荷が加速度運動すると電磁波が発生することをマックスウェル方程式を用いて計算する(電流ベクトルが与えられたときのベクトルポテンシャルから電磁界を計算する)必要があり、複雑でここには書ききれないが、概要は以下のようである。電磁界の大きさの計算結果に、放射源からの距離をrとして、1/r、1/r^2、1/r^3に比例する項(それぞれの項は、放射界(空間に電波として放出される成分)、誘導電磁界(ビオ・サバールの法則に従う成分)、準静電界(双極子による電界)と呼ばれる)が出てくる。遠方界(rが大きい)では、1/r^2、1/r^3に比例する項は、1/rに比例する項に比べて急速にゼロに近づくので、1/rの項のみが残る。近傍界と遠方界の効果が同程度となる条件(1/r^2と1/r^3に比例する項が、1/rに比例する項に等しくなる条件)から、近傍界と遠方界の境目が計算でき、この値はλ/2π(λ:電磁波の波長)である。

近傍界、遠方界については、以下を参照。

東海大学 産業工学部 電子知能システム工学科 井手口研究室のホームページ > 授業情報 > 教材集 > 電磁波の放射のp4~p7

Near field or far field?(英語pdf)

電流ベクトルが与えられたときの電磁界の計算については、以下を参照

微小電流源からの放射電磁界の導出 その2 E、Hの算出Comments

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