LE2GO - far field e near field

[i4mfa]

I termini far-field e near-field indicano solo
delle tipologie di analisi - Antenne, nozioni di base

Chiedersi se un albero soffre quanto un dente in caso di estrazione di radice... potrebbe avere una sua logica;
ma chiedersi se 55 soffre quando gli estraiamo la radice... assolutamente no.
E nonostante questo concetto ci appaia ovvio, continuiamo a parlare dei campi elettromagnetici come se fossero simili ai campi di grano o ai campi da baseball: una funzione, una equazione, le equazioni di Maxwell, per entrare in argomento, non appartengono nè al regno animale, nè al regno vegetale, nè al regno minerale, sono... astratte entità matematiche, come quella che, esprimendo una grandezza come funzione della posizione nello spazio e nel tempo, definiamo campo.

Non credo che Maxwell abbia mai pensato di vedere

le proprie equazioni come un campo di grano

Spesso queste astratte entità sono oggetto di semplificazioni,
correttamente attuabili qualora il nostro calcolo riguardi un particolare tipo di analisi.
Nel caso specifico, delle equazioni di Maxwell che ci forniscono un modello di analisi del campo elettromagnetico,
quando applichiamo tali semplificazioni al calcolo del guadagno di una antenna o del suo lobo di radiazione,
matematicamente parliamo di far-field.
In una analisi far-field del campo elettromagnetico prodotto da una antenna,
noi consideriamo la stessa puntiforme e prescindiamo dalla sua natura.

È un termine matematico, consideriamolo come triangolo rettangolo quando parliamo di un triangolo con un angolo di 90 gradi: pensavate fosse un triangolo con quattro lati paralleli a due a due solo in quanto abbiamo utilizzato lo stesso termine matematico con cui identifichiamo un noto poligono a quattro lati?

Risolviamo le equazioni di Maxwell

Il campo elettromagnetico radiante calcolato in un punto, a distanza r da una sorgente, risulta proporzionale ad 1/r; una analisi attuata per valori in cui questo termine risulta predominante si definisce far-field.
I termini proporzionali a 1/r², che diventano significativi per piccoli valori di r, definiscono il campo induttivo, mentre quelli proporzionali a 1/r³, che sono significativi solo per bassissimi valori di r, definiscono il campo elettrostatico.

Anche se parlare di
NEAR-FIELD
elettrizza il relatore e
magneticamente attrae il lettore...

i termini
GUADAGNO e LOBO DI RADIAZONE
vanno propriamente relazionati al termine
FAR-FIELD

... a parere di Maxwell!

Focus on

Da una analisi FAR-FIELD otteniamo
GUADAGNO e LOBO DI RADIAZIONE

Antenne, nozioni di base

[iw0hdi]

tu dici "Il campo elettromagnetico radiante calcolato in un punto, a distanza r da una sorgente, risulta proporzionale ad 1/r; una analisi attuata per valori in cui questo termine risulta predominante si definisce far-field"
Ma è sbagliato! il CEM è proporzionale a 1/r2 nel far field; nel near field il campo non lo puoi definire come propozionale a 1/r2 perchè la componente del campo E è proporzionale a 1/r3

[i4mfa]

No, Andrea, non è sbagliato, è giusto: se parliamo di equazioni di Maxwell, parliamo di ampiezze dei campi elettrico e magnetico, che nelle stesse hanno termini proporzionali a 1/r, 1/r^2 ecc.
Pensi sia possibile che il tuo errore derivi da una troppo veloce tua lettura, che ti ha fatto confondere ampiezza con potenza, o semplicemente non hai chiare le equazioni del campo elettrico e del campo magnetico?

Nel secondo caso, sarebbe imho corretto "prenderne atto per accrescere le proprie competenze" e focalizzarsi sulla dimostrata tesi (un termine matematico), che ti permette anche di correggere la tua affermazione, in quanto - come spiegavo - matematicamente è la rilevanza del termine proporzionale a 1/r^2 (o 1/r^3) che definisce il campo induttivo (o elettrostatico): un ripassino alle dispense di campi elettromagnetici e circuiti la prossima volta, prima di scrivere

"è sbagliato", che non é una richiesta di approfondimento,

me lo farà, ingegnere?
Anche solo per farmi capire che non sto buttando via il mio tempo a cercare di far crescere tecnicamente gli OM attraverso spiegazioni leggere e concise! Grazie!

[iz0eyj]

Perdonate se mi intrometto, e se riporto in vita questa vecchia ed interessante discussione.
Al di là dei numeri e dei calcoli, a me questa sembra una descrizione degli effetti e non delle cause.
Non sarebbe più corretto dire, o meglio più completo dire, che il NF è un luogo dello spazio nel quale il campo elettrico e quello magnetico non hanno ancora raggiunto la loro condizione definitiva che li vuole ortogonali fra di loro?
Che poi avvenga ad una distanza piuttosto che ad un'altra credo sia meno interessante delle radici del fenomeno.
Se le cose stanno così, e credo stiano così, NF e FF non si discostano solo per "densità energetica", ma è la natura stessa della radiazione elettromagnetica a differire fra i due luoghi.

[i4mfa]

Premesso che fa piacere vedere una patente su QRZ, CONCORDO: descrizione degli effetti (in linea col concetto di LEGO, uso "quel" mattoncino per raggiungere una certa altezza o lunghezza, punto).
É più completo dire: É "la natura stessa a differire", da qui differenti tipologie di analisi.

[iz0eyj]

Ciao Marco, so che la mia pagina di QRZ è piuttosto atipica, ed in passato lo era anche di più.

Le differenze, come hai giustamente fatto notare, stanno nella tipologia di analisi.
Nel corso del tempo mi è capitato più di una volta di "spiegare" le nozioni alla base dei processi sperimentati da noi radioamatori, ed ho sempre trovato uno scoglio: Maxwell.
Maxwell sta all'elettromagnetismo come Newton sta alla meccanica, ma con una differenza sostanziale: mentre Newton è in grado di spiegare per intero i fenomeni della meccanica macroscopica, Maxwell non è in grado di fare altrettanto con l'elettromagnetismo.
La mente ha bisogno di capire le motivazioni, perché senza quella comprensione occorre fare continuo ricorso alla memoria per cavarne fuori la formula corretta, processo a mio avviso abbastanza sterile.

La modesta aggiunta che mi sono permesso di fare introduce già un primo livello di analisi supplementare, perché giudico importante spiegare cosa accade nel NF prima ancora di dare la formula per calcolarne l'estensione degli effetti.
Tuttavia anche quella da me aggiunta è solo una spiegazione parziale, ma è comunque qualcosa.

Maxwell dicevo... mi sono reso conto che cercare di spiegare i nostri processi con il solo Maxwell equivale un po' a dire "adesso ti insegno a calcolare un atto di fede".
Potrà sembrarti strano, perché in apparenza dovrebbe essere più complesso, ma le menti letteralmente si illuminano avanzando la data delle spiegazioni al 1905 e dando la formula E=hf.
Ossia parlando di radiazione di corpo nero quantistica e fotoni.
E si illuminano perché compreso cosa c'è alla base di quei processi, i fotoni e la loro energia, quel calcolo non è più riferito ad un atto di fede ma a qualcosa di concreto.
Quando la mente di un giovane radioamatore comprende la relazione esistente tra un fotone e la sua frequenza caratteristica gli balzano immediatamente agli occhi le ragioni per cui, ad esempio, il dielettrico di un cavo coassiale introduce un rallentamento nella propagazione, perché essa sia funzione della sua densità, perché una radiazione elettromagnetica si attenua con la distanza dal radiatore, da cosa dipenda quella benedetta reattanza introdotta da un radiatore non perfettamente risonante, perché terreno ed ostacoli interferiscano con il funzionamento di un'antenna etc etc.
I calcoli restano, certo, ma non gli si chiede più di applicarli all'atto di fede.
Spiegagli i fotoni (seppure in modo non esatto ed incompleto) e capirà COSA sta calcolando!
Spiegagli cosa cosa accade nel Near Field e, di nuovo, capirà COSA sta calcolando.

Poi, naturalmente, ci sarà l'allievo particolarmente zelante che farà una domanda imbarazzantemente sagace, e manderà in crisi l'insegnante che si troverà impelagato nel tentativo di spiegazione di funzioni d'onda, probabilità e spazio-tempo... ma così va la vita

Se questa ti sembra una critica ai nostri programmi di esame... beh sì, è una critica ai nostri programmi di esame!

Federico

[i4mfa]

Alla luce dell'interessante post di IZ0EYJ Federico avevo la scorsa settimana attuato invito, forse in modo troppo scherzoso, a realizzare il differente metodo educativo proposto, suggerendone, tanto per passare una simpatica serata fra OM, la focalizzazione su un pratico esercizio quale:
la spiegazione - in senso matematico - dei differenti valori (lobo di radiazione), ad un angolo di elevazione zenitale di 90 gradi, fra un dipolo verticale ed un dipolo orizzontale, con specifico riferimento ad una altezza dal suolo di multipli dispari di lambda quarti del punto di alimentazione di essi.

[iz0eyj]

No Marco, credo tu abbia frainteso ciò che ho scritto.
Non voleva essere una critica a te (semmai come da me dichiarato la era ai programmi di esame), e tanto meno un invito ad introdurre il calcolo basato sulla meccanica quantistica, chiaramente fuori luogo al di fuori di un corso di fisica teorica.

Il mio invito era al non attestarsi al come succedono le cose ma ad estenderlo al perché esse accadono.

Dire ad un radioamatore che il mondo non si è fermato a Maxwell, ma che successivamente ci sono stati Plank ed Einstein, con delle intuizioni che qualche ricaduta nella comprensione del nostro universo l'hanno causata.
Perché il radioamatore non deve sapere che questo misterioso campo elettromagnetico è in realtà basato su dei fotoni la cui energia è proporzionale alla frequenza, se questo lo aiuta a dare un senso a ciò che gli si insegna a calcolare?
E, avevdolo fatto molte volte, posso assicurarti che questo gradino in più la comprensione dei fenomeni la aiuta molto.

Un tempo noi radioamatori eravamo soggetti dotati di licenza ad operare, il che ci rendeva sostanzialmente assimilabili ad una broadcasting; adesso siamo titolari di autorizzazione generale alla sperimentazione, il che fa di noi qualcosa di simile ad un Istituto di Ricerca.
Penso sarebbe giunto il momento di abbandonare il nozionismo del "Nerio Neri", già testo di esame quando agli inizi degli anni '80 dello scorso secolo ottenni la mia Ordinaria, ed adeguare la nostra preparazione alle caratteristiche dell'inventore della radio, Tesla, che dei fenomeni ricercava innanzitutto le cause.

Detto ciò, ti assicuro che non mi permetterò più di dare suggerimenti.

Buona giornata, Federico

[i4mfa]

Come segnalato, ho ritenuto in linea con il contenuto didattico di questo thread, cancellare i chiarimenti con Federico, adesso che ho redatto la risoluzione (LE2GO-way) del proposto esercizio. Nel ribadire il mio personale interesse verso il tema didattico proposto da Federico iz0eyj, apro specifico thread di Costruiamo con il LE2GO, che vuole essere anche un invito a proporre (domande, ovvero) esercizi da parte di chi fosse interessato.