Energien der Felder in einer ebenen Welle, gedämpft und ungedämpft

Dies ist eine Kombination aus zwei meiner vorherigen Fragen ( Frage 1 und Frage 2 ), die miteinander zusammenhängen.

Ich versuche zu lernen, wie Energie in den elektrischen und magnetischen Komponenten einer ebenen Welle transportiert wird und wie diese Felder und Energien von einer dämpfenden Barriere beeinflusst werden.

In den Abbildungen 1-4 eine ebene Welle bei einer Frequenz von 4 MHz mit einer elektrischen Feldstärke E ₀  = 377 V/m und einer magnetischen Feldstärke H ₀  = 1 A/mreist im freien Raum. Die Fig. 1 und 3 zeigen eine Dipolantenne, und die Fig. 2 und 4 zeigen eine Schleifenantenne. Die Antennen sind bei 4 MHz resonant, haben gleich große Fangflächen und sind verlustfrei. Meine Absicht ist, dass sie der Einfachheit halber keine der typischen Eigenschaften von Antennen oder Induktoren einführen; Vielmehr fungieren sie als perfekte Sensoren für EM-Feldstärken und wandeln 100 % der Energie, auf die sie treffen, in Strom um. Beide Antennen sind auch so ausgelegt, dass sie eine identische äquivalente Ausgangsimpedanz haben [pro Vorschlag von Andy aka]. Bitte nehmen Sie an, dass in den Abbildungen 3 und 4 jede Antenne in einem solchen Abstand von der Barriere platziert ist, dass ihre Erfassungsbereiche auf gleiche Feldstärken treffen, und dass die Barriere eine unendliche Ebene ist.

1 zeigt eine Dipolantenne, die auf ein elektrisches Feld der Stärke E ₀  = 377 V/m trifft .

Fig. 2 zeigt eine Schleifenantenne, die auf ein Magnetfeld der Stärke H ₀  = 1 A/m trifft .

Dank Andy aka und anderen verstehe ich, dass die in den elektrischen und magnetischen Feldern einer ebenen Welle übertragenen Energien gleich sind, wobei die eine die Energie als Spannung und die andere als Strom überträgt, sodass die Antennenausgänge in Abb. 1 und Abb. 2 sind gleich.

Ich _{Abb. 1}  = Ich _{Abb. 2}

Ich weiß nicht, wie ich den Stromausgang jeder Antenne berechnen soll, aber wenn das Ohmsche Gesetz irgendwie analog wäre, wäre es in beiden Fällen 1A.

3 zeigt eine leitende Barriere, die das elektrische Feld E ₀ um 50 dB dämpft, und eine Dipolantenne.

In diesem Fall ist das abgeschwächte elektrische Feld E ₁  = 1,19 V/m . Auch hier weiß ich nicht, wie ich es berechnen soll, aber wenn das Ohmsche Gesetz irgendwie analog wäre, würde der Antennenausgangsstrom in Abb. 3 etwa 3,77 mA betragen.

Abb. 4 zeigt die gleiche leitfähige Barriere, die bei 4 MHz dünner als eine Skin-Tiefe ist, und eine Rahmenantenne.

Dank Neil_UK, analogsystemsrf und Andy aka verstehe ich, dass eine leitfähige Barriere ein magnetisches Wechselfeld auf einen Betrag dämpft, der durch die Frequenz des Felds und das Material und die Dicke der Barriere bestimmt wird. Eine relativ dicke Barriere ist erforderlich, um niedrige Frequenzen zu dämpfen, und die durch eine gegebene Dicke bereitgestellte Dämpfung nimmt mit der Frequenz zu. Ich verstehe auch, dass, wenn das E-Feld stark gedämpft und das H-Feld sehr schwach gedämpft wird, sich das H-Feld mit einer Stärke ausbreitet, die durch das Quadrat der Entfernung von der Barriere verringert wird.

Wenn also die Barriere extrem dünn ist, würde sich der Antennenausgangsstrom in Abb. 4 1 A nähern, vorausgesetzt, das Ohmsche Gesetz bringt uns irgendwo in den Baseballstadion und die Antenne befindet sich ziemlich nahe an der Barriere.

Meine Frage besteht also aus 3 Teilen:

1. Was passiert mit der ebenen Welle an der Barriere? Ich weiß, dass die E- und H-Felder einer ebenen Welle miteinander in Phase sind, also vermute ich, dass die Felder außer Phase geraten, wenn die Welle auf die Barriere trifft, und das Verhalten (oder das Verhalten, wenn Sie es vorziehen ) ähnelt eher der Nahfeldstrahlung, bei der entweder E oder H dominieren können. Ist das annähernd richtig?

2. Wie kann die Antennenleistung in Bild 4, I _{Bild 4} berechnet werden? Wenn die Barriere aus Kupferfolie besteht, könnte ich basierend auf den Angaben von analogsystemsrf die Antennenleistung basierend auf 8,6 dB Dämpfung pro Hauttiefe bei der interessierenden Frequenz und einem Bruchteil von 8,6 dB bei einer Dicke von weniger berechnen als eine Hauttiefe. Ist das richtig?

3. Welche Formeln würden verwendet, um den Antennenausgangsstrom in jedem der obigen Beispiele zu berechnen? Wenn sich jemand die Zeit nehmen möchte, die Formeln aufzuzeigen, die mit echten Antennen verwendet werden könnten, wäre das fantastisch.

Korrekturen

Einige Wochen nach dem Posten dieser Frage erfuhr ich, dass die E- und H-Felder in einer ebenen Welle nicht unabhängig voneinander wirken, was bedeutet, dass sie keine separaten Abschirmungsüberlegungen erfordern. Mit anderen Worten, für ebene Wellen ist die Wirksamkeit der magnetischen Abschirmung äquivalent zur Wirksamkeit der elektrischen Abschirmung. Meine Erörterung von Abbildung 4 enthält also Fehler und meine dreiteilige Frage enthält falsche Annahmen. Der in der Antenne in Abbildung 4 induzierte Strom wäre derselbe wie der in Abbildung 3 induzierte. Siehe die akzeptierte Antwort auf diese Frage zur weiteren Klärung und für die Antwort auf Teil 1 meiner obigen Frage, was passiert, wenn die ebene Welle auf die trifft Barriere.