Fernfeld

Der Begriff Fernfeld kommt aus der Akustik, Optik und Funktechnik. Er beschreibt im Gegensatz zum Nahfeld eine entfernte Quelle im Bereich der elektromagnetischen Wellen oder Schallwellen. Jede konzentrierte Wellenquelle hat ein Fern- und ein Nahfeld. Während die Form des Nahfeldes von der Form der Lichtquelle abhängt, ist das Fernfeld davon nicht beeinflusst. Beide Begriffe beschreiben in der Physik und Elektrotechnik den Bereich um eine Quelle elektromagnetischer Wellen. Diese Beschreibung erfolgt durch Unterschiede in der Entfernung oder Laufzeit zwischen verschiedenen Orten im Quellbereich. Zudem berechnet man die Feld- und Wellenausbreitung mit unterschiedlichen Näherungen an die exakten Feldgleichungen. Die Eigenschaften der Welle sind durch ein Polynom r-n höherer Ordnung n im Nahfeld im Abstand r beschrieben. Im Fernfeld bei großen Entfernungen vereinfacht sich die Beschreibung, da die erste Ordnung (n = 1, 1/r-Abhängigkeit) alle anderen Terme dominiert.

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Das Nahfeld

Das Nahfeld liegt vor, wenn die Reichweite der Lichtquelle die Größenordnung der Wellenlänge erreicht oder überschreitet. Daher dürfen die nur theoretisch existierenden isotropen Kugelstrahler kein Nahfeld haben. Der Begriff Nahfeld lässt sich mathematisch begründen. Dafür muss man zur Beschreibung des gesamten elektromagnetischen Feldes Terme mit unterschiedlichen Exponenten über der Entfernung r verwenden. Beispielsweise sind dies r-2 und r-4. Jene Terme, die mit zunehmender Entfernung schneller abnehmen, bezeichnet man als Nahfeld. Die Nahfeld-Terme kann man meistens vernachlässigen, wenn man die Wirkung des Feldes auf weit entfernte Objekte beschreiben soll. Das Nahfeld bezeichnet man teilweise im Übergangsbereich zum Fernfeld auch als Fresnel-Gebiet. Denn im Bereich der sogenannten Rayleigh- Zone, strahlt diese nicht nur, sondern nimmt auch Energie aus der Umgebung auf. Diesen Energieaustausch kann man als Blindleistung bezeichnen. Im Fernfeld dagegen fließt die Energie jedoch nur weg von der Sendeantenne.

Das Fernfeld

Das Fernfeld ist auch bekannt als das nach Joseph von Fraunhofer benannte Fraunhofer-Gebiet. Dort sind die magnetischen und elektrischen Feldkomponenten in Phase. Außerdem sind sie durch einen Feldwiderstand des Vakuumraums Z0 von etwa 377 Ω miteinander verbunden. So lässt sich beispielsweise aus dem im Fernfeld gemessenen elektrischen Feld auf das magnetische Feld schließen und umgekehrt. Dagegen ist dies im Nahfeld nicht möglich. Die Richtungen der beiden Feldkomponenten stehen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Diese daraus resultierende flache Wellenfront kann man als elektromagnetisches Feld bezeichnen. Dabei nimmt die Stärke beider Felder mit dem Abstand r um den Faktor 1/r ab. Im Gegensatz zur Fresnel-Zone reicht die phasengleiche Summe der Einzelstrahlen für Fernfeldbeobachtungen aus. Dies vereinfacht die Berechnungen erheblich. Das Unternehmen TOPseven aus Germany nutzt die elektrische Feldstärke für die Überprüfung von Windenergieanlagen. Das Unternehmen ist ein Software- und Technologieanbieter. Seine Schwerpunkte liegen in den Bereichen Drohnentechnologie, Cloud Computing und künstliche Intelligenz.

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