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電波の電界と磁界に関するつぶやき
１ 電磁波に電界はない − English − ＜参考 王様は裸＞
２ 電波に係る不明瞭なこと − English −
５ 電磁波は移動する磁界 − English −
2024/03/18
＜ １ ダイポールアンテナが発する磁界 ＞
図１、２および図３に、送信用ダイポールアンテナが発する磁界を模式的に示す。
図示するように、電波には電界がなく、移動する磁界によって形成されるのなら、電波が媒体のない真空中を伝搬できることは明らかである。そして、変位電流や電気力線は不要である。前述の「電波に係る不明瞭なこと」に記載した不明瞭な事項は解消する。
なお、図において橙色は画面を表から裏へと貫く方向の磁界、青色は画面を裏から表へと貫く方向の磁界を示し、以下においても同配色で磁界の方向を示す。
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図２は、電波の磁気エネルギを永久磁石のような等価磁石に代替して示したもので、ダイポールアンテナによって発生した磁界が磁気エネルギを維持しながら、放射方向に拡大して伝搬する様子を、直列につないだ複数の小さな等価磁石で形成したリング状（ドーナツ状）磁界が、押し広げられて放射方向に移動する様子に代替して示している。
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図３は、放射方向に広がる磁界の ひとつの方向に移動する磁界を示したもので、磁界強度と極性を、矢印の長さと向きによって示す。
正弦波状に変化する信号が供給電源からアンテナに供給されれば、強度と極性が正弦波状に変化する磁界が生成され、流れるように放射方向に移動する。
このとき、移動する磁界は、アンテナから遠ざかる移動距離の二乗に反比例して減衰する。
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なお、ダイポールアンテナが磁界を発する様子は「電波の生成」に、また、ダイポールアンテナが磁界を受ける様子は「電波の受信」に後述する。
＜ ２ ダイポールアンテナが発する磁界と 角錐ホーンアンテナが発する磁界 ＞
図４に、上記図１の送信用ダイポールアンテナの後方に反射板を配置したときに生成される磁界を模式的に示す。
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図５は、上記図１の送信用ダイポールアンテナを上下の導体板に代替した ビバルディアンテナが生成する磁界を模式的に示す。
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図６は、上記図５のビバルディアンテナをホーンの中に備えた ダブルリッジ式角錐ホーンアンテナが生成する磁界を模式的に示す。
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図７は、上下にリッジのない基本的な構成の 角錐ホーンアンテナが生成する磁界を模式的に示す。
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以上のように、ダイポールアンテナが発する磁界と、角錐ホーンアンテナが発する磁界は、ともに移動方向に直交する軸を回転軸として回転する磁界であり、同形態の移動する磁界である。
＜ ３ 円錐ホーンアンテナが発する磁界 ＞
図８に、円錐ホーンアンテナが発する磁界を模式的に示す。
円錐ホーンアンテナが発する磁界は、移動方向の軸を回転軸として回転するリング状（ドーナツ状）の磁界である。
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ちなみに、円錐ホーンアンテナには、給電ケーブルと円錐ホーンアンテナの間に変換器を挿入して、角錐ホーンアンテナ すなわち ダイポールアンテナと同様な形態の磁界を発するものがあるので、混乱しないように注意を要す。
＜ ４ シンクロトロンが発する磁界（光）と 電磁波 ＞
図９に、シンクロトロンが発する磁界（シンクロトロン光）を模式的に示す。
シンクロトロンにおいては、光速で移動する電子の進行方向を 直交する偏向磁界によって曲げて、電子と並走する磁界を分離する。この分離された光速で移動するリング状（ドーナツ状）の磁界がシンクロトロン光となる。
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円錐ホーンアンテナが発するリング状の磁界やシンクロトロンが発する移動方向を回転軸とするリング状の磁界を、図１０に示すように、複数の導線を平行に並べたブラインドのようなフィルタを通過させれば、角錐ホーンアンテナが発するような、移動方向に対して直交する軸を回転軸とするリング状の磁界を抽出することができる。なお、このフィルタは電波であれば偏波フィルタ、光であれば偏光フィルタに対応する。この事象は、移動方向を回転軸とするリング状の磁界と、移動方向に対して直交する軸を回転軸とするリング状の磁界は 同種の磁界であることを示す。
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なお、偏光フィルタを回転することで任意の方向の偏光を抽出できる自然光が、上記の移動方向を回転軸とするリング状の磁界であると考えても問題はない。したがって、前述の「電波に係る不明瞭なこと」の偏光に係る不明瞭なことは解消される。
さらに、シンクロトロン光のように、光が光速で移動する電子から分離されたリング状の磁界ならば、電気の最小単位である電子１個が発する磁界が、光の最小単位の光子である。したがって、前述の光子にかかわる不明瞭なことも解消される。
＜ ５ 補足 ＞
電界がないのは遠方界（λ／２π以遠）である。近傍界においては、直接結合して互いに影響を及ぼすため、各種方程式が示すように電界を無視できない。