磁気準静的場とは、ゆっくりと振動する磁場が支配的な電磁場の一種です。磁気準静的場は、通常、磁気双極子または電流ループからの低周波誘導によって生成されます。このような放射体の磁気近傍場は、より一般的に使用される遠方場電磁放射とは異なる挙動を示します。低周波では、各サイクルにおける瞬時場強度の変化率が比較的遅いため、「磁気準静的」という名称が付けられています。近傍場または準静的領域は通常、アンテナから波長以内の範囲に広がり、この領域内では電場と磁場はほぼ分離されています。
人体や多くの鉱物岩石など、導電性の低い非磁性体は、準静的磁気場に対して実質的に透明であるため、このような障害物を通して信号を送受信することが可能です。また、長波長(すなわち低周波)の信号は、短波長の信号よりも角を回り込んで伝搬しやすいという利点があります。したがって、通信は必ずしも見通し線上である必要はありません。
このような信号の通信範囲は、波長と選択された周波数における媒質の電磁特性の両方に依存し、通常は数十メートルに制限される。
主な関心事は、アンペールの周回法則(変位電流密度は無視)と磁束連続法則である。これらの法則には、界面における連続条件が付随している。磁化可能な物質が存在しない場合、これらの法則は、電流密度 J を源として磁場強度 H を決定する。H はどこでも非回転ではない。しかし、どこでもソレノイドである。[ 1 ]
一般的なアンテナは、直径16.5cmのポリオキシメチレン管に50回巻き付けたコイルで構成され 、クラスE発振回路によって駆動されます。このような装置は、電池で駆動すれば持ち運びが容易です。同様に、一般的な受信機は、直径1メートルのアクティブ受信ループ、超低雑音増幅器、およびバンドパスフィルタで構成されています。[ 2 ]
動作中、発振器は送信ループに電流を流して振動磁場を生成します。この磁場は受信ループに電圧を誘導し、それが増幅されます。[ 2 ]
準静的領域は電磁波源の1波長以内に定義されるため、エミッタは1kHz から1MHzの周波数範囲に制限されます 。発振周波数を下げると波長が長くなり、準静的領域の範囲が広がりますが、受信ループに誘導される電圧が減少するため、信号対雑音比が悪化します。カーネギー工科大学が行った実験では、最大到達距離は50メートルと報告されています。[ 3 ]
共振結合では、送信機と受信機は同じ周波数で共振するように調整され、インピーダンスも類似しています。これにより、送信機から受信機へ電力と情報が伝送されます。このような磁気準静的場を介した結合は共振誘導結合と呼ばれ、無線エネルギー伝送に利用できます。
従来の電磁波通信信号は地中を透過できません。ほとんどの鉱物岩は電気伝導性も磁性も持たないため、磁場が地中を透過することはありません。磁気準静的システムは、地表から地下への通信、および地下の関係者間の通信の両方において、地下無線通信に成功裏に利用されています。
極めて低い周波数、約1kHz以下では 、波長が十分に長いため、データ伝送速度は遅いものの、長距離通信が可能となる。このようなシステムは潜水艦に搭載されており、局所アンテナは数キロメートルにも及ぶ長さのワイヤーで構成され、水上または水面付近では潜水艦の後方へと曳航される。
無線位置追跡は、ナビゲーション、セキュリティ、資産追跡などの用途でますます広く利用されています。従来の位置追跡デバイスは、全地球測位システム(GPS)、超広帯域(UWB)システム、無線周波数識別システム(RFID)など、高周波またはマイクロ波を使用しますが、これらのシステムは経路上の障害物によって容易に遮断される可能性があります。磁気準静的測位は、人や物理的な構造物の存在下でも磁場がほとんど乱されないという事実を利用しており、最大50メートルの範囲で位置と方向の両方の追跡に使用できます。
ダイポール/エミッタの向きと位置を正確に決定するには、エミッタによって生成される電界パターンだけでなく、エミッタが地球に誘起する渦電流も考慮する必要があります。渦電流は受信機で検出可能な二次電界を生成します。複素イメージ理論を使用して地球からのこの電界生成を補正し、数百キロヘルツ程度の周波数を使用して必要な信号対雑音比(SNR) を得ることで、方位角方向からダイポールの位置を分析することが可能です。傾斜方向、。
ディズニーの研究チームは、この技術を用いてアメリカンフットボールの位置と向きを効果的に特定することに成功した。これは、人体による遮蔽のため、従来の電波伝搬技術では不可能だったことだ。研究チームは、ボールの中心の直径付近に発振器駆動コイルを挿入し、準静的磁気場を発生させた。この信号は、複数の選手を妨害されることなく通過することができた。