Kai kalbama apieantenos, žmonėms labiausiai rūpi klausimas: „Kaip iš tikrųjų pasiekiama radiacija? Kaip signalo šaltinio generuojamas elektromagnetinis laukas sklinda perdavimo linija ir antenos viduje, o galiausiai „atsiskiria“ nuo antenos ir susidaro laisvos erdvės banga.
1. Vieno laido spinduliuotė
Tarkime, kad krūvio tankis, išreikštas qv (kulonas/m3), yra tolygiai paskirstytas apskritoje laidoje, kurios skerspjūvio plotas a ir tūris V, kaip parodyta 1 paveiksle.
1 pav
Bendras krūvis Q tūryje V juda z kryptimi vienodu greičiu Vz (m/s). Galima įrodyti, kad srovės tankis Jz ant laido skerspjūvio yra:
Jz = qv vz （1）
Jei laidas pagamintas iš idealaus laidininko, srovės tankis Js ant laido paviršiaus yra:
Js = qs vz (2)
Kur qs yra paviršiaus krūvio tankis. Jei laidas yra labai plonas (idealiu atveju spindulys yra 0), srovė laide gali būti išreikšta taip:
Iz = ql vz (3)
Kur ql (kulonas/metras) yra mokestis už ilgio vienetą.
Mums daugiausia rūpi ploni laidai, o išvados galioja pirmiau minėtiems trims atvejams. Jei srovė kinta laike, (3) formulės išvestinė laiko atžvilgiu yra tokia:
(4)
az yra įkrovos pagreitis. Jei laido ilgis yra l, (4) galima parašyti taip:
(5)
(5) lygtis yra pagrindinis srovės ir krūvio ryšys, taip pat pagrindinis elektromagnetinės spinduliuotės ryšys. Paprasčiau tariant, norint sukurti spinduliuotę, turi būti laike kintanti srovė arba įkrovos pagreitis (arba lėtėjimas). Dažniausiai minime srovę laiko harmoninėse programose, o įkrovimas dažniausiai minimas trumpalaikėse programose. Norint sukelti įkrovos pagreitį (arba lėtėjimą), viela turi būti sulenkta, sulankstyta ir nenutrūkstama. Kai krūvis svyruoja harmoningai judant, jis taip pat generuos periodinį krūvio pagreitį (arba lėtėjimą) arba laike kintančią srovę. Todėl:
1) Jei krūvis nejuda, nebus srovės ir spinduliuotės.
2) Jei įkrovimas juda pastoviu greičiu:
a. Jei viela tiesi ir begalinio ilgio, spinduliuotės nėra.
b. Jei viela yra sulenkta, sulankstyta arba nutrūkusi, kaip parodyta 2 paveiksle, yra spinduliuotė.
3) Jei krūvis laikui bėgant svyruoja, krūvis skleis net jei laidas tiesus.
2 pav
Kokybiškai suprasti spinduliavimo mechanizmą galima pažvelgus į impulsinį šaltinį, prijungtą prie atviro laido, kuris gali būti įžemintas per apkrovą atvirame gale, kaip parodyta 2 paveiksle (d). Kai laidas iš pradžių įjungiamas, laido krūviai (laisvieji elektronai) pajudinami šaltinio generuojamomis elektrinio lauko linijomis. Kadangi krūviai pagreitėja laido šaltinio gale ir lėtėja (neigiamas pagreitis, palyginti su pradiniu judesiu), kai atsispindi jo gale, jo galuose ir išilgai likusios laido dalies sukuriamas spinduliavimo laukas. Krūvių pagreitis pasiekiamas naudojant išorinį jėgos šaltinį, kuris pajudina krūvius ir sukuria susijusį spinduliavimo lauką. Krūvių lėtėjimas laido galuose pasiekiamas dėl vidinių jėgų, susijusių su indukuotu lauku, kurį sukelia koncentruotų krūvių kaupimasis laido galuose. Vidinės jėgos įgyja energiją iš krūvio kaupimosi, kai jo greitis laido galuose sumažėja iki nulio. Todėl krūvių pagreitis dėl elektrinio lauko sužadinimo ir krūvių lėtėjimas dėl laidų impedanso nepertraukiamumo arba tolygios kreivės yra elektromagnetinės spinduliuotės generavimo mechanizmai. Nors tiek srovės tankis (Jc), tiek krūvio tankis (qv) yra Maksvelo lygčių šaltiniai, įkrova laikoma pagrindiniu dydžiu, ypač trumpalaikiams laukams. Nors šis radiacijos paaiškinimas daugiausia naudojamas trumpalaikėms būsenoms, jis taip pat gali būti naudojamas paaiškinti pastovią spinduliuotę.
Rekomenduokite keletą puikiųantenos gaminiaipagaminoRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0,8–2 GHz)
RM-SWA910-22 (9–10 GHz)
2. Dviejų laidų spinduliuotė
Prijunkite įtampos šaltinį prie dviejų laidų perdavimo linijos, prijungtos prie antenos, kaip parodyta 3 paveiksle (a). Taikant įtampą dviejų laidų linijai, tarp laidininkų susidaro elektrinis laukas. Elektrinio lauko linijos veikia laisvuosius elektronus (lengvai atskirtus nuo atomų), prijungtus prie kiekvieno laidininko, ir priverčia juos judėti. Krūvių judėjimas generuoja srovę, kuri savo ruožtu sukuria magnetinį lauką.
3 pav
Mes pripažinome, kad elektrinio lauko linijos prasideda teigiamais krūviais ir baigiasi neigiamais krūviais. Žinoma, jie taip pat gali prasidėti teigiamais krūviais ir baigtis iki begalybės; arba pradėti nuo begalybės ir baigti neigiamais krūviais; arba sudaryti uždaras kilpas, kurios nei prasideda, nei baigiasi jokiais mokesčiais. Magnetinio lauko linijos visada sudaro uždaras kilpas aplink srovės laidininkus, nes fizikoje nėra magnetinių krūvių. Kai kuriose matematinėse formulėse įvedami lygiaverčiai magnetiniai krūviai ir magnetinės srovės, kad parodytų sprendimų, susijusių su galia ir magnetiniais šaltiniais, dvilypumą.
Elektrinio lauko linijos, nubrėžtos tarp dviejų laidininkų, padeda parodyti krūvio pasiskirstymą. Jei darome prielaidą, kad įtampos šaltinis yra sinusinis, tikimės, kad elektrinis laukas tarp laidininkų taip pat bus sinusoidinis, o jo periodas lygus šaltinio periodui. Santykinis elektrinio lauko stiprumo dydis rodomas elektrinio lauko linijų tankiu, o rodyklės rodo santykinę kryptį (teigiamą arba neigiamą). Laike kintančių elektrinių ir magnetinių laukų generavimas tarp laidininkų sudaro elektromagnetinę bangą, kuri sklinda išilgai perdavimo linijos, kaip parodyta 3 paveiksle (a). Elektromagnetinė banga patenka į anteną su įkrovimu ir atitinkama srove. Jei pašalinsime dalį antenos struktūros, kaip parodyta 3 paveiksle (b), laisvos erdvės banga gali susidaryti „sujungus“ atvirus elektrinio lauko linijų galus (parodyta punktyrinėmis linijomis). Laisvos erdvės banga taip pat yra periodinė, tačiau pastovios fazės taškas P0 juda į išorę šviesos greičiu ir nukeliauja λ/2 (iki P1) atstumą per pusę laiko. Netoli antenos pastovios fazės taškas P0 juda greičiau nei šviesos greitis ir artėja prie šviesos greičio taškuose, esančiuose toli nuo antenos. 4 paveiksle parodytas λ∕2 antenos elektrinio lauko pasiskirstymas laisvoje erdvėje, kai t = 0, t/8, t/4 ir 3T/8.
4 paveikslas λ∕2 antenos elektrinio lauko laisvos erdvės pasiskirstymas, kai t = 0, t/8, t/4 ir 3T/8
Nežinoma, kaip valdomos bangos yra atskirtos nuo antenos ir galiausiai suformuotos sklisti laisvoje erdvėje. Vadovaujamas ir laisvos erdvės bangas galime palyginti su vandens bangomis, kurias gali sukelti ramiame vandens telkinyje ar kitais būdais numestas akmuo. Prasidėjus vandens trikdymui, susidaro vandens bangos, kurios pradeda sklisti į išorę. Net jei trikdymas sustoja, bangos nesustoja, o toliau sklinda į priekį. Jei trikdymas išlieka, nuolat generuojamos naujos bangos, o šių bangų sklidimas atsilieka nuo kitų bangų.
Tas pats pasakytina apie elektromagnetines bangas, kurias sukuria elektros trikdžiai. Jei pradinis elektros trikdis iš šaltinio yra trumpalaikis, sukurtos elektromagnetinės bangos sklinda perdavimo linijos viduje, tada patenka į anteną ir galiausiai spinduliuoja kaip laisvos erdvės bangos, nors sužadinimo nebėra (kaip ir vandens bangos). ir jų sukeltas trikdis). Jei elektros trikdžiai yra nuolatiniai, elektromagnetinės bangos egzistuoja nuolatos ir sklinda glaudžiai už jų, kaip parodyta 5 paveiksle parodytoje dvikūginėje antenoje. Kai elektromagnetinės bangos yra perdavimo linijų ir antenų viduje, jų egzistavimas yra susijęs su elektros buvimu. įkrovimas laidininko viduje. Tačiau kai bangos yra spinduliuojamos, jos sudaro uždarą kilpą ir nėra jokio krūvio, kad išlaikytų jų egzistavimą. Tai leidžia daryti išvadą, kad:
Lauko sužadinimui reikia pagreitinti ir sulėtinti krūvį, tačiau lauko priežiūrai nereikia pagreitinti ir lėtėti.
5 pav
3. Dipolio spinduliuotė
Bandome paaiškinti mechanizmą, kuriuo elektrinio lauko linijos atitrūksta nuo antenos ir formuoja laisvos erdvės bangas, o kaip pavyzdį paimame dipolinę anteną. Nors tai yra supaprastintas paaiškinimas, jis taip pat leidžia žmonėms intuityviai matyti laisvos erdvės bangų generavimą. 6(a) paveiksle parodytos elektrinio lauko linijos, susidarančios tarp dviejų dipolio atšakų, kai elektrinio lauko linijos pirmajame ciklo ketvirtyje juda į išorę λ∕4. Šiame pavyzdyje darykime prielaidą, kad susidariusių elektrinio lauko linijų skaičius yra 3. Kitame ciklo ketvirtyje pradinės trys elektrinio lauko linijos pasislenka dar λ∕4 (iš viso λ∕2 nuo pradinio taško), ir laidininko krūvio tankis pradeda mažėti. Galima laikyti, kad jis susidaro įvedus priešingus krūvius, kurie pirmosios ciklo pusės pabaigoje panaikina laidininko krūvius. Elektrinio lauko linijos, kurias sukuria priešingi krūviai, yra 3 ir juda λ∕4 atstumu, kuris pavaizduotas punktyrinėmis linijomis 6 paveiksle (b).
Galutinis rezultatas yra tas, kad pirmajame λ∕4 atstumu yra trys žemyn nukreiptos elektrinio lauko linijos ir tiek pat aukštyn kylančių elektrinio lauko linijų antrajame λ∕4 atstumu. Kadangi antenoje nėra grynojo krūvio, elektrinio lauko linijos turi būti priverstos atsiskirti nuo laidininko ir sujungti, kad sudarytų uždarą kilpą. Tai parodyta 6 paveiksle (c). Antroje pusėje vyksta tas pats fizinis procesas, tačiau atkreipkite dėmesį, kad kryptis yra priešinga. Po to procesas kartojamas ir tęsiasi neribotą laiką, suformuojant elektrinio lauko pasiskirstymą, panašų į 4 paveikslą.
6 pav
Norėdami sužinoti daugiau apie antenas, apsilankykite:
Paskelbimo laikas: 2024-06-20
