Kad runa ir parantenas, jautājums, par ko cilvēki visvairāk uztraucas, ir "Kā patiesībā tiek panākta radiācija?"Kā signāla avota ģenerētais elektromagnētiskais lauks izplatās pa pārvades līniju un antenas iekšpusē un visbeidzot "atdalās" no antenas, veidojot brīvas telpas vilni.
1. Viena stieples starojums
Pieņemsim, ka lādiņa blīvums, kas izteikts kā qv (kulons/m3), ir vienmērīgi sadalīts apļveida stieplē ar šķērsgriezuma laukumu a un tilpumu V, kā parādīts 1.
1. attēls
Kopējais lādiņš Q tilpumā V pārvietojas z virzienā ar vienmērīgu ātrumu Vz (m/s).Var pierādīt, ka strāvas blīvums Jz uz stieples šķērsgriezuma ir:
Jz = qv vz （1)
Ja vads ir izgatavots no ideāla vadītāja, strāvas blīvums Js uz stieples virsmas ir:
Js = qs vz （2)
Kur qs ir virsmas lādiņa blīvums.Ja vads ir ļoti plāns (ideālā gadījumā rādiuss ir 0), strāvu vadā var izteikt šādi:
Iz = ql vz (3)
Kur ql (kulons/metrs) ir maksa par garuma vienību.
Mēs galvenokārt esam saistīti ar plāniem vadiem, un secinājumi attiecas uz iepriekšminētajiem trim gadījumiem.Ja strāva ir mainīga laikā, formulas (3) atvasinājums attiecībā pret laiku ir šāds:
(4)
az ir lādiņa paātrinājums.Ja stieples garums ir l, (4) var uzrakstīt šādi:
(5)
Vienādojums (5) ir pamata saikne starp strāvu un lādiņu, kā arī elektromagnētiskā starojuma pamata saikne.Vienkārši sakot, lai radītu starojumu, ir jābūt laikā mainīgai strāvai vai lādiņa paātrinājumam (vai palēninājumam).Mēs parasti pieminam strāvu laika harmonikas lietojumos, un lādiņš visbiežāk tiek minēts īslaicīgos lietojumos.Lai radītu uzlādes paātrinājumu (vai palēninājumu), stieplei jābūt saliektai, salocītai un pārtrauktai.Kad lādiņš svārstās laika harmoniskā kustībā, tas radīs arī periodisku lādiņa paātrinājumu (vai palēninājumu) vai laika mainīgu strāvu.Tāpēc:
1) Ja lādiņš nekustas, nebūs strāvas un starojuma.
2) Ja lādiņš pārvietojas ar nemainīgu ātrumu:
a.Ja stieple ir taisna un bezgalīga garumā, starojuma nav.
b.Ja vads ir saliekts, salocīts vai pārtraukts, kā parādīts 2. attēlā, ir radiācija.
3) Ja lādiņš laika gaitā svārstās, lādiņš izstaros pat tad, ja vads ir taisns.
2. attēls
Kvalitatīvu izpratni par starojuma mehānismu var iegūt, aplūkojot impulsa avotu, kas savienots ar atvērtu vadu, kuru var iezemēt caur slodzi tā atvērtajā galā, kā parādīts 2. d) attēlā.Kad vads ir sākotnēji barots, lādiņi (brīvie elektroni) vadā tiek iedarbināti ar elektriskā lauka līnijām, ko rada avots.Tā kā lādiņi tiek paātrināti vada avota galā un palēnināti (negatīvs paātrinājums attiecībā pret sākotnējo kustību), kad tie tiek atspoguļoti tā galā, tā galos un pārējā vada daļā tiek ģenerēts starojuma lauks.Lādiņu paātrinājumu nodrošina ārējs spēka avots, kas iedarbina lādiņus un rada saistīto starojuma lauku.Lādiņu palēninājums stieples galos tiek panākts ar iekšējiem spēkiem, kas saistīti ar inducēto lauku, ko izraisa koncentrētu lādiņu uzkrāšanās stieples galos.Iekšējie spēki iegūst enerģiju no lādiņa uzkrāšanās, kad tā ātrums stieples galos samazinās līdz nullei.Tāpēc lādiņu paātrinājums elektriskā lauka ierosmes dēļ un lādiņu palēninājums stieples pretestības pārtraukuma vai vienmērīgas līknes dēļ ir elektromagnētiskā starojuma ģenerēšanas mehānismi.Lai gan gan strāvas blīvums (Jc), gan lādiņa blīvums (qv) ir Maksvela vienādojuma avota termini, lādiņš tiek uzskatīts par fundamentālāku lielumu, īpaši pārejošiem laukiem.Lai gan šis radiācijas skaidrojums galvenokārt tiek izmantots pārejošiem stāvokļiem, to var izmantot arī, lai izskaidrotu līdzsvara stāvokļa starojumu.
Iesakiet vairākus izcilusantenu izstrādājumiražojisRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0,8–2 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10 GHz)
2. Divu vadu starojums
Pievienojiet sprieguma avotu divu vadu pārvades līnijai, kas savienota ar antenu, kā parādīts 3(a) attēlā.Pieliekot spriegumu divu vadu līnijai, starp vadītājiem rodas elektriskais lauks.Elektriskā lauka līnijas iedarbojas uz brīvajiem elektroniem (viegli atdalāmiem no atomiem), kas savienoti ar katru vadītāju un liek tiem kustēties.Lādiņu kustība rada strāvu, kas savukārt rada magnētisko lauku.
3. attēls
Mēs esam pieņēmuši, ka elektriskā lauka līnijas sākas ar pozitīviem lādiņiem un beidzas ar negatīviem lādiņiem.Protams, tie var sākties arī ar pozitīviem lādiņiem un beigties līdz bezgalībai;vai sākas bezgalībā un beidzas ar negatīviem lādiņiem;vai veidot slēgtas cilpas, kas ne sākas, ne beidzas ar lādiņiem.Magnētiskā lauka līnijas vienmēr veido slēgtas cilpas ap strāvu nesošiem vadītājiem, jo fizikā nav magnētisko lādiņu.Dažās matemātiskajās formulās ir ieviesti līdzvērtīgi magnētiskie lādiņi un magnētiskās strāvas, lai parādītu dualitāti starp risinājumiem, kas saistīti ar jaudu un magnētiskajiem avotiem.
Elektriskā lauka līnijas, kas novilktas starp diviem vadītājiem, palīdz parādīt lādiņa sadalījumu.Ja pieņemam, ka sprieguma avots ir sinusoidāls, mēs sagaidām, ka arī elektriskais lauks starp vadītājiem būs sinusoidāls ar periodu, kas vienāds ar avota periodu.Elektriskā lauka intensitātes relatīvo lielumu attēlo elektriskā lauka līniju blīvums, un bultiņas norāda relatīvo virzienu (pozitīvs vai negatīvs).Laika mainīgo elektrisko un magnētisko lauku ģenerēšana starp vadītājiem veido elektromagnētisko viļņu, kas izplatās pa pārvades līniju, kā parādīts 3. attēlā (a).Elektromagnētiskais vilnis iekļūst antenā ar lādiņu un atbilstošo strāvu.Ja mēs noņemam daļu antenas struktūras, kā parādīts 3. (b) attēlā, brīvas telpas vilnis var izveidoties, "savienojot" elektriskā lauka līniju atvērtos galus (parādītas ar punktētām līnijām).Arī brīvās telpas vilnis ir periodisks, bet nemainīgas fāzes punkts P0 virzās uz āru ar gaismas ātrumu un puslaika laikā noiet attālumu λ/2 (līdz P1).Antenas tuvumā pastāvīgas fāzes punkts P0 pārvietojas ātrāk par gaismas ātrumu un tuvojas gaismas ātrumam punktos, kas atrodas tālu no antenas.4. attēlā parādīts λ∕2 antenas brīvās vietas elektriskā lauka sadalījums pie t = 0, t/8, t/4 un 3T/8.
4. attēls. λ∕2 antenas brīvās vietas elektriskā lauka sadalījums pie t = 0, t/8, t/4 un 3T/8
Nav zināms, kā vadītie viļņi tiek atdalīti no antenas un galu galā izveidoti, lai izplatītos brīvā telpā.Vadāmos un brīvās telpas viļņus varam salīdzināt ar ūdens viļņiem, ko var izraisīt mierīgā ūdenstilpē vai kā citādi nomests akmens.Kad sākas traucējumi ūdenī, rodas ūdens viļņi, kas sāk izplatīties uz āru.Pat ja traucējumi beidzas, viļņi neapstājas, bet turpina izplatīties uz priekšu.Ja traucējumi turpinās, pastāvīgi tiek ģenerēti jauni viļņi, un šo viļņu izplatība atpaliek no citiem viļņiem.
Tas pats attiecas uz elektromagnētiskajiem viļņiem, ko rada elektriski traucējumi.Ja sākotnējie elektriskie traucējumi no avota ir īslaicīgi, radītie elektromagnētiskie viļņi izplatās pārvades līnijā, pēc tam nonāk antenā un visbeidzot izstaro kā brīvas telpas viļņi, lai gan ierosmes vairs nav (tāpat kā ūdens viļņi). un to radītie traucējumi).Ja elektriskie traucējumi ir nepārtraukti, elektromagnētiskie viļņi pastāv nepārtraukti un izplatīšanās laikā cieši seko tiem, kā parādīts 5. attēlā redzamajā bikoniskajā antenā. Ja elektromagnētiskie viļņi atrodas pārvades līnijās un antenās, to esamība ir saistīta ar elektrisko viļņu esamību uzlāde vadītāja iekšpusē.Tomēr, kad viļņi tiek izstaroti, tie veido slēgtu cilpu un nav jāmaksā, lai uzturētu to eksistenci.Tas liek mums secināt, ka:
Lauka ierosināšanai ir nepieciešams lādiņa paātrinājums un palēninājums, bet lauka uzturēšanai nav nepieciešams lādiņa paātrinājums un palēninājums.
5. attēls
3. Dipola starojums
Mēģinām izskaidrot mehānismu, ar kuru elektriskā lauka līnijas atraujas no antenas un veido brīvas telpas viļņus, kā piemēru ņemam dipola antenu.Lai gan tas ir vienkāršots skaidrojums, tas arī ļauj cilvēkiem intuitīvi redzēt brīvās telpas viļņu rašanos.Attēlā 6(a) parādītas elektriskā lauka līnijas, kas rodas starp abām dipola atzariem, kad elektriskā lauka līnijas cikla pirmajā ceturksnī virzās uz āru par λ∕4.Šajā piemērā pieņemsim, ka izveidoto elektriskā lauka līniju skaits ir 3. Nākamajā cikla ceturksnī sākotnējās trīs elektriskā lauka līnijas pārvietojas vēl par λ∕4 (kopā λ∕2 no sākuma punkta), un lādiņa blīvums uz vadītāja sāk samazināties.Var uzskatīt, ka tas veidojas, ieviešot pretējus lādiņus, kas cikla pirmās puses beigās atceļ vadītāja lādiņus.Elektriskā lauka līnijas, ko rada pretēji lādiņi, ir 3, un tās pārvietojas λ∕4 attālumā, ko attēlo punktētās līnijas 6. (b) attēlā.
Gala rezultāts ir tāds, ka pirmajā λ∕4 attālumā ir trīs lejupejošas elektriskā lauka līnijas un tāds pats skaits augšup vērstu elektriskā lauka līniju otrajā λ∕4 attālumā.Tā kā antenai nav neto lādiņa, elektriskā lauka līnijām jābūt spiestām atdalīties no vadītāja un apvienoties kopā, lai izveidotu slēgtu cilpu.Tas parādīts 6. attēlā (c).Otrajā pusē seko tas pats fiziskais process, taču ņemiet vērā, ka virziens ir pretējs.Pēc tam process atkārtojas un turpinās bezgalīgi, veidojot 4. attēlā līdzīgu elektriskā lauka sadalījumu.
6. attēls
Lai uzzinātu vairāk par antenām, lūdzu, apmeklējiet:
Izlikšanas laiks: 20.06.2024
