Kada je u pitanjuantene, pitanje koje ljude najviše brine je "Kako se zapravo postiže radijacija?"Kako se elektromagnetno polje koje generiše izvor signala širi kroz dalekovod i unutar antene, i na kraju se "odvaja" od antene i formira slobodni svemirski talas.
1. Jednožično zračenje
Pretpostavimo da je gustina naelektrisanja, izražena kao qv (Coulomb/m3), jednoliko raspoređena u kružnoj žici sa površinom poprečnog preseka a i zapreminom V, kao što je prikazano na slici 1.
Slika 1
Ukupni naboj Q u zapremini V kreće se u pravcu z ujednačenom brzinom Vz (m/s).Može se dokazati da je gustina struje Jz na poprečnom presjeku žice:
Jz = qv vz （1）
Ako je žica napravljena od idealnog provodnika, gustina struje Js na površini žice je:
Js = qs vz （2）
Gdje je qs površinska gustina naboja.Ako je žica vrlo tanka (idealno, radijus je 0), struja u žici se može izraziti kao:
Iz = ql vz (3)
Gdje je ql (kulon/metar) naboj po jedinici dužine.
Uglavnom se bavimo tankim žicama, a zaključci se odnose na gornja tri slučaja.Ako je struja vremenski promjenjiva, izvod formule (3) u odnosu na vrijeme je sljedeći:
(4)
az je ubrzanje punjenja.Ako je dužina žice l, (4) se može napisati na sljedeći način:
(5)
Jednačina (5) je osnovni odnos između struje i naboja, kao i osnovni odnos elektromagnetnog zračenja.Jednostavno rečeno, da bi se proizvelo zračenje, mora postojati struja koja varira u vremenu ili ubrzanje (ili usporavanje) naelektrisanja.Obično spominjemo struju u vremenski harmonijskim aplikacijama, a punjenje se najčešće spominje u prolaznim aplikacijama.Da bi se proizvelo ubrzanje naboja (ili usporavanje), žica mora biti savijena, presavijena i diskontinuirana.Kada naboj oscilira u vremenskom harmoničnom kretanju, on će također proizvoditi periodično ubrzanje (ili usporavanje) naboja ili struju koja se mijenja u vremenu.dakle:
1) Ako se naboj ne kreće, neće biti struje i zračenja.
2) Ako se punjenje kreće konstantnom brzinom:
a.Ako je žica ravna i beskonačne dužine, nema zračenja.
b.Ako je žica savijena, presavijena ili diskontinuirana, kao što je prikazano na slici 2, postoji zračenje.
3) Ako naboj oscilira tokom vremena, naboj će zračiti čak i ako je žica ravna.
Slika 2
Kvalitativno razumijevanje mehanizma zračenja može se dobiti posmatranjem impulsnog izvora spojenog na otvorenu žicu koja može biti uzemljena kroz opterećenje na svom otvorenom kraju, kao što je prikazano na slici 2(d).Kada je žica inicijalno pod naponom, naboji (slobodni elektroni) u žici se pokreću pomoću linija električnog polja koje generiše izvor.Kako se naboji ubrzavaju na izvornom kraju žice i usporavaju (negativno ubrzanje u odnosu na prvobitno kretanje) kada se reflektiraju na njegovom kraju, na njegovim krajevima i duž ostatka žice stvara se polje zračenja.Ubrzanje naboja postiže se vanjskim izvorom sile koji pokreće naboje i stvara odgovarajuće polje zračenja.Usporavanje naelektrisanja na krajevima žice postiže se unutrašnjim silama povezanim sa indukovanim poljem, koje je uzrokovano akumulacijom koncentrisanih naboja na krajevima žice.Unutrašnje sile dobijaju energiju od akumulacije naboja kako se njegova brzina smanjuje na nulu na krajevima žice.Stoga su ubrzanje naelektrisanja zbog pobude električnog polja i usporavanje naelektrisanja zbog diskontinuiteta ili glatke krive impedanse žice mehanizmi za stvaranje elektromagnetnog zračenja.Iako su i gustina struje (Jc) i gustina naelektrisanja (qv) izvorni pojmovi u Maksvelovim jednačinama, naelektrisanje se smatra fundamentalnijom veličinom, posebno za prolazna polja.Iako se ovo objašnjenje zračenja uglavnom koristi za prolazna stanja, može se koristiti i za objašnjenje zračenja u stacionarnom stanju.
Preporučite nekoliko odličnihantenski proizvodiproizvođačaRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0,8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Dvožično zračenje
Povežite izvor napona na dvoprovodni vod spojen na antenu, kao što je prikazano na slici 3(a).Primjena napona na dvožičnu liniju stvara električno polje između vodiča.Linije električnog polja djeluju na slobodne elektrone (lako odvojene od atoma) povezane sa svakim vodičem i tjeraju ih da se kreću.Kretanje naelektrisanja stvara struju, koja zauzvrat stvara magnetno polje.
Slika 3
Prihvatili smo da linije električnog polja počinju pozitivnim nabojima, a završavaju negativnim.Naravno, oni takođe mogu početi sa pozitivnim nabojem i završiti u beskonačnosti;ili početi u beskonačnosti i završiti negativnim nabojem;ili formiraju zatvorene petlje koje niti počinju niti završavaju nikakvim nabojima.Linije magnetnog polja uvijek formiraju zatvorene petlje oko provodnika sa strujom jer u fizici nema magnetnih naboja.U nekim matematičkim formulama, uvedeni su ekvivalentni magnetni naboji i magnetne struje kako bi se pokazala dualnost između rješenja koja uključuju snagu i magnetske izvore.
Linije električnog polja povučene između dva vodiča pomažu da se pokaže raspodjela naboja.Ako pretpostavimo da je izvor napona sinusoidan, očekujemo da će električno polje između vodiča također biti sinusoidno s periodom jednakim periodu izvora.Relativna veličina jakosti električnog polja predstavljena je gustinom linija električnog polja, a strelice pokazuju relativni smjer (pozitivan ili negativan).Generiranje vremenski promjenjivih električnih i magnetskih polja između provodnika formira elektromagnetski val koji se širi duž dalekovoda, kao što je prikazano na slici 3(a).Elektromagnetski talas ulazi u antenu sa nabojem i odgovarajućom strujom.Ako uklonimo dio strukture antene, kao što je prikazano na slici 3(b), val slobodnog prostora može se formirati "povezivanjem" otvorenih krajeva linija električnog polja (prikazanih isprekidanim linijama).Talas slobodnog prostora je također periodičan, ali tačka konstantne faze P0 kreće se prema van brzinom svjetlosti i putuje udaljenost od λ/2 (do P1) za pola vremenskog perioda.U blizini antene, tačka konstantne faze P0 kreće se brže od brzine svjetlosti i približava se brzini svjetlosti u tačkama udaljenim od antene.Slika 4 prikazuje distribuciju električnog polja λ∕2 antene u slobodnom prostoru pri t = 0, t/8, t/4 i 3T/8.
Slika 4 Raspodjela električnog polja λ∕2 antene u slobodnom prostoru pri t = 0, t/8, t/4 i 3T/8
Nije poznato kako se vođeni talasi odvajaju od antene i na kraju formiraju da se šire u slobodnom prostoru.Vođene talase i talase slobodnog prostora možemo uporediti sa vodenim talasima, koji mogu biti uzrokovani kamenom palim u mirnu vodu ili na druge načine.Jednom kada poremećaj u vodi počne, vodeni valovi se generiraju i počinju se širiti prema van.Čak i ako poremećaj prestane, valovi se ne zaustavljaju već nastavljaju da se šire naprijed.Ako poremećaj potraje, stalno se stvaraju novi valovi, a širenje tih valova zaostaje za ostalim valovima.
Isto vrijedi i za elektromagnetne valove generirane električnim smetnjama.Ako je početni električni poremećaj iz izvora kratkog trajanja, generirani elektromagnetski valovi šire se unutar dalekovoda, zatim ulaze u antenu i konačno zrače kao valovi slobodnog prostora, iako pobuda više nije prisutna (baš kao valovi vode i poremećaj koji su stvorili).Ako je električni poremećaj kontinuiran, elektromagnetski valovi postoje kontinuirano i prate ih usko iza njih tokom širenja, kao što je prikazano na bikoničnoj anteni prikazanoj na slici 5. Kada su elektromagnetski valovi unutar dalekovoda i antena, njihovo postojanje je povezano s postojanjem električnih naelektrisanje unutar provodnika.Međutim, kada se talasi zrače, oni formiraju zatvorenu petlju i nema naboja za održavanje njihovog postojanja.Ovo nas navodi na zaključak da:
Pobuđivanje polja zahtijeva ubrzanje i usporavanje naboja, ali održavanje polja ne zahtijeva ubrzanje i usporavanje naboja.
Slika 5
3. Dipolno zračenje
Pokušavamo da objasnimo mehanizam kojim se linije električnog polja odvajaju od antene i formiraju talase slobodnog prostora, a kao primer uzimamo dipolnu antenu.Iako je to pojednostavljeno objašnjenje, ono također omogućava ljudima da intuitivno vide generiranje valova slobodnog prostora.Slika 6(a) prikazuje linije električnog polja koje nastaju između dva kraka dipola kada se linije električnog polja pomiču prema van za λ∕4 u prvoj četvrtini ciklusa.Za ovaj primjer, pretpostavimo da je broj formiranih linija električnog polja 3. U sljedećoj četvrtini ciklusa, originalne tri linije električnog polja pomiču još λ∕4 (ukupno λ∕2 od početne tačke), i gustina naelektrisanja na provodniku počinje da se smanjuje.Može se smatrati da nastaje uvođenjem suprotnih naelektrisanja, koji poništavaju naelektrisanja na provodniku na kraju prve polovine ciklusa.Linije električnog polja koje stvaraju suprotna naelektrisanja su 3 i kreću se na udaljenosti od λ∕4, što je predstavljeno isprekidanim linijama na slici 6(b).
Konačni rezultat je da postoje tri silazne linije električnog polja na prvoj udaljenosti λ∕4 i isti broj uzlaznih linija električnog polja na drugoj udaljenosti λ∕4.Budući da na anteni nema neto naboja, linije električnog polja moraju biti prisiljene da se odvoje od provodnika i spoje zajedno da formiraju zatvorenu petlju.Ovo je prikazano na slici 6(c).U drugom dijelu slijedi isti fizički proces, ali imajte na umu da je smjer suprotan.Nakon toga, proces se ponavlja i nastavlja u nedogled, formirajući distribuciju električnog polja sličnu slici 4.
Slika 6
Da saznate više o antenama, posjetite:
Vrijeme objave: Jun-20-2024
