Kui tegemist onantennid, küsimus, mille pärast inimesed kõige rohkem muret teevad, on "Kuidas kiirgus tegelikult saavutatakse?"Kuidas levib signaaliallika tekitatud elektromagnetväli läbi ülekandeliini ja antenni sees ning lõpuks "eraldub" antennist, moodustades vaba ruumilaine.
1. Ühejuhtmeline kiirgus
Oletame, et laengutihedus, väljendatuna qv (Coulomb/m3), jaotub ühtlaselt ringikujulises traadis, mille ristlõikepindala on a ja maht V, nagu on näidatud joonisel 1.
Joonis 1
Kogulaeng Q mahus V liigub z suunas ühtlase kiirusega Vz (m/s).Võib tõestada, et voolutihedus Jz traadi ristlõikel on:
Jz = qv vz （1）
Kui traat on valmistatud ideaalsest juhist, on voolutihedus Js traadi pinnal:
Js = qs vz （2)
Kus qs on pinnalaengu tihedus.Kui traat on väga õhuke (ideaaljuhul on raadius 0), võib juhtme voolu väljendada järgmiselt:
Iz = ql vz (3)
Kus ql (coulomb/meter) on tasu pikkuseühiku kohta.
Peamiselt puudutame peenikesi juhtmeid ja järeldused kehtivad ülaltoodud kolme juhtumi kohta.Kui vool on ajas muutuv, on valemi (3) tuletis aja suhtes järgmine:
(4)
az on laengu kiirendus.Kui traadi pikkus on l, saab (4) kirjutada järgmiselt:
(5)
Võrrand (5) on põhisuhe voolu ja laengu vahel ning ka elektromagnetkiirguse põhisuhe.Lihtsamalt öeldes peab kiirguse tekitamiseks olema ajas muutuv vool või laengu kiirendus (või aeglustumine).Tavaliselt mainime voolu aegharmoonilistes rakendustes ja laengut nimetatakse kõige sagedamini mööduvates rakendustes.Laengukiirenduse (või aeglustuse) tekitamiseks peab traat olema painutatud, kokku pandud ja katkendlik.Kui laeng võngub ajaharmoonilises liikumises, tekitab see ka perioodilist laengukiirendust (või aeglustumist) või ajas muutuvat voolu.Seetõttu:
1) Kui laeng ei liigu, ei teki voolu ega kiirgust.
2) Kui laeng liigub ühtlase kiirusega:
a.Kui traat on sirge ja lõpmatu pikkusega, pole kiirgust.
b.Kui traat on painutatud, volditud või katkendlik, nagu on näidatud joonisel 2, esineb kiirgust.
3) Kui laeng aja jooksul võngub, kiirgab laeng isegi siis, kui juhe on sirge.
Joonis 2
Kvalitatiivse arusaama kiirgusmehhanismist saab, kui vaadelda impulssallikat, mis on ühendatud avatud juhtmega, mida saab selle avatud otsas oleva koormuse kaudu maandada, nagu on näidatud joonisel 2(d).Kui traat on algselt pingestatud, panevad traadis olevad laengud (vabad elektronid) liikuma allika tekitatud elektrivälja joonte abil.Kuna laengud kiirendatakse traadi lähteotsas ja aeglustuvad (negatiivne kiirendus võrreldes algse liikumisega), kui need peegelduvad selle otsas, tekib selle otstes ja piki ülejäänud traadi kiirgusväli.Laengute kiirendamine toimub välise jõuallika abil, mis paneb laengud liikuma ja tekitab nendega seotud kiirgusvälja.Laengute aeglustumine traadi otstes toimub indutseeritud väljaga seotud sisejõudude mõjul, mis on põhjustatud kontsentreeritud laengute kuhjumisest juhtme otstesse.Sisejõud saavad energiat laengu akumuleerumisest, kui selle kiirus väheneb juhtme otstes nullini.Seetõttu on elektrivälja ergastusest tingitud laengute kiirenemine ja juhtmetakistuse katkestusest või sujuvast kõverast tingitud laengute aeglustumine elektromagnetkiirguse tekke mehhanismid.Kuigi nii voolutihedus (Jc) kui ka laengutihedus (qv) on Maxwelli võrrandite lähteterminid, peetakse laengut fundamentaalsemaks suuruseks, eriti siirdeväljade puhul.Kuigi seda kiirguse selgitust kasutatakse peamiselt siirdeseisundite puhul, saab seda kasutada ka püsiseisundi kiirguse selgitamiseks.
Soovitage mitmeid suurepäraseidantennitootedtoodetudRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0,8–2 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10 GHz)
2. Kahejuhtmeline kiirgus
Ühendage pingeallikas antenniga ühendatud kahejuhtmelise ülekandeliiniga, nagu on näidatud joonisel 3(a).Kahejuhtmelisele liinile pinge rakendamine tekitab juhtide vahel elektrivälja.Elektrivälja jooned mõjuvad iga juhiga ühendatud vabadele elektronidele (kergesti eraldatavad aatomitest) ja sunnivad neid liikuma.Laengute liikumine tekitab voolu, mis omakorda tekitab magnetvälja.
Joonis 3
Oleme aktsepteerinud, et elektrivälja jõujooned algavad positiivsete laengutega ja lõpevad negatiivsete laengutega.Muidugi võivad need alata ka positiivsete laengutega ja lõppeda lõpmatuseni;või alustada lõpmatusest ja lõpetada negatiivsete laengutega;või moodustavad suletud ahelad, mis ei alga ega lõpe ühegi laenguga.Magnetvälja jooned moodustavad alati suletud ahelaid voolu juhtivate juhtide ümber, sest füüsikas puuduvad magnetlaenguid.Mõnedes matemaatilistes valemites on kasutusele võetud ekvivalentsed magnetlaengud ja magnetvoolud, et näidata võimsust ja magnetallikaid hõlmavate lahenduste duaalsust.
Kahe juhi vahele tõmmatud elektrivälja jooned aitavad näidata laengu jaotust.Kui eeldame, et pingeallikas on sinusoidne, eeldame, et ka juhtide vaheline elektriväli on siinuseline perioodiga, mis on võrdne allika omaga.Elektrivälja tugevuse suhtelist suurust väljendab elektrivälja joonte tihedus ja nooled näitavad suhtelist suunda (positiivne või negatiivne).Ajaliselt muutuvate elektri- ja magnetväljade tekitamine juhtide vahel moodustab elektromagnetlaine, mis levib mööda ülekandeliini, nagu on näidatud joonisel 3(a).Elektromagnetlaine siseneb antenni koos laengu ja vastava vooluga.Kui eemaldame osa antenni struktuurist, nagu on näidatud joonisel 3(b), saab vaba ruumi laine moodustada elektrivälja joonte avatud otste "ühendamisel" (näidatud punktiirjoontega).Ka vaba ruumi laine on perioodiline, kuid konstantse faasi punkt P0 liigub valguse kiirusel väljapoole ja läbib poole aja jooksul λ/2 (kuni P1).Antenni lähedal konstantse faasi punkt P0 liigub valguse kiirusest kiiremini ja läheneb antennist kaugemal asuvates punktides valguse kiirusele.Joonisel 4 on kujutatud λ∕2 antenni vaba ruumi elektrivälja jaotus t = 0, t/8, t/4 ja 3T/8 juures.
Joonis 4 λ∕2 antenni elektrivälja vaba ruumi jaotus t = 0, t/8, t/4 ja 3T/8 juures
Pole teada, kuidas juhitavad lained antennist eraldatakse ja lõpuks vabas ruumis levima moodustuvad.Juhitud ja vaba ruumi laineid saame võrrelda veelainetega, mille põhjuseks võib olla vaiksesse veekogusse kukkunud kivi või muul viisil.Kui häire vees algab, tekivad veelained ja hakkavad levima väljapoole.Isegi kui häire lakkab, ei peatu lained, vaid levivad edasi.Häire püsimisel tekib pidevalt uusi laineid ja nende lainete levik jääb teistest lainetest maha.
Sama kehtib ka elektriliste häirete poolt tekitatud elektromagnetlainete kohta.Kui algne allikast tulenev elektriline häire on lühiajaline, levivad tekitatud elektromagnetlained ülekandeliini sees, sisenevad seejärel antenni ja lõpuks kiirgavad vaba ruumi lainetena, kuigi ergastust enam ei esine (nagu veelainedki). ja nende tekitatud häired).Kui elektriline häire on pidev, eksisteerivad elektromagnetlained pidevalt ja järgivad neid levimise ajal tihedalt nende taga, nagu on näidatud joonisel 5 näidatud bikoonilisel antennil. Kui elektromagnetlained on ülekandeliinide ja antennide sees, on nende olemasolu seotud elektriliste lainete olemasoluga. laeng juhi sees.Lainete kiirgamisel moodustavad nad aga suletud ahela ja nende olemasolu säilitamiseks puudub laeng.See viib meid järeldusele, et:
Välja ergastamiseks on vaja laengu kiirendamist ja aeglustumist, kuid välja hooldamine ei nõua laengu kiirendamist ja aeglustumist.
Joonis 5
3. Dipoolkiirgus
Püüame selgitada mehhanismi, mille abil elektrivälja jooned antennist lahti murduvad ja vaba ruumi laineid moodustavad, ning võtame näiteks dipoolantenni.Kuigi see on lihtsustatud seletus, võimaldab see inimestel intuitiivselt näha vaba ruumi lainete teket.Joonisel 6(a) on näidatud elektrivälja jooned, mis tekivad dipooli kahe haru vahel, kui elektrivälja jooned liiguvad tsükli esimeses kvartalis λ∕4 võrra väljapoole.Selle näite puhul oletame, et moodustunud elektrivälja joonte arv on 3. Tsükli järgmisel veerandil liiguvad algsed kolm elektrivälja joont veel λ∕4 (alguspunktist kokku λ∕2), ja juhi laengutihedus hakkab vähenema.Seda võib pidada moodustunud vastandlaengute sisseviimisel, mis tsükli esimese poole lõpus juhtme laengud tühistavad.Vastandlaengute tekitatud elektrivälja jooned on 3 ja liiguvad λ∕4 kaugusele, mis on kujutatud punktiirjoontega joonisel 6(b).
Lõpptulemus on see, et esimesel λ∕4 kaugusel on kolm allapoole suunatud elektrivälja jõujoont ja teisel λ∕4 kaugusel sama palju ülespoole suunatud elektrivälja jõujooni.Kuna antennil netolaengut ei ole, tuleb elektrivälja jõujooned sundida juhist eralduma ja ühinema, moodustades suletud ahela.See on näidatud joonisel 6(c).Teisel poolel järgitakse sama füüsilist protsessi, kuid pange tähele, et suund on vastupidine.Pärast seda protsessi korratakse ja see jätkub lõputult, moodustades joonisele 4 sarnase elektrivälja jaotuse.
Joonis 6
Antennide kohta lisateabe saamiseks külastage:
Postitusaeg: 20. juuni 2024
