Коли справа доходить доантени, питання, яке найбільше хвилює людей, це "Як насправді досягається радіація?"Як електромагнітне поле, створене джерелом сигналу, поширюється через лінію передачі та всередині антени, і, нарешті, «відокремлюється» від антени, утворюючи вільну просторову хвилю.
1. Однопровідне випромінювання
Припустимо, що щільність заряду, виражена як qv (кулон/м3), рівномірно розподілена в круглому дроті з площею поперечного перерізу a і об’ємом V, як показано на малюнку 1.
Фігура 1
Загальний заряд Q в об’ємі V рухається в напрямку z з рівномірною швидкістю Vz (м/с).Можна довести, що густина струму Jz на поперечному перерізі дроту становить:
Jz = qv vz （1）
Якщо дріт виготовлено з ідеального провідника, то густина струму Js на поверхні дроту дорівнює:
Js = qs vz （2）
Де qs – поверхнева щільність заряду.Якщо провід дуже тонкий (в ідеалі, радіус дорівнює 0), струм у дроті можна виразити як:
Iz = ql vz (3)
Де ql (кулон/метр) — заряд на одиницю довжини.
Ми в основному стурбовані тонкими дротами, і висновки стосуються трьох наведених вище випадків.Якщо струм змінюється в часі, то похідна формули (3) за часом має такий вигляд:
（4）
az – прискорення заряду.Якщо довжина дроту дорівнює l, (4) можна записати так:
（5）
Рівняння (5) є основною залежністю між струмом і зарядом, а також основною залежністю електромагнітного випромінювання.Простіше кажучи, щоб випромінювати випромінювання, повинен існувати змінний у часі струм або прискорення (чи уповільнення) заряду.Зазвичай ми згадуємо про струм у додатках із гармоніками часу, а заряд найчастіше згадуємо у додатках із перехідними процесами.Щоб створити прискорення (або уповільнення) заряду, дріт має бути зігнутим, складеним і розривним.Коли заряд коливається в гармонійному русі в часі, він також вироблятиме періодичне прискорення (або уповільнення) заряду або струм, що змінюється в часі.Тому:
1) Якщо заряд не рухається, струму і випромінювання не буде.
2) Якщо заряд рухається з постійною швидкістю:
a.Якщо дріт прямий і нескінченної довжини, випромінювання немає.
b.Якщо дріт зігнутий, складений або розірваний, як показано на малюнку 2, є випромінювання.
3) Якщо заряд коливається з часом, заряд випромінюватиметься, навіть якщо дріт прямий.
малюнок 2
Якісне розуміння механізму випромінювання можна отримати, дивлячись на імпульсне джерело, підключене до відкритого проводу, який можна заземлити через навантаження на його відкритому кінці, як показано на малюнку 2(d).Коли дріт спочатку подається під напругу, заряди (вільні електрони) у дроті приводяться в рух силовими лініями електричного поля, створеними джерелом.Оскільки заряди прискорюються на джерельному кінці дроту та сповільнюються (негативне прискорення відносно початкового руху) при відображенні на його кінці, поле випромінювання генерується на його кінцях і вздовж решти дроту.Прискорення зарядів здійснюється зовнішнім джерелом сили, яке приводить заряди в рух і створює відповідне поле випромінювання.Уповільнення зарядів на кінцях дроту здійснюється за рахунок внутрішніх сил, пов'язаних з індукованим полем, яке викликається накопиченням зосереджених зарядів на кінцях дроту.Внутрішні сили отримують енергію від накопичення заряду, коли його швидкість зменшується до нуля на кінцях дроту.Таким чином, механізмом генерації електромагнітного випромінювання є прискорення зарядів за рахунок збудження електричного поля та уповільнення зарядів за рахунок розриву або плавної кривої імпедансу дроту.Хоча і щільність струму (Jc), і щільність заряду (qv) є джерелами в рівняннях Максвелла, заряд вважається більш фундаментальною величиною, особливо для перехідних полів.Хоча це пояснення випромінювання в основному використовується для перехідних станів, воно також може бути використане для пояснення стаціонарного випромінювання.
Рекомендую кілька чудовихантенні виробивиробленоRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0,8-2 ГГц)
RM-SWA910-22 (9-10 ГГц)
2. Двопровідне випромінювання
Підключіть джерело напруги до двопровідної лінії передачі, підключеної до антени, як показано на малюнку 3(a).При подачі напруги на двопровідну лінію між провідниками виникає електричне поле.Лінії електричного поля діють на вільні електрони (легко відділяються від атомів), з’єднані з кожним провідником, і змушують їх рухатися.Рух зарядів створює струм, який, у свою чергу, створює магнітне поле.
малюнок 3
Ми визнали, що лінії електричного поля починаються з позитивних зарядів і закінчуються негативними.Звичайно, вони також можуть починатися з позитивних зарядів і закінчуватися в нескінченності;або починатися в нескінченності і закінчуватися негативними зарядами;або утворюють замкнуті цикли, які не починаються і не закінчуються жодними зарядами.Лінії магнітного поля завжди утворюють замкнуті контури навколо провідників зі струмом, оскільки у фізиці немає магнітних зарядів.У деяких математичних формулах вводяться еквівалентні магнітні заряди та магнітні струми, щоб показати подвійність між рішеннями, пов’язаними з енергією та магнітними джерелами.
Лінії електричного поля, проведені між двома провідниками, допомагають показати розподіл заряду.Якщо припустити, що джерело напруги є синусоїдальним, ми очікуємо, що електричне поле між провідниками також буде синусоїдальним з періодом, рівним періоду джерела.Відносна величина напруженості електричного поля представлена щільністю силових ліній електричного поля, а стрілки вказують відносний напрям (додатне чи від’ємне).Генерація змінних у часі електричних і магнітних полів між провідниками утворює електромагнітну хвилю, яка поширюється вздовж лінії передачі, як показано на малюнку 3(a).Електромагнітна хвиля надходить в антену з зарядом і відповідним струмом.Якщо ми видалимо частину конструкції антени, як показано на малюнку 3(b), хвиля вільного простору може бути сформована шляхом «з’єднання» відкритих кінців ліній електричного поля (показано пунктирними лініями).Хвиля вільного простору також є періодичною, але точка постійної фази P0 рухається назовні зі швидкістю світла та проходить відстань λ/2 (до P1) за половину періоду часу.Поблизу антени точка постійної фази P0 рухається швидше за швидкість світла і наближається до швидкості світла в точках, віддалених від антени.На малюнку 4 показано розподіл електричного поля у вільному просторі антени λ/2 при t = 0, t/8, t/4 і 3T/8.
Рисунок 4 Розподіл електричного поля у вільному просторі антени λ/2 при t = 0, t/8, t/4 і 3T/8
Невідомо, як спрямовані хвилі відокремлюються від антени і зрештою формуються для поширення у вільному просторі.Ми можемо порівняти спрямовані та вільні космічні хвилі з водними хвилями, які можуть бути спричинені каменем, упущеним у спокійну водойму, або іншим чином.Як тільки починається хвилювання у воді, генеруються водяні хвилі, які починають поширюватися назовні.Навіть якщо збурення припиняється, хвилі не зупиняються, а продовжують поширюватися вперед.Якщо збурення зберігається, постійно генеруються нові хвилі, і поширення цих хвиль відстає від інших хвиль.
Те саме стосується електромагнітних хвиль, що виникають внаслідок електричних збурень.Якщо початкові електричні збурення від джерела короткочасні, згенеровані електромагнітні хвилі поширюються всередині лінії передачі, потім потрапляють в антену і, нарешті, випромінюють у вигляді хвиль у вільному просторі, навіть якщо збудження більше немає (подібно до хвиль у воді). і заворушення, які вони створили).Якщо електричні збурення є безперервними, електромагнітні хвилі існують безперервно та слідують за ними під час поширення, як показано на біконічній антені, показаній на малюнку 5. Коли електромагнітні хвилі знаходяться всередині ліній електропередач та антен, їх існування пов’язане з існуванням електричного заряд всередині провідника.Однак, коли хвилі випромінюються, вони утворюють замкнутий контур і немає заряду, щоб підтримувати їх існування.Це приводить нас до висновку, що:
Збудження поля вимагає прискорення і уповільнення заряду, але підтримання поля не вимагає прискорення і уповільнення заряду.
малюнок 5
3. Дипольне випромінювання
Ми спробуємо пояснити механізм, за допомогою якого лінії електричного поля відриваються від антени та утворюють хвилі вільного простору, і візьмемо дипольну антену як приклад.Хоча це спрощене пояснення, воно також дозволяє людям інтуїтивно побачити генерацію хвиль у вільному просторі.На малюнку 6(a) показані лінії електричного поля, що утворюються між двома плечами диполя, коли лінії електричного поля рухаються назовні на λ/4 у першій чверті циклу.Для цього прикладу припустимо, що кількість утворених силових ліній електричного поля дорівнює 3. У наступній чверті циклу початкові три силові лінії електричного поля переміщаються ще на λ∕4 (загалом λ∕2 від початкової точки), і щільність заряду на провіднику починає зменшуватися.Його можна вважати утвореним введенням протилежних зарядів, які гасять заряди на провіднику в кінці першої половини циклу.Лінії електричного поля, створені протилежними зарядами, дорівнюють 3 і переміщуються на відстань λ/4, яка представлена пунктирними лініями на малюнку 6(b).
Остаточним результатом є три лінії електричного поля вниз на першій відстані λ/4 і така ж кількість силових ліній електричного поля вгору на другій відстані λ∕4.Оскільки на антені немає сумарного заряду, силові лінії електричного поля повинні бути примусово відокремлені від провідника та об’єднані, щоб утворити замкнутий контур.Це показано на малюнку 6(c).У другій половині відбувається той самий фізичний процес, але зауважте, що напрямок протилежний.Після цього процес повторюється і триває нескінченно, утворюючи розподіл електричного поля, подібний до малюнка 4.
Малюнок 6
Щоб дізнатися більше про антени, відвідайте:
Час публікації: 20 червня 2024 р
