Pokiaľ ide oantény, otázka, ktorá ľudí najviac znepokojuje, je „Ako sa vlastne ožarovanie dosahuje?“.Ako sa elektromagnetické pole generované zdrojom signálu šíri cez prenosové vedenie a vo vnútri antény a nakoniec sa „oddelí“ od antény a vytvorí vlnu voľného priestoru.
1. Jednodrôtové žiarenie
Predpokladajme, že hustota náboja, vyjadrená ako qv (Coulomb/m3), je rovnomerne rozložená v kruhovom drôte s plochou prierezu a a objemom V, ako je znázornené na obrázku 1.
postava 1
Celkový náboj Q v objeme V sa pohybuje v smere z rovnomernou rýchlosťou Vz (m/s).Dá sa dokázať, že prúdová hustota Jz na priereze drôtu je:
Jz = qv vz （1）
Ak je drôt vyrobený z ideálneho vodiča, hustota prúdu Js na povrchu drôtu je:
Js = qs vz （2）
Kde qs je hustota povrchového náboja.Ak je drôt veľmi tenký (ideálne je polomer 0), prúd v drôte možno vyjadriť ako:
Iz = ql vz (3)
Kde ql (coulomb/meter) je poplatok za jednotku dĺžky.
Ide nám hlavne o tenké drôty a závery platia pre vyššie uvedené tri prípady.Ak je prúd časovo premenlivý, derivácia vzorca (3) vzhľadom na čas je takáto:
(4)
az je zrýchlenie nabíjania.Ak je dĺžka drôtu l, (4) možno zapísať takto:
(5)
Vzťah (5) je základný vzťah medzi prúdom a nábojom a tiež základný vzťah elektromagnetického žiarenia.Jednoducho povedané, na produkciu žiarenia musí existovať časovo premenný prúd alebo zrýchlenie (alebo spomalenie) náboja.Pri časovo harmonických aplikáciách zvyčajne spomíname prúd a pri prechodových aplikáciách sa najčastejšie spomína náboj.Aby sa vytvorilo zrýchlenie (alebo spomalenie) nabíjania, drôt musí byť ohnutý, zložený a prerušovaný.Keď náboj osciluje v časovo harmonickom pohybe, bude tiež produkovať periodické zrýchľovanie (alebo spomaľovanie) alebo časovo premenný prúd.Preto:
1) Ak sa náboj nepohne, nebude prúdiť ani žiarenie.
2) Ak sa náboj pohybuje konštantnou rýchlosťou:
a.Ak je drôt rovný a má nekonečnú dĺžku, nedochádza k žiadnemu žiareniu.
b.Ak je drôt ohnutý, zložený alebo nesúvislý, ako je znázornené na obrázku 2, dochádza k vyžarovaniu.
3) Ak náboj časom osciluje, náboj bude vyžarovať, aj keď je drôt rovný.
Obrázok 2
Kvalitatívne pochopenie mechanizmu žiarenia možno získať pohľadom na pulzný zdroj pripojený k otvorenému vodiču, ktorý môže byť uzemnený cez záťaž na svojom otvorenom konci, ako je znázornené na obrázku 2(d).Keď je drôt na začiatku pod napätím, náboje (voľné elektróny) v drôte sa uvedú do pohybu elektrickými siločiarami generovanými zdrojom.Keď sa náboje zrýchľujú na zdrojovom konci drôtu a spomaľujú (záporné zrýchlenie vzhľadom na pôvodný pohyb), keď sa odrazia na jeho konci, na jeho koncoch a pozdĺž zvyšku drôtu sa vytvorí pole žiarenia.Zrýchlenie nábojov je dosiahnuté vonkajším zdrojom sily, ktorý uvádza náboje do pohybu a vytvára súvisiace radiačné pole.Spomalenie nábojov na koncoch drôtu je dosiahnuté vnútornými silami spojenými s indukovaným poľom, ktoré je spôsobené akumuláciou koncentrovaných nábojov na koncoch drôtu.Vnútorné sily získavajú energiu z akumulácie náboja, keď jeho rýchlosť klesá na nulu na koncoch drôtu.Preto zrýchlenie nábojov v dôsledku budenia elektrického poľa a spomalenie nábojov v dôsledku diskontinuity alebo hladkej krivky impedancie drôtu sú mechanizmy na generovanie elektromagnetického žiarenia.Aj keď prúdová hustota (Jc) aj nábojová hustota (qv) sú zdrojové pojmy v Maxwellových rovniciach, náboj sa považuje za základnejšiu veličinu, najmä pre prechodné polia.Aj keď sa toto vysvetlenie žiarenia používa hlavne pre prechodné stavy, dá sa použiť aj na vysvetlenie žiarenia v ustálenom stave.
Odporúčame niekoľko vynikajúcichanténne produktyvyrobené spoločnosťouRFMISO:
RM-TCR406,4
RM-BCA082-4（0,8-2 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10 GHz)
2. Dvojvodičové žiarenie
Pripojte zdroj napätia k dvojvodičovej prenosovej linke pripojenej k anténe, ako je znázornené na obrázku 3(a).Privedením napätia na dvojvodičové vedenie sa vytvorí elektrické pole medzi vodičmi.Elektrické siločiary pôsobia na voľné elektróny (ľahko oddelené od atómov) pripojené ku každému vodiču a nútia ich pohybovať sa.Pohyb nábojov generuje prúd, ktorý zase vytvára magnetické pole.
Obrázok 3
Prijali sme, že siločiary elektrického poľa začínajú kladnými nábojmi a končia zápornými nábojmi.Samozrejme, môžu tiež začínať kladnými nábojmi a končiť v nekonečne;alebo začať v nekonečne a skončiť so zápornými nábojmi;alebo tvoria uzavreté slučky, ktoré nezačínajú ani nekončia žiadnymi nábojmi.Magnetické siločiary vždy tvoria uzavreté slučky okolo vodičov s prúdom, pretože vo fyzike neexistujú žiadne magnetické náboje.V niektorých matematických vzorcoch sú zavedené ekvivalentné magnetické náboje a magnetické prúdy, aby sa ukázala dualita medzi riešeniami zahŕňajúcimi energiu a magnetické zdroje.
Čiary elektrického poľa nakreslené medzi dvoma vodičmi pomáhajú ukázať rozloženie náboja.Ak predpokladáme, že zdroj napätia je sínusový, očakávame, že elektrické pole medzi vodičmi bude tiež sínusové s periódou rovnou perióde zdroja.Relatívna veľkosť intenzity elektrického poľa je vyjadrená hustotou siločiar elektrického poľa a šípky označujú relatívny smer (kladný alebo záporný).Generovanie časovo premenných elektrických a magnetických polí medzi vodičmi vytvára elektromagnetickú vlnu, ktorá sa šíri pozdĺž prenosového vedenia, ako je znázornené na obrázku 3(a).Elektromagnetická vlna vstupuje do antény s nábojom a zodpovedajúcim prúdom.Ak odstránime časť konštrukcie antény, ako je znázornené na obrázku 3(b), môže sa vytvoriť vlna vo voľnom priestore "spojením" otvorených koncov siločiar elektrického poľa (znázornených bodkovanými čiarami).Vlna vo voľnom priestore je tiež periodická, ale bod konštantnej fázy P0 sa pohybuje smerom von rýchlosťou svetla a prejde vzdialenosť λ/2 (do P1) za polovičný časový úsek.V blízkosti antény sa bod konštantnej fázy P0 pohybuje rýchlejšie ako rýchlosť svetla a približuje sa rýchlosti svetla v bodoch vzdialených od antény.Obrázok 4 znázorňuje rozloženie elektrického poľa vo voľnom priestore antény λ∕2 pri t = 0, t/8, t/4 a 3T/8.
Obrázok 4 Rozloženie elektrického poľa vo voľnom priestore antény λ∕2 pri t = 0, t/8, t/4 a 3T/8
Nie je známe, ako sú vedené vlny oddelené od antény a prípadne formované tak, aby sa šírili vo voľnom priestore.K vodným vlnám môžeme prirovnať vedené a voľné priestorové vlny, ktoré môže spôsobiť kameň spadnutý do pokojnej vodnej plochy alebo iným spôsobom.Akonáhle začne rušenie vo vode, vytvoria sa vodné vlny a začnú sa šíriť smerom von.Aj keď sa rušenie zastaví, vlny sa nezastavia, ale pokračujú v šírení dopredu.Ak porucha pretrváva, neustále vznikajú nové vlny a šírenie týchto vĺn zaostáva za ostatnými vlnami.
To isté platí pre elektromagnetické vlny generované elektrickými poruchami.Ak je počiatočné elektrické rušenie zo zdroja krátkeho trvania, generované elektromagnetické vlny sa šíria vo vnútri prenosového vedenia, potom vstupujú do antény a nakoniec vyžarujú ako vlny voľného priestoru, aj keď excitácia už nie je prítomná (rovnako ako vodné vlny). a rozruch, ktorý spôsobili).Ak je elektrické rušenie nepretržité, elektromagnetické vlny existujú nepretržite a nasledujú tesne za nimi počas šírenia, ako je znázornené na dvojkužeľovej anténe znázornenej na obrázku 5. Keď sú elektromagnetické vlny vo vnútri prenosových vedení a antén, ich existencia súvisí s existenciou elektrického náboj vo vnútri vodiča.Avšak, keď sú vlny vyžarované, tvoria uzavretú slučku a nie je tam žiadny náboj na udržanie ich existencie.To nás vedie k záveru, že:
Vybudenie poľa vyžaduje zrýchlenie a spomalenie náboja, ale údržba poľa nevyžaduje zrýchlenie a spomalenie náboja.
Obrázok 5
3. Dipólové žiarenie
Pokúsime sa vysvetliť mechanizmus, ktorým sa siločiary elektrického poľa odtrhávajú od antény a vytvárajú vlny vo voľnom priestore, a ako príklad uvedieme dipólovú anténu.Hoci ide o zjednodušené vysvetlenie, umožňuje ľuďom intuitívne vidieť generovanie vĺn vo voľnom priestore.Obrázok 6(a) zobrazuje siločiary elektrického poľa generované medzi dvoma ramenami dipólu, keď sa siločiary elektrického poľa pohybujú smerom von o λ∕4 v prvej štvrtine cyklu.Pre tento príklad predpokladajme, že počet vytvorených siločiar elektrického poľa je 3. V ďalšej štvrtine cyklu sa pôvodné tri siločiary elektrického poľa posunú o ďalšie λ∕4 (spolu λ∕2 od počiatočného bodu), a hustota náboja na vodiči začína klesať.Možno ho považovať za vytvorený zavedením opačných nábojov, ktoré rušia náboje na vodiči na konci prvej polovice cyklu.Elektrické siločiary generované opačnými nábojmi sú 3 a pohybujú sa o vzdialenosť λ∕4, čo je znázornené bodkovanými čiarami na obrázku 6(b).
Konečným výsledkom je, že existujú tri zostupné elektrické siločiary v prvej vzdialenosti λ∕4 a rovnaký počet vzostupných elektrických siločiar v druhej vzdialenosti λ∕4.Pretože na anténe nie je žiadny čistý náboj, siločiary elektrického poľa musia byť nútené oddeliť sa od vodiča a spojiť sa, aby vytvorili uzavretú slučku.To je znázornené na obrázku 6(c).V druhej polovici nasleduje rovnaký fyzikálny proces, ale všimnite si, že smer je opačný.Potom sa proces opakuje a pokračuje donekonečna, čím sa vytvorí distribúcia elektrického poľa podobná obrázku 4.
Obrázok 6
Ak sa chcete dozvedieť viac o anténach, navštívte:
Čas odoslania: 20. júna 2024
